Elusorganismi põhiliseks struktuuriüksuseks on rakk, mis on rakumembraaniga ümbritsetud tsütoplasma diferentseeritud osa. Tulenevalt asjaolust, et rakk täidab paljusid olulisi funktsioone, nagu paljunemine, toitumine, liikumine, peab membraan olema plastiline ja tihe.
Rakumembraani avastamise ja uurimise ajalugu
1925. aastal viisid Grendel ja Gorder läbi eduka katse, et tuvastada punaste vereliblede "varjud" ehk tühjad membraanid. Vaatamata mitmele tõsisele veale avastasid teadlased lipiidide kaksikkihi. Nende tööd jätkasid Danielli, Dawson 1935. aastal ja Robertson 1960. aastal. Aastatepikkuse töö ja argumentide kuhjumise tulemusena lõid Singer ja Nicholson 1972. aastal membraanistruktuuri vedeliku-mosaiikmudeli. Edasised katsed ja uuringud kinnitasid teadlaste töid.
Tähendus
Mis on rakumembraan? Seda sõna hakati kasutama rohkem kui sada aastat tagasi; ladina keelest tõlgituna tähendab see "kile", "nahk". Nii määratakse rakupiir, mis on loomulik barjäär sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel. Rakumembraani struktuur eeldab poolläbilaskvust, mille tõttu pääsevad sellest vabalt läbi niiskus ja toitained ning laguproduktid. Seda kesta võib nimetada rakuorganisatsiooni peamiseks struktuurikomponendiks.
Vaatleme rakumembraani põhifunktsioone
1. Eraldab raku sisemise sisu ja väliskeskkonna komponendid.
2. Aitab säilitada raku püsivat keemilist koostist.
3. Reguleerib õiget ainevahetust.
4. Tagab side rakkude vahel.
5. Tunneb ära signaalid.
6. Kaitsefunktsioon.
"Plasma kest"
Väline rakumembraan, mida nimetatakse ka plasmamembraaniks, on ultramikroskoopiline kile, mille paksus on viis kuni seitse nanomillimeetrit. See koosneb peamiselt valguühenditest, fosfoliididest ja veest. Kile on elastne, imab kergesti vett ja taastab pärast kahjustusi kiiresti oma terviklikkuse.
Sellel on universaalne struktuur. See membraan asub piiril, osaleb selektiivse läbilaskvuse protsessis, lagunemissaaduste eemaldamises ja sünteesib neid. Suhe oma "naabritega" ja sisemise sisu usaldusväärne kaitse kahjustuste eest muudavad selle oluliseks komponendiks sellises küsimuses nagu raku struktuur. Loomorganismide rakumembraan on mõnikord kaetud õhukese kihiga - glükokalüksiga, mis sisaldab valke ja polüsahhariide. Taimerakke väljaspool membraani kaitseb rakusein, mis toimib toena ja hoiab kuju. Selle koostise põhikomponent on kiudaine (tselluloos) - polüsahhariid, mis ei lahustu vees.
Seega on raku välismembraanil parandamise, kaitse ja teiste rakkudega suhtlemise funktsioon.
Rakumembraani struktuur
Selle liikuva kesta paksus varieerub kuuest kuni kümne nanomillimeetrini. Raku rakumembraanil on eriline koostis, mille aluseks on lipiidide kaksikkiht. Vee suhtes inertsed hüdrofoobsed sabad asuvad seespool, samas kui hüdrofiilsed pead, mis suhtlevad veega, on suunatud väljapoole. Iga lipiid on fosfolipiid, mis on selliste ainete nagu glütserool ja sfingosiin koosmõju tulemus. Lipiidide raamistik on tihedalt ümbritsetud valkudega, mis paiknevad mittepideva kihina. Osa neist on sukeldatud lipiidikihti, ülejäänud läbivad seda. Selle tulemusena moodustuvad vett läbilaskvad alad. Nende valkude funktsioonid on erinevad. Osa neist on ensüümid, ülejäänud transpordivalgud, mis viivad erinevaid aineid väliskeskkonnast tsütoplasmasse ja tagasi.
Rakumembraan on läbi imbunud ja tihedalt ühendatud integraalsete valkudega ning ühendus perifeersete valkudega on nõrgem. Need valgud täidavad olulist funktsiooni, milleks on membraani struktuuri säilitamine, keskkonna signaalide vastuvõtmine ja muundamine, ainete transportimine ja membraanidel toimuvate reaktsioonide katalüüsimine.
Ühend
Rakumembraani aluseks on bimolekulaarne kiht. Tänu järjepidevusele on rakul barjääri ja mehaanilised omadused. Erinevatel eluetappidel võib see kaksikkiht olla häiritud. Selle tulemusena tekivad läbi hüdrofiilsete pooride struktuursed defektid. Sel juhul võivad sellise komponendi nagu rakumembraan absoluutselt kõik funktsioonid muutuda. Tuum võib kannatada välismõjude tõttu.
Omadused
Raku rakumembraanil on huvitavad omadused. Tänu oma voolavusele ei ole see membraan jäik struktuur ning suurem osa selle moodustavatest valkudest ja lipiididest liigub vabalt membraani tasapinnal.
Üldiselt on rakumembraan asümmeetriline, mistõttu valgu- ja lipiidikihtide koostis on erinev. Loomarakkude plasmamembraanidel on nende välisküljel glükoproteiinikiht, mis täidab retseptori- ja signaalimisfunktsioone ning mängib samuti suurt rolli rakkude koeks ühendamise protsessis. Rakumembraan on polaarne, st välislaeng on positiivne ja sisemine laeng negatiivne. Lisaks kõigele ülaltoodule on rakumembraanil selektiivne ülevaade.
See tähendab, et lisaks veele lastakse rakku ainult teatud rühm molekule ja lahustunud ainete ioone. Sellise aine nagu naatriumi kontsentratsioon enamikus rakkudes on palju madalam kui väliskeskkonnas. Kaaliumioonide vahekord on erinev: nende hulk rakus on palju suurem kui keskkonnas. Sellega seoses kipuvad naatriumiioonid tungima läbi rakumembraani ja kaaliumiioonid kipuvad vabanema väljaspool. Sellistel asjaoludel aktiveerib membraan spetsiaalse süsteemi, mis täidab ainete kontsentratsiooni ühtlustamist, mis täidab "pumpamise" rolli: naatriumioonid pumbatakse raku pinnale ja kaaliumiioonid pumbatakse sisse. See omadus on rakumembraani üks olulisemaid funktsioone.
See naatriumi- ja kaaliumiioonide kalduvus liikuda pinnalt sissepoole mängib suurt rolli suhkru ja aminohapete transportimisel rakku. Naatriumioonide aktiivse eemaldamise käigus rakust loob membraan tingimused glükoosi ja aminohapete uueks sissevõtmiseks. Vastupidi, kaaliumiioonide rakku ülekandmise protsessis täiendatakse raku seest väliskeskkonda lagunemissaaduste "transporterite" arvu.
Kuidas toimub rakkude toitumine läbi rakumembraani?
Paljud rakud võtavad aineid selliste protsesside kaudu nagu fagotsütoos ja pinotsütoos. Esimese variandi puhul loob painduv välismembraan väikese süvendi, millesse kinnipüütud osake satub. Seejärel muutub süvendi läbimõõt suuremaks, kuni suletud osake siseneb raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi kaudu toidetakse mõned algloomad, näiteks amööbid, samuti vererakud - leukotsüüdid ja fagotsüüdid. Samamoodi imavad rakud vedelikku, mis sisaldab vajalikke toitaineid. Seda nähtust nimetatakse pinotsütoosiks.
Välismembraan on tihedalt seotud raku endoplasmaatilise retikulumiga.
Paljudel peamiste koekomponentide tüüpidel on membraani pinnal väljaulatuvad osad, voldid ja mikrovillid. Selle kesta välisküljel olevad taimerakud on kaetud teise, paksu ja mikroskoobi all selgelt nähtavaga. Kiud, millest need on valmistatud, aitavad toetada taimekudesid, näiteks puitu. Loomarakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis asuvad rakumembraani peal. Need on oma olemuselt eranditult kaitsvad, näiteks putukate siserakkudes sisalduv kitiin.
Lisaks rakumembraanile on olemas rakusisene membraan. Selle ülesanne on jagada rakk mitmeks spetsiaalseks suletud sektsiooniks – kambriteks ehk organellideks, kus tuleb säilitada teatud keskkond.
Seega on võimatu ülehinnata elusorganismi põhiüksuse sellise komponendi, nagu rakumembraan, rolli. Struktuur ja funktsioonid viitavad raku kogupinna olulisele laienemisele ja metaboolsete protsesside paranemisele. See molekulaarstruktuur koosneb valkudest ja lipiididest. Eraldades raku väliskeskkonnast, tagab membraan selle terviklikkuse. Selle abiga hoitakse rakkudevahelisi ühendusi üsna tugeval tasemel, moodustades kudesid. Sellega seoses võime järeldada, et rakumembraanil on rakus üks tähtsamaid rolle. Selle struktuur ja funktsioonid erinevad erinevates rakkudes, sõltuvalt nende eesmärgist. Nende omaduste kaudu saavutatakse mitmesugused rakumembraanide füsioloogilised aktiivsused ja nende roll rakkude ja kudede olemasolus.
Membraanid on äärmiselt viskoossed ja samal ajal plastilised struktuurid, mis ümbritsevad kõiki elusrakke. Funktsioonid rakumembraanid:
1. Plasmamembraan on barjäär, mis hoiab rakuvälise ja rakusisese keskkonna erinevat koostist.
2.Membraanid moodustavad raku sees spetsiaalsed sektsioonid, st. arvukad organellid - mitokondrid, lüsosoomid, Golgi kompleks, endoplasmaatiline retikulum, tuumamembraanid.
3. Ensüümid, mis osalevad energia muundamises sellistes protsessides nagu oksüdatiivne fosforüülimine ja fotosüntees, paiknevad membraanides.
Membraanide struktuur ja koostis
Membraani alus on kahekordne lipiidikiht, mille moodustumisel osalevad fosfolipiidid ja glükolipiidid. Lipiidide kaksikkiht moodustub kahest lipiidireast, mille hüdrofoobsed radikaalid on peidetud sissepoole ja hüdrofiilsed rühmad on suunatud väljapoole ja on kontaktis vesikeskkonnaga. Valgu molekulid on justkui "lahustunud" lipiidide kaksikkihis.
Membraani lipiidide struktuur
Membraani lipiidid on amfifiilsed molekulid, kuna molekulil on nii hüdrofiilne piirkond (polaarpead) kui ka hüdrofoobne piirkond, mida esindavad rasvhapete süsivesinikradikaalid, mis moodustavad spontaanselt kahekihi. Membraanid sisaldavad kolme peamist tüüpi lipiide – fosfolipiide, glükolipiide ja kolesterooli.
Lipiidide koostis on erinev. Teatud lipiidide sisalduse määrab ilmselt nende lipiidide membraanides täidetavate funktsioonide mitmekesisus.
Fosfolipiidid. Kõik fosfolipiidid võib jagada kahte rühma – glütserofosfolipiidid ja sfingofosfolipiidid. Glütserofosfolipiidid klassifitseeritakse fosfatiidhappe derivaatideks. Levinumad glütserofosfolipiidid on fosfatidüülkoliinid ja fosfatidüületanoolamiinid. Sfingofosfolipiidid põhinevad aminoalkoholil sfingosiin.
Glükolipiidid. Glükolipiidides esindab hüdrofoobset osa alkoholkeramiid ja hüdrofiilset osa süsivesikute jäägiga. Sõltuvalt süsivesikute osa pikkusest ja struktuurist eristatakse tserebrosiide ja gangliosiide. Glükolipiidide polaarsed "pead" asuvad plasmamembraanide välispinnal.
Kolesterool (CS). CS esineb kõigis loomarakkude membraanides. Selle molekul koosneb jäigast hüdrofoobsest tuumast ja painduvast süsivesinikahelast. Üksik hüdroksüülrühm 3-asendis on "polaarne pea". Loomaraku puhul on kolesterooli/fosfolipiidide keskmine molaarsuhe 0,3-0,4, kuid plasmamembraanis on see suhe palju suurem (0,8-0,9). Kolesterooli olemasolu membraanides vähendab rasvhapete liikuvust, lipiidide lateraalset difusiooni ja võib seetõttu mõjutada membraanivalkude funktsioone.
Membraani omadused:
1. Valikuline läbilaskvus. Suletud kaksikkiht tagab membraani ühe peamise omaduse: see on läbitungimatu enamiku vees lahustuvate molekulide suhtes, kuna need ei lahustu selle hüdrofoobses tuumas. Gaasidel, nagu hapnik, CO 2 ja lämmastik, on nende molekulide väikese suuruse ja nõrga koostoime tõttu lahustitega võime kergesti rakkudesse tungida. Lipiidse iseloomuga molekulid, näiteks steroidhormoonid, tungivad kergesti ka kaksikkihti.
2. Likviidsus. Membraane iseloomustab likviidsus (voolavus), lipiidide ja valkude liikumisvõime. Võimalikud on kahte tüüpi fosfolipiidide liikumised: salto (teaduskirjanduses nimetatakse seda "flip-flopiks") ja külgmine difusioon. Esimesel juhul pöörduvad bimolekulaarses kihis üksteisele vastandlikud fosfolipiidimolekulid ümber (või salto) üksteise poole ja vahetavad membraanis kohti, s.t. väljast saab sisemus ja vastupidi. Selliseid hüppeid seostatakse energiatarbimisega. Sagedamini täheldatakse pöördeid ümber telje (pöörlemine) ja külgmist difusiooni – kihi sees liikumist paralleelselt membraani pinnaga. Molekulide liikumiskiirus sõltub membraanide mikroviskoossusest, mille omakorda määrab küllastunud ja küllastumata rasvhapete suhteline sisaldus lipiidide koostises. Mikroviskoossus on väiksem, kui lipiidide koostises on ülekaalus küllastumata rasvhapped, ja suurem, kui küllastunud rasvhapete sisaldus on kõrge.
3. Membraani asümmeetria. Sama membraani pinnad erinevad lipiidide, valkude ja süsivesikute koostise poolest (ristasümmeetria). Näiteks väliskihis on ülekaalus fosfatidüülkoliinid ning sisemises kihis fosfatidüületanoolamiinid ja fosfatidüülseriinid. Glükoproteiinide ja glükolipiidide süsivesikute komponendid tulevad välispinnale, moodustades pideva struktuuri, mida nimetatakse glükokalüksiks. Sisepinnal pole süsivesikuid. Valgud - hormooni retseptorid asuvad plasmamembraani välispinnal ja nende poolt reguleeritavad ensüümid - adenülaattsüklaas, fosfolipaas C - sisepinnal jne.
Membraanvalgud
Membraani fosfolipiidid toimivad membraanivalkude lahustina, luues mikrokeskkonna, milles viimased saavad toimida. Valgud moodustavad 30–70% membraanide massist. Erinevate valkude arv membraanis varieerub 6-8-st sarkoplasmaatilises retikulumis kuni enam kui 100-ni plasmamembraanis. Need on ensüümid, transportvalgud, struktuurvalgud, antigeenid, sealhulgas peamise histo-sobivussüsteemi antigeenid, erinevate molekulide retseptorid.
Vastavalt nende lokaliseerimisele membraanis jagatakse valgud integraalseteks (osaliselt või täielikult membraani sukeldatud) ja perifeerseteks (asub selle pinnal). Mõned integraalsed valgud läbivad membraani üks kord (glükoforiin), teised läbivad membraani mitu korda. Näiteks võrkkesta fotoretseptor ja β2-adrenergiline retseptor läbivad kaksikkihti 7 korda.
Perifeersed valgud ja integraalsete valkude domeenid, mis asuvad kõigi membraanide välispinnal, on peaaegu alati glükosüülitud. Oligosahhariidijäägid kaitsevad valku proteolüüsi eest ja osalevad ka ligandi äratundmises või adhesioonis.
1972. aastal esitati teooria, et osaliselt läbilaskev membraan ümbritseb rakku ja täidab mitmeid elutähtsaid ülesandeid ning rakumembraanide struktuur ja funktsioon on olulised küsimused, mis puudutavad kõigi keharakkude nõuetekohast toimimist. sai laialt levinud 17. sajandil koos mikroskoobi leiutamisega. Sai teatavaks, et taimsed ja loomsed koed koosnevad rakkudest, kuid seadme madala eraldusvõime tõttu polnud loomaraku ümber barjääre näha. 20. sajandil uuriti põhjalikumalt membraani keemilist olemust ja leiti, et see põhineb lipiididel.
Rakumembraanide ehitus ja funktsioonid
Rakumembraan ümbritseb elusrakkude tsütoplasmat, eraldades rakusisesed komponendid füüsiliselt väliskeskkonnast. Ka seentel, bakteritel ja taimedel on rakuseinad, mis pakuvad kaitset ja takistavad suurte molekulide läbipääsu. Rakumembraanid mängivad rolli ka tsütoskeleti moodustumisel ja teiste elutähtsate osakeste kinnitumisel rakuvälisele maatriksile. See on vajalik nende kooshoidmiseks, moodustades keha kudesid ja elundeid. Rakumembraani struktuuri tunnused hõlmavad läbilaskvust. Peamine funktsioon on kaitse. Membraan koosneb sisseehitatud valkudega fosfolipiidikihist. See osa osaleb sellistes protsessides nagu rakkude adhesioon, ioonjuhtivus ja signaalisüsteemid ning toimib kinnituspinnana mitmetele rakuvälistele struktuuridele, sealhulgas seinale, glükokalüksile ja sisemisele tsütoskeletile. Membraan säilitab ka rakupotentsiaali, toimides selektiivfiltrina. See on ioonide ja orgaaniliste molekulide suhtes selektiivselt läbilaskev ning kontrollib osakeste liikumist.
Rakumembraani hõlmavad bioloogilised mehhanismid
1. Passiivne difusioon: mõned ained (väikesed molekulid, ioonid), nagu süsinikdioksiid (CO2) ja hapnik (O2), võivad difusiooni teel tungida läbi plasmamembraani. Kest toimib teatud molekulide ja ioonide jaoks barjäärina, need võivad koonduda mõlemale poole.
2. Transmembraanne kanal ja transportervalk: Toitained, nagu glükoos või aminohapped, peavad sisenema rakku ja mõned ainevahetusproduktid peavad rakust lahkuma.
3. Endotsütoos on protsess, mille käigus omastatakse molekule. Plasmamembraanis, milles transporditav aine alla neelatakse, tekib kerge deformatsioon (invaginatsioon). See nõuab energiat ja on seega aktiivse transpordi vorm.
4. Eksotsütoos: esineb erinevates rakkudes, et eemaldada endotsütoosiga kaasa toodud ainete seedimata jäänused, et eritada aineid nagu hormoonid ja ensüümid ning transportida aine täielikult läbi rakubarjääri.
Molekulaarne struktuur
Rakumembraan on bioloogiline membraan, mis koosneb peamiselt fosfolipiididest ja eraldab kogu raku sisu väliskeskkonnast. Moodustamisprotsess toimub normaalsetes tingimustes spontaanselt. Selle protsessi mõistmiseks ja rakumembraanide struktuuri ja funktsioonide ning omaduste õigeks kirjeldamiseks on vaja hinnata fosfolipiidide struktuuride olemust, mida iseloomustab struktuurne polarisatsioon. Kui fosfolipiidid tsütoplasma vesikeskkonnas saavutavad kriitilise kontsentratsiooni, ühinevad need mitsellideks, mis on vesikeskkonnas stabiilsemad.
Membraani omadused
- Stabiilsus. See tähendab, et pärast moodustumist on membraani lagunemine ebatõenäoline.
- Tugevus. Lipiidkest on piisavalt töökindel, et takistada polaarse aine läbimist, nii lahustunud ained (ioonid, glükoos, aminohapped) kui ka palju suuremad molekulid (valgud) ei pääse moodustunud piirist läbi.
- Dünaamiline iseloom. See on võib-olla raku struktuuri kaalumisel kõige olulisem omadus. Rakumembraan võib läbida mitmesuguseid deformatsioone, võib purunemata voltida ja painduda. Eriolukordadel, näiteks vesiikulite sulandumise või tärkamise ajal, võib see häirida, kuid ainult ajutiselt. Toatemperatuuril on selle lipiidkomponendid pidevas kaootilises liikumises, moodustades stabiilse vedelikupiiri.
Vedel mosaiikmudel
Rakumembraanide struktuurist ja funktsioonidest rääkides on oluline märkida, et tänapäeva kontseptsioonis käsitlesid membraani kui vedelat mosaiikmudelit 1972. aastal teadlased Singer ja Nicholson. Nende teooria peegeldab membraani struktuuri kolme peamist tunnust. Integraalid soodustavad membraani mosaiikmustrit ja on võimelised külgsuunas tasapinnaliselt liikuma lipiidide organiseerituse muutuva olemuse tõttu. Transmembraansed valgud on samuti potentsiaalselt mobiilsed. Membraani struktuuri oluline tunnus on selle asümmeetria. Mis on raku struktuur? Rakumembraan, tuum, valgud ja nii edasi. Rakk on elu põhiüksus ja kõik organismid koosnevad ühest või mitmest rakust, millest igaühel on looduslik barjäär, mis eraldab selle keskkonnast. Seda raku välispiiri nimetatakse ka plasmamembraaniks. See koosneb neljast erinevat tüüpi molekulist: fosfolipiidid, kolesterool, valgud ja süsivesikud. Vedelmosaiikmudel kirjeldab rakumembraani struktuuri järgmiselt: painduv ja elastne, konsistentsiga sarnaneb taimeõliga, nii et kõik üksikud molekulid lihtsalt hõljuvad vedelas keskkonnas ja kõik on võimelised selles membraanis külgsuunas liikuma. Mosaiik on midagi, mis sisaldab palju erinevaid tükke. Plasmamembraanis esindavad seda fosfolipiidid, kolesterooli molekulid, valgud ja süsivesikud.
Fosfolipiidid
Fosfolipiidid moodustavad rakumembraani põhistruktuuri. Nendel molekulidel on kaks erinevat otsa: pea ja saba. Peaots sisaldab fosfaatrühma ja on hüdrofiilne. See tähendab, et seda tõmbavad veemolekulid. Saba koosneb vesiniku- ja süsinikuaatomitest, mida nimetatakse rasvhappeahelateks. Need ahelad on hüdrofoobsed, neile ei meeldi veemolekulidega seguneda. See protsess sarnaneb sellega, mis juhtub siis, kui valate taimeõli vette, see tähendab, et see ei lahustu selles. Rakumembraani struktuursed tunnused on seotud nn lipiidide kaksikkihiga, mis koosneb fosfolipiididest. Hüdrofiilsed fosfaadipead asuvad alati seal, kus on rakusisese ja rakuvälise vedeliku kujul vett. Fosfolipiidide hüdrofoobsed sabad membraanis on organiseeritud nii, et need hoiavad neid veest eemal.
Kolesterool, valgud ja süsivesikud
Kui inimesed kuulevad sõna kolesterool, arvavad nad tavaliselt, et see on halb. Kolesterool on aga tegelikult väga oluline rakumembraanide komponent. Selle molekulid koosnevad neljast vesinikutsüklist ja süsinikuaatomist. Need on hüdrofoobsed ja esinevad lipiidide kaksikkihi hüdrofoobsete sabade hulgas. Nende tähtsus seisneb konsistentsi säilitamises, nad tugevdavad membraane, vältides ristumist. Kolesterooli molekulid takistavad ka fosfolipiidide sabade kokkupuudet ja kõvenemist. See tagab voolavuse ja paindlikkuse. Membraanvalgud toimivad ensüümidena, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone, toimivad spetsiifiliste molekulide retseptoritena või transpordivad aineid läbi rakumembraani.
Süsivesikuid ehk sahhariide leidub ainult rakumembraani rakuvälisel küljel. Koos moodustavad nad glükokalüksi. See tagab plasmamembraanile pehmenduse ja kaitse. Lähtudes glükokalüksi süsivesikute struktuurist ja tüübist, suudab keha rakud ära tunda ja otsustada, kas need peaksid seal olema või mitte.
Membraanvalgud
Rakumembraani struktuuri ei saa ette kujutada ilma sellise olulise komponendita nagu valk. Vaatamata sellele võivad need olla oma mõõtmetelt oluliselt väiksemad kui teine oluline komponent – lipiidid. Peamisi membraanivalke on kolme tüüpi.
- Integraalne. Nad katavad täielikult kaksikkihi, tsütoplasma ja rakuvälise keskkonna. Nad täidavad transpordi- ja signaalimisfunktsioone.
- Välisseade. Valgud kinnituvad membraanile elektrostaatiliste või vesiniksidemetega nende tsütoplasmaatilisel või rakuvälisel pinnal. Neid kasutatakse peamiselt integraalsete valkude kinnitusvahendina.
- Transmembraanne. Nad täidavad ensümaatilisi ja signaalimisfunktsioone ning moduleerivad ka membraani lipiidide kaksikkihi põhistruktuuri.
Bioloogiliste membraanide funktsioonid
Hüdrofoobne efekt, mis reguleerib süsivesinike käitumist vees, kontrollib membraanilipiidide ja membraanivalkude poolt moodustatud struktuure. Paljusid membraaniomadusi annavad kandelipiidide kaksikkihid, mis moodustavad kõigi bioloogiliste membraanide põhistruktuuri. Integraalsed membraanivalgud on osaliselt peidetud lipiidide kaksikkihis. Transmembraansetel valkudel on nende esmases järjestuses spetsiaalne aminohapete korraldus.
Perifeersed membraanivalgud on väga sarnased lahustuvatele valkudele, kuid on ka membraaniga seotud. Spetsiaalsetel rakumembraanidel on spetsiifilised rakufunktsioonid. Kuidas rakumembraanide struktuur ja funktsioonid keha mõjutavad? Kogu organismi funktsionaalsus sõltub sellest, kuidas bioloogilised membraanid on üles ehitatud. Intratsellulaarsetest organellidest tekivad membraanide ekstratsellulaarsed ja rakkudevahelised vastasmõjud, bioloogiliste funktsioonide organiseerimiseks ja täitmiseks vajalikud struktuurid. Paljud struktuursed ja funktsionaalsed tunnused on bakteritel ja ümbrisega viirustel ühised. Kõik bioloogilised membraanid on ehitatud lipiidide kaksikkihile, mille tulemuseks on mitmeid ühiseid omadusi. Membraanvalkudel on palju spetsiifilisi funktsioone.
- Kontrollimine. Rakkude plasmamembraanid määravad kindlaks raku ja keskkonna vahelise interaktsiooni piirid.
- Transport. Rakkude intratsellulaarsed membraanid jagunevad mitmeks erineva sisemise koostisega funktsionaalseks üksuseks, millest igaüht toetab vajalik transpordifunktsioon koos läbilaskvuse kontrolliga.
- Signaali ülekanne. Membraani liitmine pakub mehhanismi rakusiseseks vesikulaarseks signaalimiseks ja takistab erinevat tüüpi viirustel vabalt rakku siseneda.
Tähendus ja järeldused
Välise rakumembraani struktuur mõjutab kogu keha. See mängib olulist rolli terviklikkuse kaitsmisel, võimaldades ainult valitud ainetel tungida. Samuti on see hea alus tsütoskeleti ja rakuseina kinnitamiseks, mis aitab säilitada raku kuju. Lipiidid moodustavad ligikaudu 50% enamiku rakkude membraanimassist, kuigi see varieerub sõltuvalt membraani tüübist. Imetajate välimise rakumembraani struktuur on keerulisem, sisaldades nelja peamist fosfolipiidi. Lipiidide kaksikkihtide oluline omadus on see, et need käituvad kahemõõtmeliste vedelikena, milles üksikud molekulid saavad vabalt pöörlema ja külgsuunas liikuda. Selline voolavus on membraanide oluline omadus, mis määratakse sõltuvalt temperatuurist ja lipiidide koostisest. Kolesterool mängib oma süsivesiniku ringstruktuuri tõttu rolli membraani voolavuse määramisel. Väikeste molekulide bioloogilised membraanid võimaldavad rakul kontrollida ja säilitada oma sisemist struktuuri.
Arvestades raku ehitust (rakumembraan, tuum jne), võime järeldada, et keha on isereguleeruv süsteem, mis ilma kõrvalise abita ei saa ennast kahjustada ning otsib alati võimalusi taastada, kaitsta ja korralikult. funktsiooni iga rakk.
Membraan on ülipeen struktuur, mis moodustab organellide ja raku kui terviku pinnad. Kõik membraanid on sarnase struktuuriga ja ühendatud ühte süsteemi.
Keemiline koostis
Rakumembraanid on keemiliselt homogeensed ja koosnevad erinevate rühmade valkudest ja lipiididest:
- fosfolipiidid;
- galaktolipiidid;
- sulfolipiidid.
Need sisaldavad ka nukleiinhappeid, polüsahhariide ja muid aineid.
Füüsikalised omadused
Normaalsetel temperatuuridel on membraanid vedelkristallilises olekus ja kõikuvad pidevalt. Nende viskoossus on lähedane taimeõli omale.
Membraan on taastav, vastupidav, elastne ja poorne. Membraani paksus on 7-14 nm.
TOP 4 artiklitkes sellega kaasa loevad
Membraan on suuri molekule mitteläbilaskev. Väikesed molekulid ja ioonid võivad läbida poore ja membraani ennast membraani eri külgede kontsentratsiooni erinevuste mõjul, aga ka transportvalkude abil.
Mudel
Tavaliselt kirjeldatakse membraanide struktuuri vedeliku mosaiikmudeli abil. Membraanil on raamistik - kaks rida lipiidimolekule, mis on tihedalt üksteise kõrval, nagu tellised.
Riis. 1. Sandwich-tüüpi bioloogiline membraan.
Mõlemalt poolt on lipiidide pind kaetud valkudega. Mosaiikmustri moodustavad membraani pinnale ebaühtlaselt jaotunud valgumolekulid.
Vastavalt bilipiidkihti sukeldumise astmele jagunevad valgumolekulid kolm rühma:
- transmembraanne;
- vee all;
- pinnapealne.
Valgud annavad membraani peamise omaduse - selle selektiivse läbilaskvuse erinevatele ainetele.
Membraanide tüübid
Kõik rakumembraanid vastavalt lokaliseerimisele võib jagada järgmised tüübid:
- väline;
- tuumaenergia;
- organellide membraanid.
Väline tsütoplasmaatiline membraan ehk plasmolemma on raku piir. Ühendades tsütoskeleti elementidega, säilitab see oma kuju ja suuruse.
Riis. 2. Tsütoskelett.
Tuumamembraan ehk karüolemma on tuuma sisu piir. See on valmistatud kahest membraanist, mis on väga sarnased välimise membraaniga. Tuuma välismembraan on ühendatud endoplasmaatilise retikulumi (ER) membraanidega ja pooride kaudu sisemembraaniga.
ER membraanid tungivad läbi kogu tsütoplasma, moodustades pinnad, millel toimub erinevate ainete, sealhulgas membraanivalkude süntees.
Organellide membraanid
Enamikul organellidel on membraani struktuur.
Seinad on ehitatud ühest membraanist:
- Golgi kompleks;
- vakuoolid;
- lüsosoomid
Plastiidid ja mitokondrid on üles ehitatud kahest membraanikihist. Nende välimine membraan on sile ja sisemine moodustab palju volte.
Kloroplastide fotosünteetiliste membraanide omadused on sisseehitatud klorofülli molekulid.
Loomarakkude välismembraani pinnal on süsivesikute kiht, mida nimetatakse glükokalüksiks.
Riis. 3. Glükokalüks.
Glükokalüks on kõige enam arenenud sooleepiteeli rakkudes, kus see loob tingimused seedimiseks ja kaitseb plasmalemma.
Tabel "Rakumembraani struktuur"
Mida me õppisime?
Vaatasime rakumembraani struktuuri ja funktsioone. Membraan on raku, tuuma ja organellide selektiivne (selektiivne) barjäär. Rakumembraani struktuuri kirjeldab vedeliku mosaiikmudel. Selle mudeli järgi on valgumolekulid ehitatud viskoossete lipiidide kaksikkihti.
Test teemal
Aruande hindamine
Keskmine hinne: 4.5. Kokku saadud hinnanguid: 109.
