Štruktúra vonkajšej bunkovej membrány. Štruktúra a funkcie biologických membrán

Vymedzovacie ( bariéra) - oddeliť bunkový obsah od vonkajšieho prostredia;

Regulovať výmenu medzi bunkou a prostredím;

Delia bunky do kompartmentov alebo kompartmentov určených pre určité špecializované metabolické dráhy ( delenie);

Je miestom niektorých chemických reakcií (svetelné reakcie fotosyntézy v chloroplastoch, oxidačná fosforylácia pri dýchaní v mitochondriách);

Zabezpečiť komunikáciu medzi bunkami v tkanivách mnohobunkových organizmov;

Doprava- vykonáva transmembránový transport.

Receptor- sú lokalizáciou receptorových miest, ktoré rozpoznávajú vonkajšie podnety.

Transport látok cez membránu – jedna z vedúcich funkcií membrány, zabezpečujúca výmenu látok medzi bunkou a vonkajším prostredím. V závislosti od spotreby energie na prenos látok sa rozlišujú:

pasívny transport alebo uľahčená difúzia;

aktívny (selektívny) transport za účasti ATP a enzýmov.

preprava v membránovom obale. Existujú endocytóza (do bunky) a exocytóza (von z bunky) - mechanizmy, ktoré transportujú veľké častice a makromolekuly cez membránu. Plazmatická membrána pri endocytóze tvorí invagináciu, jej okraje sa spájajú a do cytoplazmy sa uvoľňuje vezikula. Vezikula je od cytoplazmy ohraničená jednou membránou, ktorá je súčasťou vonkajšej cytoplazmatickej membrány. Existuje fagocytóza a pinocytóza. Fagocytóza je absorpcia veľkých častíc, ktoré sú dosť tvrdé. Napríklad fagocytóza lymfocytov, prvokov atď. Pinocytóza je proces zachytávania a absorpcie kvapôčok kvapaliny s látkami v nej rozpustenými.

Exocytóza je proces odstraňovania rôznych látok z bunky. Počas exocytózy sa membrána vezikuly alebo vakuoly spája s vonkajším cyto plazmatická membrána. Obsah vezikuly sa odstráni za povrch bunky a membrána sa začlení do vonkajšej cytoplazmatickej membrány.

V jadre pasívny transport nenabitých molekúl spočíva v rozdiele koncentrácií vodíka a nábojov, t.j. elektrochemický gradient. Látky sa presunú z oblasti s vyšším gradientom do oblasti s nižším. Rýchlosť dopravy závisí od rozdielu stúpaní.

Jednoduchá difúzia je transport látok priamo cez lipidovú dvojvrstvu. Charakteristické pre plyny, nepolárne alebo malé nenabité polárne molekuly, rozpustné v tukoch. Voda rýchlo preniká do dvojvrstvy, pretože jeho molekula je malá a elektricky neutrálna. Difúzia vody cez membrány sa nazýva osmóza.

Difúzia cez membránové kanály je transport nabitých molekúl a iónov (Na, K, Ca, Cl), ktoré prenikajú cez membránu v dôsledku prítomnosti špeciálnych kanálikov tvoriacich proteíny, ktoré tvoria vodné póry.

Uľahčená difúzia je transport látok pomocou špeciálnych transportných proteínov. Každý proteín je zodpovedný za presne definovanú molekulu alebo skupinu príbuzných molekúl, interaguje s ňou a pohybuje sa cez membránu. Napríklad cukry, aminokyseliny, nukleotidy a iné polárne molekuly.

Aktívna doprava uskutočňované nosnými proteínmi (ATPáza) proti elektrochemickému gradientu so spotrebou energie. Jeho zdrojom sú molekuly ATP. Napríklad sodík je draslíková pumpa.

Koncentrácia draslíka vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako mimo nej a sodíka - naopak. Preto katióny draslíka a sodíka pasívne difundujú cez vodné póry membrány pozdĺž koncentračného gradientu. Vysvetľuje to skutočnosť, že priepustnosť membrány pre ióny draslíka je vyššia ako pre ióny sodíka. V súlade s tým draslík difunduje z bunky rýchlejšie ako sodík do bunky. Pre normálne fungovanie buniek je však potrebný určitý pomer 3 draselných a 2 sodných iónov. Preto je v membráne sodíkovo-draslíková pumpa, ktorá aktívne odčerpáva sodík z bunky a draslík do bunky. Táto pumpa je transmembránový membránový proteín schopný konformačných preskupení. Preto môže na seba naviazať draselné aj sodné ióny (antiport). Proces je energeticky náročný:

Z vnútra membrány vstupujú do proteínu pumpy sodíkové ióny a molekula ATP a zvonka prichádzajú draselné ióny.

Sodné ióny sa spoja s molekulou proteínu a proteín získa aktivitu ATPázy, t.j. schopnosť spôsobiť hydrolýzu ATP, ktorá je sprevádzaná uvoľňovaním energie, ktorá poháňa pumpu.

Fosfát uvoľnený počas hydrolýzy ATP sa naviaže na proteín, t.j. fosforyluje proteín.

Fosforylácia spôsobuje konformačné zmeny v proteíne, ktorý nie je schopný zadržiavať sodíkové ióny. Sú uvoľnené a pohybujú sa mimo bunky.

Nová konformácia proteínu podporuje pripojenie iónov draslíka k nemu.

Pridanie draselných iónov spôsobuje defosforyláciu proteínu. Opäť mení svoju konformáciu.

Zmena konformácie proteínov vedie k uvoľneniu iónov draslíka vo vnútri bunky.

Proteín je opäť pripravený pripojiť k sebe sodné ióny.

V jednom cykle prevádzky pumpa odčerpá 3 sodíkové ióny z bunky a pumpuje 2 draselné ióny.

Cytoplazma– obligátna zložka bunky, nachádzajúca sa medzi povrchovým aparátom bunky a jadrom. Ide o komplexný heterogénny štruktúrny komplex pozostávajúci z:

hyaloplazma

organely (stále zložky cytoplazmy)

inklúzie sú dočasné zložky cytoplazmy.

Cytoplazmatická matrica(hyaloplazma) je vnútorný obsah bunky – bezfarebný, hustý a priehľadný koloidný roztok. Komponenty cytoplazmatickej matrice uskutočňujú v bunke procesy biosyntézy a obsahujú enzýmy potrebné na výrobu energie, najmä vďaka anaeróbnej glykolýze.

Základné vlastnosti cytoplazmatickej matrice.

Určuje koloidné vlastnosti bunky. Spolu s intracelulárnymi membránami vakuolárneho systému ho možno považovať za vysoko heterogénny alebo viacfázový koloidný systém.

Poskytuje zmenu viskozity cytoplazmy, prechod z gélu (hustejšieho) na sól (viac tekutý), ku ktorému dochádza pod vplyvom vonkajších a vnútorných faktorov.

Zabezpečuje cyklózu, améboidný pohyb, delenie buniek a pohyb pigmentu v chromatofóroch.

Určuje polaritu umiestnenia intracelulárnych komponentov.

Zabezpečuje mechanické vlastnosti buniek - elasticitu, schopnosť zlučovania, tuhosť.

organely– trvalé bunkové štruktúry, ktoré zabezpečujú, že bunka vykonáva špecifické funkcie. V závislosti od štrukturálnych vlastností sa rozlišujú:

membránové organely – majú membránovú štruktúru. Môžu byť jednomembránové (ER, Golgiho aparát, lyzozómy, vakuoly rastlinných buniek). Dvojmembránové (mitochondrie, plastidy, jadro).

Nemembránové organely – nemajú membránovú štruktúru (chromozómy, ribozómy, bunkové centrum, cytoskelet).

Organely na všeobecné použitie sú charakteristické pre všetky bunky: jadro, mitochondrie, bunkové centrum, Golgiho aparát, ribozómy, EPS, lyzozómy. Keď sú organely charakteristické pre určité typy buniek, nazývajú sa špeciálne organely (napríklad myofibrily, ktoré sťahujú svalové vlákno).

Endoplazmatické retikulum- jediná súvislá štruktúra, ktorej membrána tvorí mnoho invaginácií a záhybov, ktoré vyzerajú ako tubuly, mikrovakuoly a veľké cisterny. ER membrány sú spojené na jednej strane s bunkovou cytoplazmatickou membránou a na druhej strane s vonkajšia škrupina jadrová membrána.

Existujú dva typy EPS – drsný a hladký.

V drsnej alebo granulovanej ER sú cisterny a tubuly spojené s ribozómami. je vonkajšia strana membrány hladká alebo agranulárna ER nemá žiadnu súvislosť s ribozómami. Toto je vnútorná strana membrány.

Nie je žiadnym tajomstvom, že všetky živé bytosti na našej planéte sa skladajú z buniek, týchto nespočetných „“ organických látok. Bunky sú zase obklopené špeciálnym ochranným obalom - membránou, ktorá hrá veľmi dôležitú úlohu v živote bunky a funkcie bunkovej membrány sa neobmedzujú len na ochranu bunky, ale predstavujú mimoriadne zložitý mechanizmus podieľa sa na reprodukcii, výžive a regenerácii buniek.

Čo je bunková membrána

Samotné slovo „membrána“ sa prekladá z latinčiny ako „film“, hoci membrána nie je len druh filmu, v ktorom je bunka zabalená, ale súbor dvoch filmov, ktoré sú navzájom spojené a majú rôzne vlastnosti. Bunková membrána je v skutočnosti trojvrstvová lipoproteínová (tukovo-proteínová) membrána, ktorá oddeľuje každú bunku od susedných buniek a prostredia a vykonáva riadenú výmenu medzi bunkami a prostredím, toto je akademická definícia toho, čo je bunková membrána je.

Dôležitosť membrány je jednoducho obrovská, pretože nielen oddeľuje jednu bunku od druhej, ale zabezpečuje aj interakciu bunky s ostatnými bunkami a prostredím.

História výskumu bunkových membrán

Dôležitý príspevok k štúdiu bunkovej membrány urobili dvaja nemeckí vedci Gorter a Grendel už v roku 1925. Vtedy sa im podarilo uskutočniť komplexný biologický experiment na červených krvinkách – erytrocytoch, počas ktorého vedci získali takzvané „tiene“, prázdne obaly erytrocytov, ktoré naskladali do jedného stohu a zmerali povrch, a tiež vypočítal množstvo lipidov v nich. Vedci na základe množstva získaných lipidov dospeli k záveru, že sú presne obsiahnuté v dvojitej vrstve bunkovej membrány.

V roku 1935 ďalšia dvojica výskumníkov bunkových membrán, tentoraz Američania Daniel a Dawson, po sérii dlhých experimentov stanovila obsah bielkovín v bunkovej membráne. Nedalo sa inak vysvetliť, prečo mala membrána takú výšku povrchové napätie. Vedci šikovne predstavili model bunkovej membrány v podobe sendviča, v ktorom úlohu chleba zohrávajú homogénne lipidovo-proteínové vrstvy a medzi nimi je namiesto oleja prázdnota.

V roku 1950, s príchodom elektroniky, bola teória Daniela a Dawsona potvrdená praktickými pozorovaniami – na mikrosnímkach bunkovej membrány boli jasne viditeľné vrstvy lipidových a proteínových hlavičiek a tiež prázdny priestor medzi nimi.

V roku 1960 americký biológ J. Robertson vypracoval teóriu o trojvrstvovej štruktúre bunkových membrán, ktorá na dlhú dobu bol považovaný za jediný pravý, ale s ďalší vývoj vedy sa začali objavovať pochybnosti o jej neomylnosti. Takže napríklad z tohto pohľadu by bolo pre bunky náročné a prácne transportovať potrebné živiny cez celý „sendvič“

A až v roku 1972 boli americkí biológovia S. Singer a G. Nicholson schopní vysvetliť nezrovnalosti v Robertsonovej teórii pomocou nového fluidno-mozaikového modelu bunkovej membrány. Zistili najmä, že bunková membrána nie je svojím zložením homogénna, navyše je asymetrická a naplnená kvapalinou. Okrem toho sú bunky v neustálom pohybe. A notoricky známe proteíny, ktoré sú súčasťou bunkovej membrány, majú rôzne štruktúry a funkcie.

Vlastnosti a funkcie bunkovej membrány

Teraz sa pozrime, aké funkcie vykonáva bunková membrána:

Bariérovou funkciou bunkovej membrány je membrána ako skutočná pohraničná stráž, ktorá stráži hranice bunky, zdržuje a nedovolí škodlivým alebo jednoducho nevhodným molekulám prejsť.

Transportná funkcia bunkovej membrány - membrána nie je len pohraničnou strážou pri bráne bunky, ale neustále ňou prechádza aj akýsi colný kontrolný bod; užitočné látky s inými bunkami a prostredím.

Funkcia matrice - je to bunková membrána, ktorá určuje umiestnenie voči sebe navzájom a reguluje interakciu medzi nimi.

Mechanická funkcia - je zodpovedná za obmedzenie jednej bunky od druhej a zároveň za správne spojenie buniek medzi sebou, za ich formovanie do homogénneho tkaniva.

Ochranná funkcia bunkovej membrány je základom pre budovanie ochranného štítu bunky. V prírode môže byť príkladom tejto funkcie tvrdé drevo, hustá šupka, ochranná škrupina, a to všetko vďaka ochranná funkcia membrány.

Ďalšou je enzymatická funkcia dôležitá funkcia vykonávané určitými bunkovými proteínmi. Napríklad vďaka tejto funkcii dochádza k syntéze tráviacich enzýmov v črevnom epiteli.

Okrem toho dochádza k bunkovej výmene cez bunkovú membránu, ktorá môže prebiehať v troch rôznych reakciách:

• Fagocytóza je bunková výmena, pri ktorej fagocytové bunky uložené v membráne zachytávajú a trávia rôzne živiny.
• Pinocytóza je proces zachytávania tekutých molekúl, ktoré sú s ňou v kontakte, bunkovou membránou. Na tento účel sa na povrchu membrány vytvárajú špeciálne úponky, ktoré akoby obklopovali kvapku kvapaliny a vytvárali bublinu, ktorú membrána následne „prehltne“.
• Exocytóza je reverzný proces, keď bunka uvoľňuje sekrečnú funkčnú tekutinu na povrch cez membránu.

Štruktúra bunkovej membrány

V bunkovej membráne sú tri triedy lipidov:

• fosfolipidy (ktoré sú kombináciou tukov a fosforu),
• glykolipidy (kombinácia tukov a sacharidov),
• cholesterolu

Fosfolipidy a glykolipidy zase pozostávajú z hydrofilnej hlavy, do ktorej zasahujú dva dlhé hydrofóbne chvosty. Cholesterol zaberá priestor medzi týmito chvostmi a bráni im v ohýbaní, to všetko v niektorých prípadoch spôsobuje, že membrána určitých buniek je veľmi tuhá. K tomu všetkému molekuly cholesterolu organizujú štruktúru bunkovej membrány.

Ale nech je to akokoľvek, najdôležitejšou súčasťou štruktúry bunkovej membrány je proteín, alebo skôr rôzne proteíny, ktoré hrajú rôzne dôležité úlohy. Napriek rôznorodosti proteínov obsiahnutých v membráne existuje niečo, čo ich spája – prstencové lipidy sa nachádzajú okolo všetkých membránových proteínov. Prstencové lipidy sú špeciálne štruktúrované tuky, ktoré slúžia ako akási ochranná škrupina pre bielkoviny, bez ktorej by jednoducho nefungovali.

Štruktúra bunkovej membrány má tri vrstvy: základom bunkovej membrány je homogénna tekutá bilipidová vrstva. Bielkoviny ho pokrývajú z oboch strán ako mozaika. Sú to proteíny, ktoré okrem vyššie opísaných funkcií zohrávajú aj úlohu zvláštnych kanálikov, ktorými cez membránu prechádzajú látky, ktoré nie sú schopné preniknúť cez tekutú vrstvu membrány. Patria sem napríklad draselné a sodné ióny na ich prienik cez membránu, príroda poskytuje špeciálne iónové kanály v bunkových membránach. Inými slovami, proteíny zabezpečujú priepustnosť bunkových membrán.

Ak sa pozrieme na bunkovú membránu cez mikroskop, uvidíme vrstvu lipidov tvorenú malými guľovitými molekulami, na ktorých plávajú bielkoviny ako na mori. Teraz viete, aké látky tvoria bunkovú membránu.

Video bunkovej membrány

A na záver vzdelávacie video o bunkovej membráne.

9.5.1. Jednou z hlavných funkcií membrán je účasť na prenose látok. Tento proces sa dosahuje tromi hlavnými mechanizmami: jednoduchá difúzia, uľahčená difúzia a aktívny transport (obrázok 9.10). Pamätajte najdôležitejšie vlastnosti týchto mechanizmov a príklady transportovaných látok v každom prípade.

Obrázok 9.10. Mechanizmy transportu molekúl cez membránu

Jednoduchá difúzia- prenos látok cez membránu bez účasti špeciálnych mechanizmov. Transport prebieha pozdĺž koncentračného gradientu bez spotreby energie. Jednoduchou difúziou sa transportujú malé biomolekuly - H2O, CO2, O2, močovina, hydrofóbne nízkomolekulové látky. Rýchlosť jednoduchej difúzie je úmerná koncentračnému gradientu.

Uľahčená difúzia- prenos látok cez membránu pomocou proteínových kanálov alebo špeciálnych nosných proteínov. Vykonáva sa pozdĺž koncentračného gradientu bez spotreby energie. Transportujú sa monosacharidy, aminokyseliny, nukleotidy, glycerol a niektoré ióny. Charakteristická je saturačná kinetika - pri určitej (saturačnej) koncentrácii transportovanej látky sa na prenose zúčastňujú všetky molekuly nosiča a transportná rýchlosť dosahuje maximálnu hodnotu.

Aktívna doprava- vyžaduje aj účasť špeciálnych transportných proteínov, ale transport prebieha proti koncentračnému gradientu a preto vyžaduje výdaj energie. Pomocou tohto mechanizmu sú ióny Na+, K+, Ca2+, Mg2+ transportované cez bunkovú membránu a protóny sú transportované cez mitochondriálnu membránu. Aktívny transport látok je charakterizovaný kinetikou nasýtenia.

9.5.2. Príkladom transportného systému, ktorý vykonáva aktívny transport iónov, je Na+,K+-adenozíntrifosfatáza (Na+,K+-ATPáza alebo Na+,K+-pumpa). Tento proteín sa nachádza hlboko v plazmatickej membráne a je schopný katalyzovať reakciu hydrolýzy ATP. Energia uvoľnená pri hydrolýze 1 molekuly ATP sa využije na prenos 3 iónov Na+ z bunky do extracelulárneho priestoru a 2 iónov K+ v opačnom smere (obrázok 9.11). V dôsledku pôsobenia Na+,K+-ATPázy vzniká koncentračný rozdiel medzi bunkovým cytosólom a extracelulárnou tekutinou. Pretože prenos iónov nie je ekvivalentný, dochádza k rozdielu elektrického potenciálu. Vzniká tak elektrochemický potenciál, ktorý pozostáva z energie rozdielu elektrických potenciálov Δφ a energie rozdielu koncentrácií látok ΔC na oboch stranách membrány.

Obrázok 9.11. Schéma čerpadiel Na+, K+.

9.5.3. Transport častíc a zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou cez membrány

Spolu s dopravou organickej hmoty a ióny prenášané nosičmi, existuje v bunke veľmi špeciálny mechanizmus určený na absorbovanie vysokomolekulárnych zlúčenín do bunky a odstraňovanie vysokomolekulárnych zlúčenín z nej zmenou tvaru biomembrány. Tento mechanizmus sa nazýva vezikulárny transport.

Obrázok 9.12. Typy vezikulárneho transportu: 1 - endocytóza; 2 - exocytóza.

Počas prenosu makromolekúl dochádza k postupnej tvorbe a fúzii membránou obklopených vezikúl (vezikúl). Na základe smeru transportu a charakteru transportovaných látok sa rozlišujú tieto typy vezikulárneho transportu:

Endocytóza(Obrázok 9.12, 1) - prenos látok do bunky. V závislosti od veľkosti výsledných vezikúl sa rozlišujú:

A) pinocytóza - absorpcia tekutých a rozpustených makromolekúl (bielkoviny, polysacharidy, nukleových kyselín) použitím malých bublín (priemer 150 nm);

b) fagocytóza — absorpcia veľkých častíc, ako sú mikroorganizmy alebo zvyšky buniek. V tomto prípade sa vytvárajú veľké vezikuly nazývané fagozómy s priemerom väčším ako 250 nm.

Pinocytóza je charakteristická pre väčšinu eukaryotických buniek, zatiaľ čo veľké častice sú absorbované špecializovanými bunkami - leukocytmi a makrofágmi. V prvom štádiu endocytózy sú látky alebo častice adsorbované na povrchu membrány, tento proces prebieha bez spotreby energie. V ďalšom štádiu sa membrána s adsorbovanou látkou prehĺbi do cytoplazmy; výsledné lokálne invaginácie plazmatickej membrány sa oddelia od povrchu bunky a vytvoria sa vezikuly, ktoré potom migrujú do bunky. Tento proces je spojený systémom mikrofilamentov a je energeticky závislý. Vezikuly a fagozómy, ktoré vstupujú do bunky, sa môžu zlúčiť s lyzozómami. Enzýmy obsiahnuté v lyzozómoch rozkladajú látky obsiahnuté vo vezikulách a fagozómoch na produkty s nízkou molekulovou hmotnosťou (aminokyseliny, monosacharidy, nukleotidy), ktoré sú transportované do cytosólu, kde ich môže bunka využiť.

Exocytóza(Obrázok 9.12, 2) - prenos častíc a veľkých zlúčenín z bunky. Tento proces, podobne ako endocytóza, sa vyskytuje pri absorpcii energie. Hlavné typy exocytózy sú:

A) sekrétu - odstránenie vo vode rozpustných zlúčenín z bunky, ktoré sa používajú alebo ovplyvňujú iné bunky tela. Môžu byť vykonávané tak nešpecializovanými bunkami, ako aj bunkami Endokrinné žľazy, hlienovitá gastrointestinálny trakt, prispôsobené na vylučovanie látok, ktoré produkujú (hormóny, neurotransmitery, proenzýmy) v závislosti od špecifických potrieb organizmu.

Vylučované proteíny sa syntetizujú na ribozómoch spojených s membránami hrubého endoplazmatického retikula. Tieto proteíny sú následne transportované do Golgiho aparátu, kde sa upravujú, koncentrujú, triedia a následne balia do vezikúl, ktoré sa uvoľňujú do cytosolu a následne fúzujú s plazmatickou membránou, takže obsah vezikúl je mimo bunky.

Na rozdiel od makromolekúl sú malé vylučované častice, ako sú protóny, transportované von z bunky pomocou mechanizmov uľahčenej difúzie a aktívneho transportu.

b) vylučovanie - odstránenie z bunky látok, ktoré sa nedajú použiť (napríklad počas erytropoézy, odstránenie sieťoviny z retikulocytov, čo sú agregované zvyšky organel). Zdá sa, že mechanizmus vylučovania spočíva v tom, že vylúčené častice sú spočiatku zachytené v cytoplazmatickom vezikule, ktorý sa potom spojí s plazmatickou membránou.

Odvetvie biológie nazývané cytológia študuje štruktúru organizmov, ako aj rastlín, zvierat a ľudí. Vedci zistili, že obsah bunky, ktorý sa v nej nachádza, je postavený pomerne zložito. Je obklopený takzvaným povrchovým aparátom, ktorý zahŕňa vonkajšiu bunkovú membránu, supramembránové štruktúry: glykokalyx a tiež 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 rôznych typov buniek.

Aké funkcie plní vonkajšia bunková membrána?

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 zabezpečiť metabolizmus medzi bunkovým obsahom a tkanivovou tekutinou, takže vonkajšia bunková membrána transportuje molekuly a ióny vstupujúce do cytoplazmy a tiež pomáha odstraňovať odpad a prebytočné toxické látky z bunky.

Štruktúra bunkovej membrány

Membrány alebo plazmatické membrány rôzne druhy bunky sa od seba veľmi líšia. Predovšetkým svojou chemickou štruktúrou, ako aj relatívnym obsahom lipidov, glykoproteínov, proteínov a teda aj povahou receptorov, ktoré sa v nich nachádzajú. 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 byť použité na vytvorenie ich ochranného obalu.

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

Vlastnosti štruktúry plazmatickej membrány eukaryotov

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

Hlavnými chemickými zlúčeninami, ktoré ho tvoria, sú usporiadané molekuly proteínov a určitých fosfolipidov, ktoré sú vložené do tekutého lipidového média a pripomínajú mozaiku. Bunková membrána sa teda skladá z dvoch vrstiev lipidov, ktorých nepolárne hydrofóbne „chvosty“ sú umiestnené vo vnútri membrány a polárne hydrofilné hlavy smerujú k bunkovej cytoplazme a medzibunkovej tekutine.

Lipidová vrstva je penetrovaná veľkými proteínovými molekulami, ktoré tvoria hydrofilné póry. Prostredníctvom nich sa prepravujú vodné roztoky glukózy a minerálnych solí. Niektoré proteínové molekuly sa nachádzajú na vonkajšej aj vonkajšej strane vnútorný povrch plazmalémy. Na vonkajšej bunkovej membráne v bunkách všetkých organizmov s jadrami sú teda sacharidové molekuly spojené 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, ochranu cytoplazmy pred cudzími činidlá zvonku. Môže vytvárať mezozómy - štruktúry, ktoré vznikajú pri invaginácii plazmatickej membrány do bunky. Môžu obsahovať enzýmy zapojené do metabolických reakcií prokaryotov, napríklad replikácie DNA a syntézy proteínov.

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

Úloha vonkajších membrán v medzibunkových kontaktoch

Pokračujeme v odpovedi na otázku, aké funkcie plní vonkajšia bunková membrána, zastavme sa pri jej úlohe. V rastlinných bunkách sa v stenách vonkajšej bunkovej membrány tvoria póry, ktoré prechádzajú do celulózovej vrstvy. Prostredníctvom nich môže cytoplazma bunky vystupovať von.

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

Pomocné formácie plazmalemy

Pochopenie toho, ako sa rastlinné bunky líšia od živočíšnych, pomáha štúdium štrukturálnych vlastností ich plazmatických membrán, ktoré závisia od funkcií vonkajšej bunkovej membrány. 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 podnetov z prostredia.

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 cez ňu a končia v cytoplazme.

Veľké molekuly organických látok prenikajú do cytoplazmy pomocou špeciálnych nosných proteínov. Majú druhovú špecifickosť a pri spojení s časticou alebo iónom ich pasívne prenášajú cez membránu pozdĺž koncentračného gradientu bez výdaja energie (pasívny transport). Tento proces je základom takej vlastnosti plazmalemy, ako je selektívna permeabilita. Počas procesu sa energia molekúl ATP nevyužíva a bunka si 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, 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-draselná pumpa (sodné ióny sa pohybujú z cytoplazmy do vonkajšieho prostredia a draselné ióny sú pumpované do cytoplazmy). toho schopný epitelové bunkyčrevá a obličky. Odrodami tejto metódy prenosu sú procesy pinocytózy a fagocytózy. Po preštudovaní funkcií vonkajšej bunkovej membrány je možné zistiť, že heterotrofné protisty, ako aj bunky vyšších živočíšnych organizmov, napríklad leukocyty, sú schopné procesov pino- a fagocytózy.

Bioelektrické procesy v bunkových membránach

Zistilo sa, že existuje potenciálny rozdiel medzi vonkajším povrchom plazmatickej membrány (je kladne nabitý) a vrstvou steny 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 vrstva blízko steny cytoplazmy v dôsledku prebytku katiónov dostáva kladný náboj. To vysvetľuje, prečo sa vonkajšia bunková membrána neurónu dobíja, čo spôsobuje vedenie nervové impulzy, ktorý je základom procesu excitácie.