Bunková membrána je ultratenký film na povrchu bunky alebo bunkovej organely, ktorý pozostáva z bimolekulárnej vrstvy lipidov so zabudovanými proteínmi a polysacharidmi.

Funkcie membrán:

• · Bariéra – zabezpečuje regulovaný, selektívny, pasívny a aktívny metabolizmus s okolím. Napríklad peroxizómová membrána chráni cytoplazmu pred peroxidmi, ktoré sú pre bunku nebezpečné. Selektívna permeabilita znamená, že priepustnosť membrány pre rôzne atómy alebo molekuly závisí od ich veľkosti, elektrického náboja a chemické vlastnosti. Selektívna permeabilita zabezpečuje oddelenie bunky a bunkových kompartmentov od prostredia a zásobuje ich potrebnými látkami.
• · Transport - cez membránu dochádza k transportu látok do bunky a von z bunky. Transport cez membrány zabezpečuje: dodanie živiny, odstránenie konečných produktov metabolizmu, sekrécia rôzne látky, vytváranie iónových gradientov, udržiavanie optimálneho pH v bunke a koncentrácie iónov, ktoré sú potrebné pre prácu bunkových enzýmov. Častice, ktoré z nejakého dôvodu nie sú schopné prejsť cez fosfolipidovú dvojvrstvu (napríklad kvôli hydrofilným vlastnostiam, keďže membrána vo vnútri je hydrofóbna a neprepúšťa hydrofilné látky, alebo kvôli ich veľkej veľkosti), ale sú nevyhnutné pre bunku , môže preniknúť membránou cez špeciálne nosné proteíny (transportéry) a kanálové proteíny alebo endocytózou. Pri pasívnom transporte látky prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu bez výdaja energie pozdĺž koncentračného gradientu difúziou. Variantom tohto mechanizmu je uľahčená difúzia, pri ktorej špecifická molekula pomáha látke prejsť cez membránu. Táto molekula môže mať kanál, ktorý umožňuje prechod len jedného typu látky. Aktívny transport si vyžaduje energiu, keďže prebieha proti koncentračnému gradientu. Na membráne sú špeciálne pumpové proteíny vrátane ATPázy, ktorá aktívne pumpuje draselné ióny (K +) do bunky a pumpuje z nej sodíkové ióny (Na +).
• · matrica – zabezpečuje určitú relatívnu polohu a orientáciu membránových proteínov, ich optimálnu interakciu.
• Mechanický - zabezpečuje autonómiu bunky, jej vnútrobunkových štruktúr, ako aj spojenie s inými bunkami (v tkanivách). Bunkové steny hrajú dôležitú úlohu pri poskytovaní mechanickej funkcie a u zvierat - medzibunkovej substancii.
• energia - pri fotosyntéze v chloroplastoch a bunkovom dýchaní v mitochondriách fungujú v ich membránach systémy prenosu energie, na ktorých sa podieľajú aj bielkoviny;
• Receptor - niektoré proteíny umiestnené v membráne sú receptory (molekuly, pomocou ktorých bunka vníma určité signály). Napríklad hormóny cirkulujúce v krvi pôsobia len na cieľové bunky, ktoré majú receptory zodpovedajúce týmto hormónom. Neurotransmitery ( chemických látok poskytovanie nervové impulzy) sa tiež viažu na špecifické receptorové proteíny na cieľových bunkách.
• Enzymatické - Membránové proteíny sú často enzýmy. Napríklad plazmatické membrány buniek črevného epitelu obsahujú tráviace enzýmy.
• · Implementácia tvorby a vedenia biopotenciálov. Pomocou membrány sa v bunke udržiava konštantná koncentrácia iónov: koncentrácia iónu K + vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia Na + je oveľa nižšia, čo je veľmi dôležité, pretože toto udržuje potenciálny rozdiel cez membránu a vytvára nervový impulz.
• Označenie bunky – na membráne sa nachádzajú antigény, ktoré fungujú ako markery – „tagy“, ktoré umožňujú bunku identifikovať. Ide o glykoproteíny (čiže proteíny s rozvetvenými bočnými oligosacharidovými reťazcami, ktoré sú k nim pripojené), ktoré plnia úlohu „antén“. Vzhľadom na nespočetné množstvo konfigurácií bočných reťazcov je možné vytvoriť špecifický marker pre každý typ bunky. Pomocou markerov môžu bunky rozpoznať iné bunky a konať v zhode s nimi, napríklad pri tvorbe orgánov a tkanív. To tiež umožňuje imunitný systém rozpoznávať cudzie antigény.

Niektoré proteínové molekuly voľne difundujú v rovine lipidovej vrstvy; V normálny stavčasti molekúl bielkovín, ktoré vychádzajú na rôznych stranách bunková membrána nemenia svoju polohu.

Špecifická morfológia bunkových membrán určuje ich elektrické charakteristiky, medzi ktorými sú najdôležitejšie kapacita a vodivosť.

Kapacitné vlastnosti určuje najmä fosfolipidová dvojvrstva, ktorá je nepriepustná pre hydratované ióny a zároveň dostatočne tenká (asi 5 nm), aby poskytovala účinnú separáciu a akumuláciu nábojov a elektrostatickú interakciu katiónov a aniónov. Okrem toho sú kapacitné vlastnosti bunkových membrán jedným z dôvodov, ktoré určujú časové charakteristiky elektrických procesov prebiehajúcich na bunkových membránach.

Vodivosť (g) je prevrátená hodnota elektrického odporu a rovná sa pomeru celkového transmembránového prúdu pre daný ión k hodnote, ktorá spôsobila jeho transmembránový potenciálny rozdiel.

Cez fosfolipidovú dvojvrstvu môžu difundovať rôzne látky a stupeň permeability (P), t.j. schopnosť bunkovej membrány prechádzať týmito látkami, závisí od rozdielu koncentrácií difundujúcej látky na oboch stranách membrány, od jej rozpustnosti. v lipidoch a vlastnostiach bunkovej membrány. Rýchlosť difúzie pre nabité ióny za podmienok konštantné pole v membráne je určená pohyblivosťou iónov, hrúbkou membrány, rozložením iónov v membráne. Pre neelektrolyty priepustnosť membrány neovplyvňuje jej vodivosť, pretože neelektrolyty nenesú náboje, to znamená, že nemôžu prenášať elektrický prúd.

Vodivosť membrány je mierou jej iónovej permeability. Zvýšenie vodivosti naznačuje zvýšenie počtu iónov prechádzajúcich cez membránu.

Dôležitá vlastnosť biologické membrány- plynulosť. Všetky bunkové membrány sú pohyblivé tekuté štruktúry: väčšina lipidových a proteínových molekúl, ktoré ich tvoria, sa môže pohybovať pomerne rýchlo v rovine membrány.

bunková membrána (tiež cytolema, plazmalema alebo plazmatická membrána) - elastická molekulárna štruktúra pozostávajúca z proteínov a lipidov. Oddeľuje obsah akejkoľvek bunky od vonkajšieho prostredia a zabezpečuje jej integritu; reguluje výmenu medzi bunkou a prostredím; intracelulárne membrány rozdeľujú bunku na špecializované uzavreté kompartmenty - kompartmenty alebo organely, v ktorých sú udržiavané určité podmienky prostredia.

Ak sa v bunke nachádza (zvyčajne v rastlinných bunkách), pokrýva bunkovú membránu.

Bunková membrána je dvojitá vrstva (dvojvrstva) molekúl triedy lipidov, z ktorých väčšina sú takzvané komplexné lipidy - fosfolipidy. Molekuly lipidov majú hydrofilnú („hlava“) a hydrofóbnu („chvost“) časť. Počas tvorby membrán sa hydrofóbne časti molekúl otáčajú dovnútra, zatiaľ čo hydrofilné časti sa otáčajú smerom von. Biologická membrána tiež obsahuje rôzne proteíny:

• integrálny (prenikajúci cez membránu),
• polointegrálne (ponorené na jednom konci do vonkajšej alebo vnútornej lipidovej vrstvy),
• povrchné (umiestnené zvonka alebo priľahlé). vnútorné strany membrány).

Niektoré proteíny sú kontaktnými bodmi bunkovej membrány s cytoskeletom vo vnútri bunky a bunkovou stenou vonku.

Funkcie membrán:

• Bariéra – zabezpečuje regulovaný, selektívny, pasívny a aktívny metabolizmus s okolím.
• Transport – cez membránu sú látky transportované do bunky a von z bunky. Transport cez membrány zabezpečuje: dodávanie živín, odstraňovanie konečných produktov metabolizmu, sekréciu rôznych látok, vytváranie iónových gradientov, udržiavanie optimálneho pH v bunke a koncentráciu iónov, ktoré sú potrebné pre fungovanie bunkové enzýmy.
• Matrica - poskytuje určitú relatívnu polohu a orientáciu membránových proteínov, ich optimálnu interakciu.
• Mechanický - zabezpečuje autonómiu bunky, jej vnútrobunkových štruktúr, ako aj spojenie s inými bunkami (v tkanivách). Bunkové steny zohrávajú dôležitú úlohu pri zabezpečovaní mechanickej funkcie.
• Energia - pri fotosyntéze v chloroplastoch a bunkovom dýchaní v mitochondriách fungujú v ich membránach systémy prenosu energie, na ktorých sa podieľajú aj bielkoviny.

Membrány sa skladajú z troch tried lipidov:

• fosfolipidy,
• glykolipidy,
• cholesterolu.

Fosfolipidy a glykolipidy(lipidy s naviazanými sacharidmi) pozostávajú z dvoch dlhých hydrofóbnych uhľovodíkových „chvostov“, ktoré sú spojené s nabitou hydrofilnou „hlavou“.

cholesterolu dodáva membráne tuhosť, pričom zaberá voľný priestor medzi hydrofóbnymi chvostmi lipidov a nedovoľuje im ohýbať sa. Preto sú membrány s nízkym obsahom cholesterolu pružnejšie, zatiaľ čo tie s vysokým obsahom cholesterolu sú pevnejšie a krehkejšie. Cholesterol slúži aj ako „zátka“, ktorá zabraňuje pohybu polárnych molekúl z bunky a do bunky.

Dôležitou súčasťou membrány je bielkoviny, prenikajúce do nej a zodpovedné za rôzne vlastnosti membrán. Ich zloženie a orientácia v rôznych membránach sa líšia. Vedľa proteínov sú prstencové lipidy - sú usporiadanejšie, menej pohyblivé, obsahujú viac nasýtených mastných kyselín a uvoľňujú sa z membrány spolu s proteínom. Bez prstencových lipidov membránové proteíny nefungujú.

Bunkové membrány sú často asymetrické to znamená, že vrstvy sa líšia zložením lipidov, vonkajšia vrstva obsahuje hlavne fosfatidylinozitol, fosfatidylcholín, sfingomyelíny a glykolipidy, zatiaľ čo vnútorná vrstva obsahuje fosfatidylserín, fosfatidyletanolamín a fosfatidylinozitol. Prechod jednotlivej molekuly z jednej vrstvy do druhej (tzv. flip flop) je náročný, ale môže nastať spontánne, približne raz za 6 mesiacov, alebo pomocou flippázových proteínov a scramblázy plazmatickej membrány. Ak sa fosfatidylserín objaví vo vonkajšej vrstve, je to signál pre makrofágy, aby zničili bunku.

Membránové organely- Sú to uzavreté jednotlivé alebo vzájomne prepojené úseky cytoplazmy, oddelené od hyaloplazmy membránami. Jednomembránové organely zahŕňajú endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy, vakuoly, peroxizómy; na dvojmembránové - jadro, mitochondrie, plastidy. Štruktúra membrán rôznych organel sa líši v zložení lipidov a membránových proteínov.

Bunkové membrány majú selektívna priepustnosť: glukóza, aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerol a ióny nimi pomaly difundujú a samotné membrány tento proces do určitej miery aktívne regulujú – niektoré látky prechádzajú, iné nie. Existujú štyri hlavné mechanizmy na vstup látok do bunky alebo ich odstránenie z bunky von: difúzia, osmóza, aktívny transport a exo- alebo endocytóza. Prvé dva procesy sú pasívnej povahy, to znamená, že nevyžadujú energiu; posledné dva sú aktívne procesy spojené so spotrebou energie.

Selektívna permeabilita membrány počas pasívneho transportu je spôsobená špeciálnymi kanálmi - integrálnymi proteínmi. Prenikajú cez membránu skrz-naskrz a vytvárajú akýsi priechod. Prvky K, Na a Cl majú svoje vlastné kanály. Vzhľadom na koncentračný gradient sa molekuly týchto prvkov pohybujú dovnútra a von z bunky. Pri podráždení sa kanály sodíkových iónov otvoria a dôjde k prudkému prílevu sodíkových iónov do bunky. To má za následok nerovnováhu membránového potenciálu. Potom sa membránový potenciál obnoví. Draslíkové kanály sú vždy otvorené, cez ktoré draselné ióny pomaly vstupujú do bunky.

Bunkové membrány: ich štruktúra a funkcie

Membrány sú extrémne viskózne a zároveň plastické štruktúry, ktoré obklopujú všetky živé bunky. Funkcie bunkových membrán:

1. Plazmatická membrána je bariéra, ktorá udržiava rozdielne zloženie extra- a intracelulárneho prostredia.

2. Membrány tvoria vo vnútri bunky špecializované priehradky, t.j. početné organely - mitochondrie, lyzozómy, Golgiho komplex, endoplazmatické retikulum, jadrové membrány.

3. Enzýmy, ktoré sa podieľajú na premene energie v procesoch, ako je oxidačná fosforylácia a fotosyntéza, sú lokalizované v membránach.

Membránová štruktúra

V roku 1972 Singer a Nicholson navrhli model membránovej štruktúry fluidnej mozaiky. Podľa tohto modelu sú funkčné membrány dvojrozmerným roztokom globulárnych integrálnych proteínov rozpustených v kvapalnej fosfolipidovej matrici. Membrány sú teda založené na bimolekulárnej lipidovej vrstve s usporiadaným usporiadaním molekúl.

V tomto prípade je hydrofilná vrstva tvorená polárnou hlavou fosfolipidov (fosfátový zvyšok s naviazaným cholínom, etanolamínom alebo serínom) a tiež sacharidovou časťou glykolipidov. Hydrofóbna vrstva - uhľovodíkové radikály mastné kyseliny a sfingozín fosfolipidy a glykolipidy.

Vlastnosti membrány:

1. Selektívna priepustnosť. Uzavretá dvojvrstva poskytuje jednu z hlavných vlastností membrány: je nepriepustná pre väčšinu molekúl rozpustných vo vode, pretože sa nerozpúšťajú v jej hydrofóbnom jadre. Plyny ako kyslík, CO 2 a dusík majú schopnosť ľahko prenikať do bunky vďaka malej veľkosti molekúl a slabej interakcii s rozpúšťadlami. Cez dvojvrstvu ľahko prenikajú aj molekuly lipidovej povahy, napríklad steroidné hormóny.

2. Likvidita. Lipidová dvojvrstva má kvapalno-kryštalickú štruktúru, pretože lipidová vrstva je vo všeobecnosti kvapalná, ale sú v nej oblasti tuhnutia, podobné kryštalickým štruktúram. Hoci je poloha molekúl lipidov usporiadaná, zachovávajú si schopnosť pohybu. Možné sú dva typy fosfolipidových pohybov: salto (vo vedeckej literatúre nazývané „flip-flop“) a laterálna difúzia. V prvom prípade sa fosfolipidové molekuly v bimolekulárnej vrstve navzájom proti sebe prevrátia (alebo kotrmelce) k sebe a vymenia si miesta v membráne, t.j. vonkajšok sa stáva vnútrom a naopak. Takéto skoky sú spojené s výdajom energie a sú veľmi zriedkavé. Častejšie sa pozorujú rotácie okolo osi (rotácia) a laterálna difúzia - pohyb vo vrstve rovnobežný s povrchom membrány.

3. Asymetria membrán. Povrchy tej istej membrány sa líšia zložením lipidov, bielkovín a sacharidov (priečne asymetria). Napríklad fosfatidylcholíny prevládajú vo vonkajšej vrstve, zatiaľ čo fosfatidyletanolamíny a fosfatidylseríny prevažujú vo vnútornej vrstve. Sacharidové zložky glykoproteínov a glykolipidov sa dostávajú na vonkajší povrch a vytvárajú súvislý vak nazývaný glykokalyx. Na vnútornom povrchu nie sú žiadne sacharidy. Proteíny - hormonálne receptory sú umiestnené na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány a nimi regulované enzýmy - adenylátcykláza, fosfolipáza C - na vnútornej strane atď.

Membránové proteíny

Membránové fosfolipidy pôsobia ako rozpúšťadlo pre membránové proteíny, čím vytvárajú mikroprostredie, v ktorom tieto môžu fungovať. Počet rôznych proteínov v membráne sa pohybuje od 6-8 v sarkoplazmatickom retikule po viac ako 100 v plazmatickej membráne. Sú to enzýmy, transportné proteíny, štrukturálne proteíny, antigény vrátane antigénov hlavného histokompatibilného systému, receptory pre rôzne molekuly.

Lokalizáciou v membráne sa proteíny delia na integrálne (čiastočne alebo úplne ponorené v membráne) a periférne (umiestnené na jej povrchu). Niektoré integrálne proteíny prepichujú membránu opakovane. Napríklad retinálny fotoreceptor a β2-adrenergný receptor prechádzajú cez dvojvrstvu 7-krát.

Prenos hmoty a informácií cez membrány

Bunkové membrány nie sú tesne uzavreté priečky. Jednou z hlavných funkcií membrán je regulácia prenosu látok a informácií. Transmembránový pohyb malých molekúl sa uskutočňuje 1) difúziou, pasívnou alebo uľahčenou, a 2) aktívnym transportom. Transmembránový pohyb veľkých molekúl sa uskutočňuje 1) endocytózou a 2) exocytózou. Prenos signálu cez membrány sa uskutočňuje pomocou receptorov lokalizovaných na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány. V tomto prípade signál buď prechádza transformáciou (napríklad glukagón cAMP), alebo je internalizovaný, spojený s endocytózou (napríklad LDL - LDL receptor).

Jednoduchá difúzia je prenikanie látok do bunky pozdĺž elektrochemického gradientu. V tomto prípade nie sú potrebné žiadne náklady na energiu. Rýchlosť jednoduchej difúzie je určená 1) transmembránovým koncentračným gradientom látky a 2) jej rozpustnosťou v hydrofóbnej vrstve membrány.

S uľahčenou difúziou sú látky transportované cez membránu aj po koncentračnom gradiente, bez nákladov na energiu, ale pomocou špeciálnych membránových nosných proteínov. Uľahčená difúzia sa preto líši od pasívnej v niekoľkých parametroch: 1) uľahčená difúzia sa vyznačuje vysokou selektivitou, keďže nosný proteín má aktívne centrum komplementárne k prenášanej látke; 2) rýchlosť uľahčenej difúzie je schopná dosiahnuť plató, pretože počet molekúl nosiča je obmedzený.

Niektoré transportné proteíny jednoducho prenášajú látku z jednej strany membrány na druhú. Takýto jednoduchý presun sa nazýva pasívny uniport. Príkladom uniportu je GLUT, transportér glukózy, ktorý prenáša glukózu cez bunkové membrány. Iné proteíny fungujú ako kotransportné systémy, v ktorých transport jednej látky závisí od súčasného alebo postupného transportu inej látky buď v rovnakom smere – takýto prenos sa nazýva pasívny symport, alebo v opačnom smere – takýto prenos sa nazýva tzv. pasívny antiport. Translokázy mitochondriálnej vnútornej membrány, najmä ADP/ATP translokáza, fungujú podľa pasívneho antiportového mechanizmu.

Pri aktívnom transporte sa prenos látky uskutočňuje proti koncentračnému gradientu, a preto je spojený s nákladmi na energiu. Ak je prenos ligandov cez membránu spojený s výdajom energie ATP, potom sa takýto prenos nazýva primárny aktívny transport. Príkladom je Na+K+-ATPáza a Ca2+-ATPáza lokalizovaná v plazmatickej membráne ľudských buniek a H+,K+-ATPáza žalúdočnej sliznice.

sekundárny aktívny transport. Transport niektorých látok proti koncentračnému gradientu závisí od súčasného alebo postupného transportu Na + (sodných iónov) pozdĺž koncentračného gradientu. V tomto prípade, ak sa ligand prenáša v rovnakom smere ako Na+, proces sa nazýva aktívny symport. Podľa mechanizmu aktívneho symportu sa glukóza absorbuje z lúmenu čreva, kde je jej koncentrácia nízka. Ak sa ligand prenáša v opačnom smere ako sodíkové ióny, potom sa tento proces nazýva aktívny antiport. Príkladom je Na +,Ca2+ výmenník plazmatickej membrány.

Štúdium štruktúry organizmov, ako aj rastlín, zvierat a ľudí, je odvetvie biológie nazývané cytológia. Vedci zistili, že obsah bunky, ktorá sa v nej nachádza, je pomerne zložitý. Je obklopený takzvaným povrchovým aparátom, ktorý zahŕňa vonkajšiu bunkovú membránu, supramembránové štruktúry: glykokalyx a mikrofilamenty, pelikuly a mikrotubuly, ktoré tvoria jeho submembránový komplex.

V tomto článku budeme študovať štruktúru a funkcie vonkajšej bunkovej membrány, ktorá je súčasťou povrchového aparátu rôzne druhy bunky.

Aké sú funkcie vonkajšej bunkovej membrány?

Ako už bolo popísané vyššie, vonkajšia membrána je súčasťou povrchového aparátu každej bunky, ktorá úspešne oddeľuje jej vnútorný obsah a chráni bunkové organely pred nepriaznivými podmienkami prostredia. Ďalšou funkciou je zabezpečenie výmeny látok medzi obsahom bunky a tkanivovým mokom, preto vonkajšia bunková membrána transportuje molekuly a ióny vstupujúce do cytoplazmy a tiež pomáha odstraňovať toxíny a prebytočné látky. toxické látky z cely.

Štruktúra bunkovej membrány

Membrány alebo plazmalemy rôznych typov buniek sa navzájom veľmi líšia. Predovšetkým chemická štruktúra, ako aj relatívny obsah lipidov, glykoproteínov, proteínov v nich a podľa toho aj povaha receptorov v nich. Vonkajšie, ktoré sú určené predovšetkým individuálne zloženie glykoproteíny, podieľa sa na rozpoznávaní environmentálnych stimulov a na reakciách samotnej bunky na ich pôsobenie. Niektoré typy vírusov môžu interagovať s proteínmi a glykolipidmi bunkových membrán, v dôsledku čoho prenikajú do bunky. Herpes a chrípkové vírusy môžu použiť na vytvorenie svojho ochranného obalu.

A vírusy a baktérie, takzvané bakteriofágy, sa prichytia na bunkovú membránu a pomocou špeciálneho enzýmu ju v mieste kontaktu rozpustia. Potom molekula vírusovej DNA prechádza do vytvoreného otvoru.

Vlastnosti štruktúry plazmatickej membrány eukaryotov

Pripomeňme si, že vonkajšia bunková membrána plní funkciu transportu, teda prenos látok do a z nej do vonkajšieho prostredia. Na vykonanie takéhoto procesu je potrebná špeciálna štruktúra. V skutočnosti je plazmalema konštantný, univerzálny systém povrchového aparátu pre všetkých. Ide o tenký (2-10 Nm), ale pomerne hustý viacvrstvový film, ktorý pokrýva celý článok. Jeho štruktúru študovali v roku 1972 takí vedci ako D. Singer a G. Nicholson, vytvorili aj fluidno-mozaikový model bunkovej membrány.

Hlavnými chemickými zlúčeninami, ktoré ho tvoria, sú usporiadané molekuly proteínov a určitých fosfolipidov, ktoré sú rozptýlené v tekutom lipidovom prostredí a pripomínajú mozaiku. Bunková membrána sa teda skladá z dvoch vrstiev lipidov, ktorých nepolárne hydrofóbne „chvosty“ sa nachádzajú vo vnútri membrány a polárne hydrofilné hlavičky smerujú k cytoplazme bunky a medzibunkovej tekutine.

Lipidová vrstva je preniknutá veľkými proteínovými molekulami, ktoré tvoria hydrofilné póry. To je cez nich vodné roztoky glukóza a minerálne soli. Niektoré proteínové molekuly sú umiestnené na vonkajšej aj na vonkajšej strane vnútorný povrch plazmalema. Na vonkajšej bunkovej membráne v bunkách všetkých organizmov s jadrami sa teda nachádzajú molekuly sacharidov viazané kovalentnými väzbami s glykolipidmi a glykoproteínmi. Obsah sacharidov v bunkových membránach sa pohybuje od 2 do 10 %.

Štruktúra plazmalemy prokaryotických organizmov

Vonkajšia bunková membrána u prokaryotov plní podobné funkcie ako plazmatické membrány buniek jadrových organizmov, a to: vnímanie a prenos informácií prichádzajúcich z vonkajšieho prostredia, transport iónov a roztokov do bunky a von z bunky a ochranu cytoplazma od cudzích činidiel zvonku. Môže vytvárať mezozómy – štruktúry, ktoré vznikajú, keď plazmalema vyčnieva do bunky. Môžu obsahovať enzýmy zapojené do metabolických reakcií prokaryotov, napríklad pri replikácii DNA, syntéze bielkovín.

Mezozómy obsahujú aj redoxné enzýmy, zatiaľ čo fotosyntetiká obsahujú bakteriochlorofyl (v baktériách) a fykobilín (u siníc).

Úloha vonkajších membrán v medzibunkových kontaktoch

Pokračujúc v odpovedi na otázku, aké funkcie plní vonkajšia bunková membrána, zastavme sa pri jej úlohe v rastlinných bunkách.V rastlinných bunkách sa v stenách vonkajšej bunkovej membrány tvoria póry, ktoré prechádzajú do celulózovej vrstvy. Prostredníctvom nich je možný výstup cytoplazmy bunky von, takéto tenké kanály sa nazývajú plazmodesmata.

Vďaka nim je spojenie medzi susednými rastlinnými bunkami veľmi pevné. V ľudských a zvieracích bunkách sa miesta kontaktu medzi susednými bunkovými membránami nazývajú desmozómy. Sú charakteristické pre endotelové a epiteliálne bunky a nachádzajú sa aj v kardiomyocytoch.

Pomocné formácie plazmalemy

Aby sme pochopili, ako sa rastlinné bunky líšia od zvierat, pomáha študovať štrukturálne vlastnosti ich plazmatických membrán, ktoré závisia od toho, aké funkcie vykonáva vonkajšia bunková membrána. Nad ním v živočíšnych bunkách je vrstva glykokalyxu. Tvoria ho polysacharidové molekuly spojené s proteínmi a lipidmi vonkajšej bunkovej membrány. Vďaka glykokalyxe dochádza k adhézii (zlepovaniu) medzi bunkami, čo vedie k tvorbe tkanív, preto sa podieľa na signalizačnej funkcii plazmalemy - rozpoznávaní environmentálnych podnetov.

Ako prebieha pasívny transport určitých látok cez bunkové membrány

Ako už bolo spomenuté, vonkajšia bunková membrána sa podieľa na procese transportu látok medzi bunkou a vonkajším prostredím. Existujú dva typy transportu cez plazmalemu: pasívny (difúzny) a aktívny transport. Prvý zahŕňa difúziu, uľahčenú difúziu a osmózu. Pohyb látok po koncentračnom gradiente závisí predovšetkým od hmotnosti a veľkosti molekúl prechádzajúcich cez bunkovú membránu. Napríklad malé nepolárne molekuly sa ľahko rozpúšťajú v strednej lipidovej vrstve plazmalemy, pohybujú sa ňou a končia v cytoplazme.

veľké molekuly organickej hmoty prenikajú do cytoplazmy pomocou špeciálnych nosných proteínov. Sú druhovo špecifické a v kombinácii s časticou alebo iónom ich pasívne prenášajú cez membránu pozdĺž koncentračného gradientu bez vynaloženia energie (pasívny transport). Tento proces je základom takej vlastnosti plazmalemy, ako je selektívna permeabilita. Energia molekúl ATP sa pri tom nevyužije a bunka ju šetrí na iné metabolické reakcie.

Aktívny transport chemických zlúčenín cez plazmalemu

Keďže vonkajšia bunková membrána zabezpečuje prenos molekúl a iónov z vonkajšieho prostredia do bunky a späť, je možné odstraňovať produkty disimilácie, ktorými sú toxíny, smerom von, teda do medzibunkovej tekutiny. sa vyskytuje proti koncentračnému gradientu a vyžaduje použitie energie vo forme molekúl ATP. Zahŕňa tiež nosné proteíny nazývané ATPázy, ktoré sú tiež enzýmami.

Príkladom takéhoto transportu je sodíkovo-draslíková pumpa (sodné ióny prechádzajú z cytoplazmy do vonkajšieho prostredia a draselné ióny sú pumpované do cytoplazmy). toho schopný epitelové bunkyčrevá a obličky. Odrodami tohto spôsobu prenosu sú procesy pinocytózy a fagocytózy. Po preštudovaní funkcií, ktoré vykonáva vonkajšia bunková membrána, je možné zistiť, že heterotrofné protisty, ako aj bunky vyšších živočíšnych organizmov, napríklad leukocyty, sú schopné pino- a fagocytózy.

Bioelektrické procesy v bunkových membránach

Zistilo sa, že existuje potenciálny rozdiel medzi vonkajším povrchom plazmalemy (je kladne nabitý) a parietálnou vrstvou cytoplazmy, ktorá je nabitá záporne. Nazývalo sa to pokojový potenciál a je súčasťou všetkých živých buniek. A nervové tkanivo má nielen pokojový potenciál, ale je schopný viesť aj slabé bioprúdy, čo sa nazýva proces excitácie. Vonkajšie membrány nervových buniek-neurónov, ktoré dostávajú podráždenie z receptorov, začínajú meniť náboje: ióny sodíka masívne vstupujú do bunky a povrch plazmalemy sa stáva elektronegatívnym. A parietálna vrstva cytoplazmy v dôsledku prebytku katiónov dostáva kladný náboj. To vysvetľuje, prečo sa vonkajšia bunková membrána neurónu dobíja, čo spôsobuje vedenie nervových impulzov, ktoré sú základom procesu excitácie.

Vonkajšia strana klietky je pokrytá plazmatická membrána(alebo vonkajšej bunkovej membrány) s hrúbkou asi 6-10 nm.

Bunková membrána je hustý film proteínov a lipidov (hlavne fosfolipidov). Molekuly lipidov sú usporiadané usporiadane - kolmo na povrch, v dvoch vrstvách tak, že ich časti, ktoré intenzívne interagujú s vodou (hydrofilné), smerujú von a časti, ktoré sú inertné voči vode (hydrofóbne), smerujú dovnútra.

Proteínové molekuly sú umiestnené v nespojitej vrstve na povrchu lipidového rámca na oboch stranách. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy a niektoré ňou prechádzajú a vytvárajú oblasti priepustné pre vodu. Tieto proteíny plnia rôzne funkcie – niektoré z nich sú enzýmy, iné transportné proteíny podieľajúce sa na prenose určitých látok z prostredia do cytoplazmy a naopak.

Základné funkcie bunkovej membrány

Jednou z hlavných vlastností biologických membrán je selektívna permeabilita (semipermeabilita)- niektoré látky cez ne prechádzajú ťažko, iné ľahko a dokonca k vyššej koncentrácii, takže pre väčšinu buniek je koncentrácia iónov Na vo vnútri oveľa nižšia ako v životné prostredie. Pre ióny K je charakteristický opačný pomer: ich koncentrácia vo vnútri bunky je vyššia ako vonku. Preto ióny Na vždy majú tendenciu vstúpiť do bunky a ióny K - ísť von. Vyrovnaniu koncentrácií týchto iónov bráni prítomnosť špeciálneho systému v membráne, ktorý hrá úlohu pumpy, ktorá pumpuje Na ióny von z bunky a súčasne pumpuje K ióny dovnútra.

Túžba Na iónov pohybovať sa zvonku dovnútra sa využíva na transport cukrov a aminokyselín do bunky. Aktívnym odstraňovaním iónov Na z bunky sa vytvárajú podmienky pre vstup glukózy a aminokyselín do bunky.

V mnohých bunkách dochádza k absorpcii látok aj fagocytózou a pinocytózou. O fagocytóza pružná vonkajšia membrána tvorí malú priehlbinu, kadiaľ vstupuje zachytená častica. Toto vybranie sa zväčšuje a častica je obklopená časťou vonkajšej membrány a je ponorená do cytoplazmy bunky. Fenomén fagocytózy je charakteristický pre amébu a niektoré ďalšie prvoky, ako aj leukocyty (fagocyty). Podobne bunky absorbujú tekutiny obsahujúce látky potrebné pre bunku. Tento jav bol tzv pinocytóza.

Vonkajšie membrány rôznych buniek sa v oboch výrazne líšia chemické zloženie ich proteínov a lipidov a ich relatívnym obsahom. Práve tieto vlastnosti určujú rozmanitosť fyziologickej aktivity membrán rôznych buniek a ich úlohu v živote buniek a tkanív.

S vonkajšia membrána je spojené endoplazmatické retikulum bunky. S pomocou vonkajších membrán, Rôzne druhy medzibunkové kontakty, t.j. komunikácia medzi jednotlivými bunkami.

Mnoho typov buniek sa vyznačuje prítomnosťou na ich povrchu Vysoké číslo výbežky, záhyby, mikroklky. Prispievajú jednak k výraznému zväčšeniu povrchu buniek a zlepšeniu metabolizmu, ako aj k pevnejším väzbám jednotlivých buniek medzi sebou.

Na vonkajšej strane bunkovej membrány majú rastlinné bunky hrubé membrány, ktoré sú jasne viditeľné v optickom mikroskope, pozostávajúce z celulózy (celulózy). Vytvárajú silnú oporu pre rastlinné pletivá (drevo).

Niektoré bunky živočíšneho pôvodu majú aj množstvo vonkajších štruktúr, ktoré sa nachádzajú na vrchu bunkovej membrány a majú ochranný charakter. Príkladom je chitín krycích buniek hmyzu.

Funkcie bunkovej membrány (stručne)