Struttura e funzioni della membrana cellulare animale. Struttura cellulare

Membrane biologiche.
Il termine “membrana” (latino membrana - pelle, pellicola) cominciò ad essere usato più di 100 anni fa per designare un confine cellulare che funge, da un lato, da barriera tra il contenuto della cellula e l'ambiente esterno, dall'altro dall'altro come una parete semipermeabile attraverso la quale possono passare l'acqua e alcune sostanze. Le funzioni della membrana però non si limitano a questo, poiché le membrane biologiche costituiscono la base dell'organizzazione strutturale della cellula.
Struttura della membrana. Secondo questo modello, la membrana principale è un doppio strato lipidico in cui le code idrofobiche delle molecole sono rivolte verso l'interno e le teste idrofile rivolte verso l'esterno. I lipidi sono rappresentati da fosfolipidi - derivati ​​del glicerolo o della sfingosina. Le proteine ​​sono associate allo strato lipidico. Le proteine ​​integrali (transmembrana) penetrano attraverso la membrana e sono saldamente associate ad essa; quelli periferici non penetrano e sono meno saldamente collegati alla membrana. Funzioni delle proteine ​​di membrana: mantenimento della struttura della membrana, ricezione e conversione dei segnali dall'ambiente. ambiente, trasporto di alcune sostanze, catalisi di reazioni che avvengono sulle membrane. Lo spessore della membrana varia da 6 a 10 nm.

Proprietà della membrana:
1. Fluidità. La membrana non è una struttura rigida; la maggior parte delle proteine ​​e dei lipidi che la costituiscono possono muoversi nel piano della membrana.
2. Asimmetria. La composizione degli strati esterno ed interno delle proteine ​​e dei lipidi è diversa. Inoltre, le membrane plasmatiche delle cellule animali hanno uno strato di glicoproteine ​​all'esterno (glicocalice, che svolge funzioni di segnalazione e di recettore ed è importante anche per unire le cellule nei tessuti).
3. Polarità. Il lato esterno della membrana porta una carica positiva, mentre il lato interno porta una carica negativa.
4. Permeabilità selettiva. Le membrane delle cellule viventi, oltre all'acqua, lasciano passare solo alcune molecole e ioni di sostanze disciolte (L'uso del termine “semipermeabilità” in relazione alle membrane cellulari non è del tutto corretto, poiché questo concetto implica che. la membrana consente il passaggio solo delle molecole di solvente, trattenendo tutte le molecole e gli ioni delle sostanze disciolte.)

La membrana cellulare esterna (plasmalemma) è una pellicola ultramicroscopica spessa 7,5 nm, costituita da proteine, fosfolipidi e acqua. Un film elastico che si bagna bene con l'acqua e ripristina rapidamente la sua integrità dopo il danneggiamento. Ha una struttura universale, tipica di tutte le membrane biologiche. La posizione limite di questa membrana, la sua partecipazione ai processi di permeabilità selettiva, pinocitosi, fagocitosi, escrezione di prodotti escretori e sintesi, in interazione con le cellule vicine e protezione della cellula dai danni rendono il suo ruolo estremamente importante. Le cellule animali esterne alla membrana sono talvolta ricoperte da uno strato sottile costituito da polisaccaridi e proteine: il glicocalice. Nelle cellule vegetali, all'esterno della membrana cellulare è presente una forte parete cellulare che crea supporto esterno e mantiene la forma della cellula. È costituito da fibra (cellulosa), un polisaccaride insolubile in acqua.

Nel 1972, fu avanzata la teoria secondo cui una membrana parzialmente permeabile circonda la cellula e svolge una serie di compiti vitali, e la struttura e la funzione delle membrane cellulari sono questioni significative per il corretto funzionamento di tutte le cellule del corpo. si diffuse nel XVII secolo, insieme all'invenzione del microscopio. Si è saputo che i tessuti vegetali e animali sono costituiti da cellule, ma a causa della bassa risoluzione del dispositivo era impossibile vedere eventuali barriere attorno alla cellula animale. Nel 20° secolo, la natura chimica della membrana fu studiata più in dettaglio e si scoprì che è basata sui lipidi.

Struttura e funzioni delle membrane cellulari

La membrana cellulare circonda il citoplasma delle cellule viventi, separando fisicamente i componenti intracellulari dall'ambiente esterno. Anche i funghi, i batteri e le piante hanno pareti cellulari che forniscono protezione e impediscono il passaggio di molecole di grandi dimensioni. Le membrane cellulari svolgono anche un ruolo nella formazione del citoscheletro e nell'attaccamento di altre particelle vitali alla matrice extracellulare. Ciò è necessario per tenerli insieme, formando i tessuti e gli organi del corpo. Le caratteristiche della struttura della membrana cellulare includono la permeabilità. La funzione principale è la protezione. La membrana è costituita da uno strato fosfolipidico con proteine ​​incorporate. Questa parte è coinvolta in processi come l'adesione cellulare, la conduttanza ionica e i sistemi di segnalazione e funge da superficie di attacco per diverse strutture extracellulari, tra cui la parete, il glicocalice e il citoscheletro interno. La membrana mantiene inoltre il potenziale cellulare agendo come un filtro selettivo. È selettivamente permeabile agli ioni e alle molecole organiche e controlla il movimento delle particelle.

Meccanismi biologici che coinvolgono la membrana cellulare

1. Diffusione passiva: alcune sostanze (piccole molecole, ioni), come l'anidride carbonica (CO2) e l'ossigeno (O2), possono penetrare nella membrana plasmatica per diffusione. Il guscio funge da barriera per alcune molecole e ioni, che possono concentrarsi su entrambi i lati.

2. Canale transmembrana e proteina trasportatrice: nutrienti come glucosio o aminoacidi devono entrare nella cellula e alcuni prodotti metabolici devono lasciare la cellula.

3. L'endocitosi è il processo mediante il quale le molecole vengono assorbite. Si crea una leggera deformazione (invaginazione) nella membrana plasmatica nella quale viene ingerita la sostanza da trasportare. Richiede energia ed è quindi una forma di trasporto attivo.

4. Esocitosi: si verifica in varie cellule per rimuovere i resti non digeriti di sostanze portate dall'endocitosi per secernere sostanze come ormoni ed enzimi e trasportare la sostanza completamente attraverso la barriera cellulare.

Struttura molecolare

La membrana cellulare è una membrana biologica costituita principalmente da fosfolipidi e che separa il contenuto dell'intera cellula dall'ambiente esterno. Il processo di formazione avviene spontaneamente in condizioni normali. Per comprendere questo processo e descrivere correttamente la struttura e le funzioni delle membrane cellulari, nonché le proprietà, è necessario valutare la natura delle strutture fosfolipidiche, che sono caratterizzate dalla polarizzazione strutturale. Quando i fosfolipidi nell'ambiente acquoso del citoplasma raggiungono una concentrazione critica, si combinano in micelle, che sono più stabili nell'ambiente acquoso.

Proprietà della membrana

• Stabilità. Ciò significa che una volta formata, la disintegrazione della membrana è improbabile.
• Forza. Il guscio lipidico è sufficientemente affidabile da impedire il passaggio di una sostanza polare, sia i soluti (ioni, glucosio, aminoacidi) che le molecole molto più grandi (proteine) non possono passare attraverso il confine formato;
• Carattere dinamico. Questa è forse la proprietà più importante se si considera la struttura della cellula. La membrana cellulare può subire varie deformazioni, può piegarsi e piegarsi senza essere distrutta. In circostanze particolari, ad esempio durante la fusione o la gemmazione delle vescicole, può essere interrotto, ma solo temporaneamente. A temperatura ambiente, i suoi componenti lipidici sono in costante e caotico movimento, formando un confine fluido stabile.

Modello a mosaico liquido

Parlando della struttura e delle funzioni delle membrane cellulari, è importante notare che nel concetto moderno la membrana come modello di mosaico liquido è stata considerata nel 1972 dagli scienziati Singer e Nicholson. La loro teoria riflette tre caratteristiche principali della struttura della membrana. Gli integrali promuovono un modello a mosaico per la membrana e sono capaci di movimento laterale nel piano a causa della natura variabile dell'organizzazione dei lipidi. Anche le proteine ​​transmembrana sono potenzialmente mobili. Una caratteristica importante della struttura della membrana è la sua asimmetria. Qual è la struttura di una cellula? Membrana cellulare, nucleo, proteine ​​e così via. La cellula è l'unità fondamentale della vita e tutti gli organismi sono composti da una o più cellule, ciascuna delle quali ha una barriera naturale che la separa dal suo ambiente. Questo confine esterno della cellula è anche chiamato membrana plasmatica. È formato da quattro diversi tipi di molecole: fosfolipidi, colesterolo, proteine ​​e carboidrati. Il modello del mosaico fluido descrive la struttura della membrana cellulare come segue: flessibile ed elastica, con una consistenza simile all'olio vegetale, in modo che tutte le singole molecole galleggiano semplicemente in un mezzo liquido e sono tutte in grado di muoversi lateralmente all'interno di questa membrana. Un mosaico è qualcosa che contiene molti pezzi diversi. Nella membrana plasmatica è rappresentato da fosfolipidi, molecole di colesterolo, proteine ​​e carboidrati.

Fosfolipidi

I fosfolipidi costituiscono la struttura principale della membrana cellulare. Queste molecole hanno due estremità diverse: una testa e una coda. L'estremità della testa contiene un gruppo fosfato ed è idrofila. Ciò significa che è attratto dalle molecole d'acqua. La coda è costituita da atomi di idrogeno e carbonio chiamati catene di acidi grassi. Queste catene sono idrofobe; non amano mescolarsi con le molecole d'acqua. Questo processo è simile a ciò che accade quando si versa l'olio vegetale nell'acqua, cioè non si dissolve in essa. Le caratteristiche strutturali della membrana cellulare sono associate al cosiddetto doppio strato lipidico, costituito da fosfolipidi. Le teste idrofile del fosfato si trovano sempre dove è presente acqua sotto forma di fluido intracellulare ed extracellulare. Le code idrofobiche dei fosfolipidi nella membrana sono organizzate in modo tale da tenerli lontani dall'acqua.

Colesterolo, proteine ​​e carboidrati

Quando le persone sentono la parola colesterolo, di solito pensano che sia dannoso. Tuttavia, il colesterolo è in realtà un componente molto importante delle membrane cellulari. Le sue molecole sono costituite da quattro anelli di idrogeno e atomi di carbonio. Sono idrofobi e si trovano tra le code idrofobiche nel doppio strato lipidico. La loro importanza sta nel mantenere la consistenza, rinforzano le membrane impedendone l'attraversamento. Le molecole di colesterolo impediscono inoltre alle code fosfolipidiche di entrare in contatto e indurirsi. Ciò garantisce fluidità e flessibilità. Le proteine ​​di membrana funzionano come enzimi per accelerare le reazioni chimiche, agiscono come recettori per molecole specifiche o trasportano sostanze attraverso la membrana cellulare.

I carboidrati, o saccaridi, si trovano solo sul lato extracellulare della membrana cellulare. Insieme formano il glicocalice. Fornisce ammortizzazione e protezione alla membrana plasmatica. In base alla struttura e al tipo di carboidrati presenti nel glicocalice, il corpo può riconoscere le cellule e determinare se dovrebbero essere presenti o meno.

Proteine ​​di membrana

La struttura di una membrana cellulare non può essere immaginata senza un componente così importante come le proteine. Nonostante ciò, possono essere di dimensioni significativamente più piccole rispetto a un altro componente importante: i lipidi. Esistono tre tipi di principali proteine ​​di membrana.

• Integrante. Coprono completamente il doppio strato, il citoplasma e l'ambiente extracellulare. Svolgono funzioni di trasporto e segnalazione.
• Periferica. Le proteine ​​sono attaccate alla membrana mediante legami elettrostatici o idrogeno sulle loro superfici citoplasmatiche o extracellulari. Sono coinvolti principalmente come mezzo di attacco per le proteine ​​integrali.
• Transmembrana. Svolgono funzioni enzimatiche e di segnalazione e modulano anche la struttura di base del doppio strato lipidico della membrana.

Funzioni delle membrane biologiche

L'effetto idrofobico, che regola il comportamento degli idrocarburi nell'acqua, controlla le strutture formate dai lipidi di membrana e dalle proteine ​​di membrana. Molte proprietà della membrana sono conferite dai doppi strati lipidici trasportatori, che costituiscono la struttura di base di tutte le membrane biologiche. Le proteine ​​integrali della membrana sono parzialmente nascoste nel doppio strato lipidico. Le proteine ​​transmembrana hanno un'organizzazione specializzata di aminoacidi nella loro sequenza primaria.

Le proteine ​​della membrana periferica sono molto simili alle proteine ​​solubili, ma sono anche legate alla membrana. Le membrane cellulari specializzate hanno funzioni cellulari specializzate. In che modo la struttura e le funzioni delle membrane cellulari influenzano il corpo? La funzionalità dell'intero organismo dipende da come sono strutturate le membrane biologiche. Dagli organelli intracellulari, vengono create le interazioni extracellulari e intercellulari delle membrane, le strutture necessarie per l'organizzazione e lo svolgimento delle funzioni biologiche. Molte caratteristiche strutturali e funzionali sono comuni ai batteri e ai virus con involucro. Tutte le membrane biologiche sono costruite su un doppio strato lipidico, che si traduce in una serie di caratteristiche comuni. Le proteine ​​di membrana hanno molte funzioni specifiche.

• Controllare. Le membrane plasmatiche delle cellule determinano i confini dell'interazione tra la cellula e l'ambiente.
• Trasporto. Le membrane intracellulari delle cellule sono divise in diverse unità funzionali con diverse composizioni interne, ciascuna delle quali è supportata dalla necessaria funzione di trasporto in combinazione con il controllo della permeabilità.
• Trasduzione del segnale. La fusione della membrana fornisce un meccanismo per la segnalazione vescicolare intracellulare e impedisce a vari tipi di virus di entrare liberamente nella cellula.

Significato e conclusioni

La struttura della membrana cellulare esterna colpisce l'intero corpo. Svolge un ruolo importante nel proteggerne l'integrità, permettendo la penetrazione solo di sostanze selezionate. Costituisce anche una buona base per l'attacco del citoscheletro e della parete cellulare, il che aiuta a mantenere la forma della cellula. I lipidi costituiscono circa il 50% della massa della membrana della maggior parte delle cellule, anche se questa percentuale varia a seconda del tipo di membrana. La struttura della membrana cellulare esterna dei mammiferi è più complessa e contiene quattro fosfolipidi principali. Una proprietà importante dei doppi strati lipidici è che si comportano come liquidi bidimensionali in cui le singole molecole possono ruotare liberamente e muoversi lateralmente. Tale fluidità è una proprietà importante delle membrane, che viene determinata in funzione della temperatura e della composizione lipidica. A causa della sua struttura ad anello idrocarburico, il colesterolo gioca un ruolo nel determinare la fluidità della membrana. membrane biologiche per piccole molecole consentono alla cellula di controllare e mantenere la sua struttura interna.

Considerando la struttura della cellula (membrana cellulare, nucleo e così via), possiamo concludere che il corpo è un sistema autoregolante che, senza un aiuto esterno, non può farsi del male e cercherà sempre modi per ripristinare, proteggere e adeguatamente far funzionare ogni cellula.

La struttura della biomembrana. Le membrane che delimitano le cellule e gli organelli di membrana delle cellule eucariotiche hanno una composizione chimica e una struttura comuni. Includono lipidi, proteine ​​e carboidrati. I lipidi di membrana sono rappresentati principalmente da fosfolipidi e colesterolo. La maggior parte delle proteine ​​di membrana sono proteine ​​complesse, come le glicoproteine. I carboidrati non sono presenti indipendentemente nella membrana; sono associati a proteine ​​e lipidi. Lo spessore delle membrane è 7-10 nm.

Secondo il modello di mosaico fluido della struttura della membrana attualmente generalmente accettato, i lipidi formano un doppio strato, o doppio strato lipidico, in cui le “teste” idrofile delle molecole lipidiche sono rivolte verso l'esterno e le “code” idrofobiche sono nascoste all'interno della membrana (Fig. 2.24). Queste “code”, grazie alla loro idrofobicità, assicurano la separazione delle fasi acquose dell'ambiente interno della cellula e del suo ambiente. Le proteine ​​sono associate ai lipidi attraverso vari tipi di interazioni. Alcune proteine ​​si trovano sulla superficie della membrana. Tali proteine ​​​​sono chiamate periferica, O superficiale. Altre proteine ​​sono parzialmente o completamente immerse nella membrana: queste lo sono integrante, O proteine ​​sommerse. Le proteine ​​di membrana svolgono funzioni strutturali, di trasporto, catalitiche, recettoriali e altre funzioni.

Le membrane non sono come i cristalli; i loro componenti sono costantemente in movimento, a seguito dei quali compaiono degli spazi tra le molecole lipidiche - pori attraverso i quali varie sostanze possono entrare o uscire dalla cellula.

Le membrane biologiche differiscono per la loro posizione nella cellula, composizione chimica e funzioni. I principali tipi di membrane sono plasmatiche e interne.

Membrana plasmatica(Fig. 2.24) contiene circa il 45% di lipidi (compresi i glicolipidi), il 50% di proteine ​​e il 5% di carboidrati. Catene di carboidrati, che fanno parte del complesso proteine-glicoproteine ​​e del complesso lipidi-glicolipidi, sporgono sopra la superficie della membrana. Le glicoproteine ​​del Plasmalemma sono estremamente specifiche. Ad esempio, vengono utilizzati per il riconoscimento reciproco delle cellule, inclusi spermatozoi e ovuli.

Sulla superficie delle cellule animali, le catene di carboidrati formano un sottile strato superficiale - glicocalice. Viene rilevato in quasi tutte le cellule animali, ma il grado della sua espressione varia (10-50 µm). Il glicocalice fornisce la comunicazione diretta tra la cellula e l'ambiente esterno, dove avviene la digestione extracellulare; I recettori si trovano nel glicocalice. Oltre al plasmalemma, anche le cellule di batteri, piante e funghi sono circondate da membrane cellulari.

Membrane interne le cellule eucariotiche delimitano diverse parti della cellula, formando peculiari “compartimenti” - scomparti, che favorisce la separazione di vari processi metabolici ed energetici. Possono differire nella composizione chimica e nelle funzioni, ma il loro piano strutturale generale rimane lo stesso.

Funzioni della membrana:

1. Limitante. L'idea è che separino lo spazio interno della cellula dall'ambiente esterno. La membrana è semipermeabile, cioè solo le sostanze di cui la cellula ha bisogno possono attraversarla liberamente e esistono meccanismi per il trasporto delle sostanze necessarie.

2. Recettore. È principalmente associato alla percezione dei segnali ambientali e al trasferimento di queste informazioni nella cellula. Speciali proteine ​​recettoriali sono responsabili di questa funzione. Le proteine ​​di membrana sono anche responsabili del riconoscimento cellulare secondo il principio “amico o nemico”, nonché della formazione di connessioni intercellulari, le più studiate delle quali sono le sinapsi delle cellule nervose.

3. Catalitico. Sulle membrane si trovano numerosi complessi enzimatici, a seguito dei quali su di esse si verificano processi sintetici intensivi.

4. Trasformazione energetica. Associato alla formazione di energia, al suo stoccaggio sotto forma di ATP e al consumo.

5. Compartimentalizzazione. Le membrane delimitano anche lo spazio all'interno della cellula, separando così i materiali di partenza della reazione e gli enzimi che possono effettuare le reazioni corrispondenti.

6. Formazione di contatti intercellulari. Nonostante il fatto che lo spessore della membrana sia così piccolo da non essere distinguibile ad occhio nudo, da un lato funge da barriera abbastanza affidabile per ioni e molecole, soprattutto solubili in acqua, e dall'altro , ne garantisce il trasporto dentro e fuori la cellula.

Trasporto di membrana. A causa del fatto che le cellule, come sistemi biologici elementari, sono sistemi aperti, per garantire metabolismo ed energia, mantenere l'omeostasi, la crescita, l'irritabilità e altri processi, è necessario il trasferimento di sostanze attraverso il trasporto membrana - membrana (Fig. 2.25). Attualmente, il trasporto di sostanze attraverso la membrana cellulare è suddiviso in attivo, passivo, endo- ed esocitosi.

Trasporto passivo- questo è un tipo di trasporto che avviene senza consumo di energia da una concentrazione maggiore a una minore. Piccole molecole non polari liposolubili (0 2, C0 2) penetrano facilmente nella cellula diffusione semplice. Quelle insolubili nei lipidi, comprese le piccole particelle cariche, vengono captate dalle proteine ​​trasportatrici o passano attraverso canali speciali (glucosio, aminoacidi, K+, PO 4 3-). Questo tipo di trasporto passivo si chiama diffusione facilitata. L'acqua entra nella cellula attraverso i pori nella fase lipidica, nonché attraverso canali speciali rivestiti con proteine. Viene chiamato il trasporto dell'acqua attraverso una membrana per osmosi(Fig. 2.26).

L'osmosi è estremamente importante nella vita di una cellula, perché se viene posta in una soluzione con una concentrazione di sali maggiore rispetto alla soluzione cellulare, l'acqua inizierà a lasciare la cellula e il volume del contenuto vivente inizierà a diminuire. Nelle cellule animali, la cellula nel suo insieme si restringe e nelle cellule vegetali il citoplasma resta indietro rispetto alla parete cellulare, che si chiama plasmolisi(Fig. 2.27).

Quando una cellula viene posta in una soluzione meno concentrata del citoplasma, il trasporto dell'acqua avviene nella direzione opposta, nella cellula. Tuttavia, ci sono limiti all'estensibilità della membrana citoplasmatica e una cellula animale alla fine si rompe, mentre una cellula vegetale non consente che ciò accada a causa della sua forte parete cellulare. Viene chiamato il fenomeno di riempire l'intero spazio interno di una cellula con contenuti cellulari deplasmolisi. La concentrazione intracellulare di sali deve essere presa in considerazione durante la preparazione dei farmaci, in particolare per la somministrazione endovenosa, poiché ciò può causare danni alle cellule del sangue (per questo viene utilizzata una soluzione salina con una concentrazione dello 0,9% di cloruro di sodio). Ciò non è meno importante quando si coltivano cellule e tessuti, nonché organi animali e vegetali.

Trasporto attivo procede con il dispendio di energia ATP da una concentrazione inferiore di una sostanza a una maggiore. Viene effettuato utilizzando speciali proteine ​​di pompa. Le proteine ​​​​pompano K + , Na + , Ca 2+ e altri ioni attraverso la membrana, il che favorisce il trasporto di sostanze organiche essenziali, nonché la comparsa di impulsi nervosi, ecc.

Endocitosi- questo è un processo attivo di assorbimento di sostanze da parte della cellula, in cui la membrana forma invaginazioni e quindi forma vescicole di membrana - fagosomi, in cui sono contenuti gli oggetti assorbiti. Quindi il lisosoma primario si fonde con il fagosoma e si forma lisosoma secondario, O fagolisosoma, O vacuolo digestivo. Il contenuto della vescicola viene digerito dagli enzimi lisosomiali e i prodotti di degradazione vengono assorbiti e assimilati dalla cellula. I residui non digeriti vengono rimossi dalla cellula mediante esocitosi. Esistono due tipi principali di endocitosi: fagocitosi e pinocitosi.

Fagocitosiè il processo di cattura da parte della superficie cellulare e di assorbimento delle particelle solide da parte della cellula, e pinocitosi- liquidi. La fagocitosi si verifica principalmente nelle cellule animali (animali unicellulari, leucociti umani), fornisce loro nutrimento e spesso protezione del corpo (Fig. 2.28).

Attraverso la pinocitosi, le proteine, i complessi antigene-anticorpo vengono assorbiti durante le reazioni immunitarie, ecc. Tuttavia, molti virus entrano nella cellula anche attraverso la pinocitosi o la fagocitosi. Nelle cellule vegetali e fungine la fagocitosi è praticamente impossibile poiché sono circondate da membrane cellulari resistenti.

Esocitosi- un processo inverso all'endocitosi. In questo modo dai vacuoli digestivi vengono rilasciati i resti di cibo non digerito e vengono rimosse le sostanze necessarie alla vita della cellula e dell'organismo nel suo insieme. Ad esempio, la trasmissione degli impulsi nervosi avviene a causa del rilascio di messaggeri chimici da parte del neurone che invia l'impulso - mediatori, e nelle cellule vegetali è così che vengono secreti i carboidrati ausiliari della membrana cellulare.

Pareti cellulari di cellule vegetali, funghi e batteri. Al di fuori della membrana, la cellula può secernere una forte struttura - membrana cellulare, O parete cellulare.

Nelle piante, la base della parete cellulare è cellulosa, confezionato in fasci di 50-100 molecole. Gli spazi tra loro sono pieni di acqua e altri carboidrati. La membrana delle cellule vegetali è permeata di canali - plasmodesmi(Fig. 2.29), attraverso il quale passano le membrane del reticolo endoplasmatico.

I plasmodesmi effettuano il trasporto di sostanze tra le cellule. Tuttavia il trasporto di sostanze, come ad esempio l'acqua, può avvenire anche lungo le pareti cellulari stesse. Nel tempo, nella parete cellulare delle piante si accumulano varie sostanze, tra cui tannini o sostanze simili ai grassi, che portano alla lignificazione o suberizzazione della parete cellulare stessa, allo spostamento dell'acqua e alla morte del contenuto cellulare. Tra le pareti cellulari delle cellule vegetali vicine ci sono distanziatori gelatinosi: piastre intermedie che le tengono insieme e cementano il corpo della pianta nel suo insieme. Vengono distrutti solo durante il processo di maturazione dei frutti e quando le foglie cadono.

Si formano le pareti cellulari delle cellule fungine chitina- un carboidrato contenente azoto. Sono abbastanza forti e costituiscono lo scheletro esterno della cellula, ma tuttavia, come nelle piante, impediscono la fagocitosi.

Nei batteri, la parete cellulare contiene carboidrati con frammenti peptidici - murein, tuttavia, il suo contenuto varia in modo significativo tra i diversi gruppi di batteri. Anche altri polisaccaridi possono essere rilasciati all’esterno della parete cellulare, formando una capsula mucosa che protegge i batteri dagli influssi esterni.

La membrana determina la forma della cellula, funge da supporto meccanico, svolge una funzione protettiva, garantisce le proprietà osmotiche della cellula, limitando lo stiramento del contenuto vivente e prevenendo la rottura della cellula, che aumenta a causa dell'ingresso di acqua . Inoltre, l'acqua e le sostanze in essa disciolte superano la parete cellulare prima di entrare nel citoplasma o, al contrario, quando ne escono, mentre l'acqua viene trasportata attraverso le pareti cellulari più velocemente che attraverso il citoplasma.

Membrana cellulare- è la membrana cellulare che svolge le seguenti funzioni: separazione del contenuto della cellula e dell'ambiente esterno, trasporto selettivo delle sostanze (scambio con l'ambiente esterno alla cellula), sede di alcune reazioni biochimiche, unione delle cellule nei tessuti e nella ricezione.

Le membrane cellulari si dividono in plasmatiche (intracellulari) ed esterne. La proprietà principale di qualsiasi membrana è la semipermeabilità, cioè la capacità di far passare solo determinate sostanze. Ciò consente lo scambio selettivo tra la cellula e l'ambiente esterno o lo scambio tra i compartimenti cellulari.

Le membrane plasmatiche sono strutture lipoproteiche. I lipidi formano spontaneamente un doppio strato (doppio strato) e le proteine ​​della membrana “galleggiano” al suo interno. Le membrane contengono diverse migliaia di proteine ​​diverse: strutturali, trasportatori, enzimi, ecc. Tra le molecole proteiche ci sono pori attraverso i quali passano sostanze idrofile (il doppio strato lipidico impedisce la loro penetrazione diretta nella cellula). I gruppi glicosilici (monosaccaridi e polisaccaridi) sono attaccati ad alcune molecole sulla superficie della membrana, che sono coinvolte nel processo di riconoscimento cellulare durante la formazione dei tessuti.

Le membrane variano in spessore, solitamente compreso tra 5 e 10 nm. Lo spessore è determinato dalla dimensione della molecola lipidica anfifila ed è 5,3 nm. Un ulteriore aumento dello spessore della membrana è dovuto alla dimensione dei complessi proteici della membrana. A seconda delle condizioni esterne (il colesterolo è il regolatore), la struttura del doppio strato può cambiare in modo che diventi più densa o liquida: da questo dipende la velocità di movimento delle sostanze lungo le membrane.

Le membrane cellulari includono: membrana plasmatica, cariolemma, membrane del reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, lisosomi, perossisomi, mitocondri, inclusioni, ecc.

I lipidi sono insolubili in acqua (idrofobicità), ma facilmente solubili in solventi organici e grassi (lipofilicità). La composizione dei lipidi nelle diverse membrane non è la stessa. Ad esempio, la membrana plasmatica contiene molto colesterolo. I lipidi più comuni nella membrana sono i fosfolipidi (glicerofosfatidi), le sfingomieline (sfingolipidi), i glicolipidi e il colesterolo.

Fosfolipidi, sfingomieline e glicolipidi sono costituiti da due parti funzionalmente diverse: una idrofobica non polare che non trasporta cariche - "code" costituite da acidi grassi, e una idrofila contenente "teste" polari cariche - gruppi alcolici (ad esempio glicerolo).

La parte idrofoba della molecola è solitamente costituita da due acidi grassi. Uno degli acidi è saturo e il secondo è insaturo. Ciò determina la capacità dei lipidi di formare spontaneamente strutture di membrana a doppio strato (bilipidi). I lipidi di membrana svolgono le seguenti funzioni: barriera, trasporto, microambiente proteico, resistenza elettrica della membrana.

Le membrane differiscono l'una dall'altra per il loro insieme di molecole proteiche. Molte proteine ​​di membrana sono costituite da regioni ricche di amminoacidi polari (portatori di carica) e regioni con amminoacidi non polari (glicina, alanina, valina, leucina). Tali proteine ​​negli strati lipidici delle membrane si trovano in modo tale che le loro sezioni non polari siano, per così dire, immerse nella parte “grassa” della membrana, dove si trovano le sezioni idrofobiche dei lipidi. La parte polare (idrofila) di queste proteine ​​interagisce con le teste lipidiche e si affaccia sulla fase acquosa.

Le membrane biologiche hanno proprietà comuni:

le membrane sono sistemi chiusi che non consentono la miscelazione del contenuto della cellula e dei suoi compartimenti. La violazione dell'integrità della membrana può portare alla morte cellulare;

mobilità superficiale (planare, laterale). Nelle membrane c'è un continuo movimento di sostanze sulla superficie;

asimmetria della membrana. La struttura degli strati esterni e superficiali è chimicamente, strutturalmente e funzionalmente eterogenea.

La membrana cellulare (membrana plasmatica) è una membrana sottile e semipermeabile che circonda le cellule.

Funzione e ruolo della membrana cellulare

La sua funzione è quella di proteggere l'integrità dell'interno consentendo ad alcune sostanze essenziali di entrare nella cellula e impedendo ad altre di entrare.

Serve anche come base per l'attaccamento ad alcuni organismi e ad altri. Pertanto, la membrana plasmatica fornisce anche la forma della cellula. Un'altra funzione della membrana è quella di regolare la crescita cellulare attraverso l'equilibrio e.

Nell'endocitosi, i lipidi e le proteine ​​vengono rimossi dalla membrana cellulare man mano che le sostanze vengono assorbite. Durante l'esocitosi, le vescicole contenenti lipidi e proteine ​​si fondono con la membrana cellulare, aumentando le dimensioni delle cellule. e le cellule fungine hanno membrane plasmatiche. Anche quelli interni, ad esempio, sono racchiusi in membrane protettive.

Struttura della membrana cellulare

La membrana plasmatica è composta principalmente da una miscela di proteine ​​e lipidi. A seconda della posizione e del ruolo della membrana nel corpo, i lipidi possono costituire dal 20 all’80% della membrana, mentre il resto è costituito da proteine. Mentre i lipidi contribuiscono a conferire flessibilità alla membrana, le proteine ​​controllano e mantengono la chimica della cellula e aiutano nel trasporto delle molecole attraverso la membrana.

Lipidi di membrana

I fosfolipidi sono il componente principale delle membrane plasmatiche. Formano un doppio strato lipidico in cui le regioni della testa idrofile (attratte dall'acqua) si organizzano spontaneamente per affrontare il citosol acquoso e il fluido extracellulare, mentre le regioni della coda idrofobiche (respinte dall'acqua) sono rivolte lontano dal citosol e dal fluido extracellulare. Il doppio strato lipidico è semipermeabile e consente solo ad alcune molecole di diffondersi attraverso la membrana.

Il colesterolo è un altro componente lipidico delle membrane delle cellule animali. Le molecole di colesterolo sono disperse selettivamente tra i fosfolipidi di membrana. Ciò aiuta a mantenere la rigidità delle membrane cellulari impedendo ai fosfolipidi di diventare troppo densi. Il colesterolo è assente nelle membrane delle cellule vegetali.

I glicolipidi si trovano sulla superficie esterna delle membrane cellulari e sono collegati ad esse tramite una catena di carboidrati. Aiutano la cellula a riconoscere altre cellule del corpo.

Proteine ​​di membrana

La membrana cellulare contiene due tipi di proteine ​​associate. Le proteine ​​della membrana periferica sono esterne e si associano ad essa interagendo con altre proteine. Le proteine ​​integrali di membrana vengono introdotte nella membrana e la maggior parte le attraversa. Parti di queste proteine ​​​​transmembrana si trovano su entrambi i lati di essa.

Le proteine ​​della membrana plasmatica hanno diverse funzioni. Le proteine ​​strutturali forniscono supporto e forma alle cellule. Le proteine ​​​​recettrici di membrana aiutano le cellule a comunicare con l'ambiente esterno utilizzando ormoni, neurotrasmettitori e altre molecole di segnalazione. Le proteine ​​di trasporto, come le proteine ​​globulari, trasportano le molecole attraverso le membrane cellulari mediante diffusione facilitata. Alle glicoproteine ​​è attaccata una catena di carboidrati. Sono incorporati nella membrana cellulare, aiutando nello scambio e nel trasporto delle molecole.