Budowa i funkcje błony komórkowej zwierząt. Struktura komórkowa

Błony biologiczne.
Terminu „błona” (łac. membrana – skóra, błona) zaczęto używać ponad 100 lat temu na oznaczenie granicy komórki, która z jednej strony stanowi barierę pomiędzy zawartością komórki a środowiskiem zewnętrznym, a z drugiej z drugiej jako półprzepuszczalna przegroda, przez którą może przedostać się woda i niektóre substancje. Jednak funkcje membrany nie ograniczają się do tego, ponieważ błony biologiczne stanowią podstawę strukturalnej organizacji komórki.
Struktura membrany. Według tego modelu główna membrana jest dwuwarstwą lipidową, w której hydrofobowe ogony cząsteczek są skierowane do wewnątrz, a hydrofilowe głowy na zewnątrz. Lipidy reprezentowane są przez fosfolipidy - pochodne glicerolu lub sfingozyny. Białka są związane z warstwą lipidową. Białka integralne (transbłonowe) przenikają przez błonę i są z nią ściśle związane; peryferyjne nie wnikają i są słabiej połączone z membraną. Funkcje białek błonowych: utrzymywanie struktury błony, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia. środowisko, transport niektórych substancji, kataliza reakcji zachodzących na membranach. Grubość membrany wynosi od 6 do 10 nm.

Właściwości membrany:
1. Płynność. Błona nie jest sztywną strukturą; większość tworzących ją białek i lipidów może poruszać się w płaszczyźnie błony.
2. Asymetria. Skład zewnętrznej i wewnętrznej warstwy zarówno białek, jak i lipidów jest inny. Ponadto błony plazmatyczne komórek zwierzęcych mają na zewnątrz warstwę glikoprotein (glikokaliks, który pełni funkcje sygnalizacyjne i receptorowe, a także jest ważny dla łączenia komórek w tkanki)
3. Polaryzacja. Zewnętrzna strona membrany niesie ładunek dodatni, podczas gdy wewnętrzna strona ładunek ujemny.
4. Selektywna przepuszczalność. Błony żywych komórek, oprócz wody, przepuszczają tylko niektóre cząsteczki i jony rozpuszczonych substancji (Użycie terminu „półprzepuszczalność” w odniesieniu do błon komórkowych nie jest do końca poprawne, ponieważ koncepcja ta implikuje. membrana przepuszcza jedynie cząsteczki rozpuszczalnika, zatrzymując jednocześnie wszystkie cząsteczki i jony rozpuszczonych substancji.)

Zewnętrzna błona komórkowa (plazmalemma) to ultramikroskopowy film o grubości 7,5 nm, składający się z białek, fosfolipidów i wody. Elastyczna folia, która dobrze zwilża się wodą i szybko przywraca swoją integralność po uszkodzeniu. Posiada uniwersalną strukturę, typową dla wszystkich błon biologicznych. Graniczne położenie tej błony, jej udział w procesach selektywnej przepuszczalności, pinocytozy, fagocytozy, wydalania i syntezy produktów wydalniczych, w interakcji z sąsiadującymi komórkami oraz w ochronie komórki przed uszkodzeniem sprawia, że jej rola jest niezwykle istotna. Komórki zwierzęce na zewnątrz błony są czasami pokryte cienką warstwą składającą się z polisacharydów i białek - glikokaliksu. W komórkach roślinnych na zewnątrz błony komórkowej znajduje się silna ściana komórkowa, która tworzy zewnętrzne wsparcie i utrzymuje kształt komórki. Składa się z błonnika (celulozy), nierozpuszczalnego w wodzie polisacharydu.

W 1972 roku wysunięto teorię, że komórka otacza częściowo przepuszczalna błona, która spełnia szereg istotnych zadań, a budowa i funkcja błon komórkowych stanowią istotne zagadnienia dotyczące prawidłowego funkcjonowania wszystkich komórek w organizmie. rozpowszechniło się w XVII wieku wraz z wynalezieniem mikroskopu. Okazało się, że tkanki roślinne i zwierzęce składają się z komórek, jednak ze względu na niską rozdzielczość urządzenia nie udało się dostrzec żadnych barier wokół komórki zwierzęcej. W XX wieku bardziej szczegółowo zbadano chemiczną naturę błony i stwierdzono, że opiera się ona na lipidach.

Budowa i funkcje błon komórkowych

Błona komórkowa otacza cytoplazmę żywych komórek, fizycznie oddzielając składniki wewnątrzkomórkowe od środowiska zewnętrznego. Grzyby, bakterie i rośliny również mają ściany komórkowe, które zapewniają ochronę i zapobiegają przedostawaniu się dużych cząsteczek. Błony komórkowe odgrywają również rolę w tworzeniu cytoszkieletu i przyłączaniu innych ważnych cząstek do macierzy zewnątrzkomórkowej. Jest to konieczne, aby utrzymać je razem, tworząc tkanki i narządy ciała. Cechy struktury błony komórkowej obejmują przepuszczalność. Główną funkcją jest ochrona. Błona składa się z warstwy fosfolipidowej z osadzonymi białkami. Ta część bierze udział w procesach takich jak adhezja komórek, przewodnictwo jonowe i systemy sygnalizacyjne i służy jako powierzchnia przyłączania kilku struktur zewnątrzkomórkowych, w tym ściany, glikokaliksu i wewnętrznego cytoszkieletu. Membrana utrzymuje również potencjał komórkowy, działając jako filtr selektywny. Jest selektywnie przepuszczalny dla jonów i cząsteczek organicznych oraz kontroluje ruch cząstek.

Mechanizmy biologiczne z udziałem błony komórkowej

1. Dyfuzja bierna: Niektóre substancje (małe cząsteczki, jony), takie jak dwutlenek węgla (CO2) i tlen (O2), mogą przenikać przez błonę plazmatyczną na drodze dyfuzji. Powłoka działa jak bariera dla niektórych cząsteczek i jonów, mogą one koncentrować się po obu stronach.

2. Kanał przezbłonowy i białko transportowe: Składniki odżywcze, takie jak glukoza lub aminokwasy, muszą dostać się do komórki, a niektóre produkty przemiany materii muszą ją opuścić.

3. Endocytoza to proces wchłaniania cząsteczek. W błonie komórkowej, przez którą wchłaniana jest transportowana substancja, powstaje niewielka deformacja (inwaginacja). Wymaga energii i dlatego jest formą transportu aktywnego.

4. Egzocytoza: zachodzi w różnych komórkach w celu usunięcia niestrawionych resztek substancji dostarczonych przez endocytozę w celu wydzielania substancji, takich jak hormony i enzymy, oraz całkowitego transportu substancji przez barierę komórkową.

Struktura molekularna

Błona komórkowa jest błoną biologiczną składającą się głównie z fosfolipidów i oddzielającą zawartość całej komórki od środowiska zewnętrznego. Proces tworzenia zachodzi samoistnie w normalnych warunkach. Aby zrozumieć ten proces i poprawnie opisać budowę i funkcje błon komórkowych, a także właściwości, należy ocenić charakter struktur fosfolipidowych, które charakteryzują się polaryzacją strukturalną. Kiedy fosfolipidy w wodnym środowisku cytoplazmy osiągają stężenie krytyczne, łączą się w micele, które są bardziej stabilne w środowisku wodnym.

Właściwości membrany

Stabilność. Oznacza to, że po utworzeniu rozpad błony jest mało prawdopodobny.
Wytrzymałość. Otoczka lipidowa jest na tyle niezawodna, że uniemożliwia przejście substancji polarnej; zarówno substancje rozpuszczone (jony, glukoza, aminokwasy), jak i znacznie większe cząsteczki (białka) nie mogą przejść przez utworzoną granicę.
Dynamiczny charakter. Jest to być może najważniejsza właściwość przy rozważaniu struktury komórki. Błona komórkowa może ulegać różnym odkształceniom, składać się i wyginać, nie ulegając zniszczeniu. W szczególnych okolicznościach, na przykład podczas fuzji pęcherzyków lub pączkowania, może to zostać przerwane, ale tylko tymczasowo. W temperaturze pokojowej jego składniki lipidowe znajdują się w ciągłym, chaotycznym ruchu, tworząc stabilną granicę płynu.

Model płynnej mozaiki

Mówiąc o budowie i funkcjach błon komórkowych, należy zauważyć, że we współczesnej koncepcji membranę jako model płynnej mozaiki rozważali już w 1972 roku naukowcy Singer i Nicholson. Ich teoria odzwierciedla trzy główne cechy struktury membrany. Całki sprzyjają mozaikowemu wzorowi błony i są zdolne do bocznego ruchu w płaszczyźnie ze względu na zmienny charakter organizacji lipidów. Białka transbłonowe są również potencjalnie mobilne. Ważną cechą struktury membrany jest jej asymetria. Jaka jest struktura komórki? Błona komórkowa, jądro, białka i tak dalej. Komórka jest podstawową jednostką życia, a wszystkie organizmy składają się z jednej lub wielu komórek, z których każda posiada naturalną barierę oddzielającą ją od otoczenia. Ta zewnętrzna granica komórki nazywana jest również błoną plazmatyczną. Składa się z czterech różnych typów cząsteczek: fosfolipidów, cholesterolu, białek i węglowodanów. Model płynnej mozaiki opisuje strukturę błony komórkowej w następujący sposób: elastyczna i sprężysta, o konsystencji zbliżonej do oleju roślinnego, tak że wszystkie poszczególne cząsteczki po prostu unoszą się w ciekłym ośrodku i wszystkie są w stanie poruszać się w obrębie tej błony na boki. Mozaika to coś, co składa się z wielu różnych elementów. W błonie komórkowej jest reprezentowany przez fosfolipidy, cząsteczki cholesterolu, białka i węglowodany.

Fosfolipidy

Fosfolipidy stanowią główną strukturę błony komórkowej. Cząsteczki te mają dwa różne końce: głowę i ogon. Głowica zawiera grupę fosforanową i jest hydrofilowa. Oznacza to, że jest przyciągany przez cząsteczki wody. Ogon składa się z atomów wodoru i węgla zwanych łańcuchami kwasów tłuszczowych. Łańcuchy te są hydrofobowe; nie lubią mieszać się z cząsteczkami wody. Proces ten przebiega podobnie do tego, co dzieje się, gdy do wody wlejemy olej roślinny, czyli nie rozpuści się w niej. Cechy strukturalne błony komórkowej są związane z tzw. dwuwarstwą lipidową, która składa się z fosfolipidów. Głowice fosforanów hydrofilowych zlokalizowane są zawsze tam, gdzie występuje woda w postaci płynu wewnątrzkomórkowego i zewnątrzkomórkowego. Hydrofobowe ogony fosfolipidów w błonie są zorganizowane w taki sposób, że utrzymują je z dala od wody.

Cholesterol, białka i węglowodany

Kiedy ludzie słyszą słowo cholesterol, zwykle myślą, że jest złe. Jednak cholesterol jest w rzeczywistości bardzo ważnym składnikiem błon komórkowych. Jego cząsteczki składają się z czterech pierścieni wodoru i atomów węgla. Są hydrofobowe i występują wśród hydrofobowych ogonów w dwuwarstwie lipidowej. Ich znaczenie polega na utrzymaniu konsystencji, wzmacniają błony, zapobiegając krzyżowaniu się. Cząsteczki cholesterolu zapobiegają również kontaktowi i stwardnieniu ogonów fosfolipidowych. Zapewnia to płynność i elastyczność. Białka błonowe działają jak enzymy przyspieszające reakcje chemiczne, działają jako receptory dla określonych cząsteczek lub transportują substancje przez błonę komórkową.

Węglowodany lub sacharydy znajdują się tylko po zewnątrzkomórkowej stronie błony komórkowej. Razem tworzą glikokaliks. Zapewnia amortyzację i ochronę błony plazmatycznej. Na podstawie struktury i rodzaju węglowodanów w glikokalisie organizm może rozpoznać komórki i określić, czy powinny się tam znajdować, czy nie.

Białka błonowe

Nie można sobie wyobrazić struktury błony komórkowej bez tak ważnego składnika, jakim jest białko. Mimo to mogą być znacznie mniejsze niż inny ważny składnik – lipidy. Istnieją trzy typy głównych białek błonowych.

Całka. Całkowicie pokrywają dwuwarstwę, cytoplazmę i środowisko zewnątrzkomórkowe. Pełnią funkcje transportowe i sygnalizacyjne.
Peryferyjny. Białka są przyczepione do błony za pomocą wiązań elektrostatycznych lub wodorowych na ich powierzchniach cytoplazmatycznych lub zewnątrzkomórkowych. Są zaangażowane głównie jako sposób przyłączania białek integralnych.
Transbłonowy. Pełnią funkcje enzymatyczne i sygnalizacyjne, a także modulują podstawową strukturę dwuwarstwy lipidowej błony.

Funkcje błon biologicznych

Efekt hydrofobowy, który reguluje zachowanie węglowodorów w wodzie, kontroluje struktury utworzone przez lipidy błonowe i białka błonowe. Wiele właściwości błonowych nadawanych jest przez dwuwarstwy lipidowe nośnika, które tworzą podstawową strukturę wszystkich błon biologicznych. Integralne białka błonowe są częściowo ukryte w dwuwarstwie lipidowej. Białka transbłonowe mają wyspecjalizowaną organizację aminokwasów w swojej sekwencji pierwszorzędowej.

Białka błony obwodowej są bardzo podobne do białek rozpuszczalnych, ale są również związane z błoną. Wyspecjalizowane błony komórkowe mają wyspecjalizowane funkcje komórkowe. Jak budowa i funkcje błon komórkowych wpływają na organizm? Funkcjonalność całego organizmu zależy od budowy błon biologicznych. Z organelli wewnątrzkomórkowych, zewnątrzkomórkowych i międzykomórkowych interakcji błon powstają struktury niezbędne do organizacji i wykonywania funkcji biologicznych. Wiele cech strukturalnych i funkcjonalnych jest wspólnych dla bakterii i wirusów otoczkowych. Wszystkie błony biologiczne zbudowane są na dwuwarstwie lipidowej, co skutkuje szeregiem wspólnych cech. Białka błonowe pełnią wiele specyficznych funkcji.

Kontrolowanie. Błony plazmatyczne komórek wyznaczają granice interakcji między komórką a środowiskiem.
Transport. Błony wewnątrzkomórkowe komórek są podzielone na kilka jednostek funkcjonalnych o różnym składzie wewnętrznym, z których każda jest wspierana przez niezbędną funkcję transportową w połączeniu z kontrolą przepuszczalności.
Transmisja sygnału. Fuzja błon zapewnia mechanizm wewnątrzkomórkowej sygnalizacji pęcherzykowej i zapobiega swobodnemu przedostawaniu się różnych typów wirusów do komórki.

Znaczenie i wnioski

Struktura zewnętrznej błony komórkowej wpływa na cały organizm. Odgrywa ważną rolę w ochronie integralności, umożliwiając przenikanie tylko wybranych substancji. Jest także dobrą bazą do przyczepienia cytoszkieletu i ściany komórkowej, co pomaga w utrzymaniu kształtu komórki. Lipidy stanowią około 50% masy błony większości komórek, chociaż liczba ta różni się w zależności od rodzaju błony. Struktura zewnętrznej błony komórkowej ssaków jest bardziej złożona i zawiera cztery główne fosfolipidy. Ważną właściwością dwuwarstw lipidowych jest to, że zachowują się jak dwuwymiarowe ciecze, w których poszczególne cząsteczki mogą swobodnie obracać się i poruszać na boki. Taka płynność jest ważną właściwością membran, która jest określana w zależności od temperatury i składu lipidów. Ze względu na strukturę pierścienia węglowodorowego cholesterol odgrywa rolę w określaniu płynności błony. błony biologiczne dla małych cząsteczek pozwalają komórce kontrolować i utrzymywać jej wewnętrzną strukturę.

Biorąc pod uwagę strukturę komórki (błona komórkowa, jądro itp.), Możemy stwierdzić, że organizm jest systemem samoregulującym się, który bez pomocy z zewnątrz nie może sobie zaszkodzić i zawsze będzie szukał sposobów na przywrócenie, ochronę i prawidłowe funkcjonować każda komórka.

Struktura biomembrany. Błony otaczające komórki i organelle błonowe komórek eukariotycznych mają wspólny skład chemiczny i strukturę. Należą do nich lipidy, białka i węglowodany. Lipidy błonowe reprezentowane są głównie przez fosfolipidy i cholesterol. Większość białek błonowych to białka złożone, takie jak glikoproteiny. Węglowodany nie występują w błonie samodzielnie; są związane z białkami i lipidami. Grubość membran wynosi 7-10 nm.

Zgodnie z obecnie ogólnie przyjętym modelem mozaiki płynnej budowy błony, lipidy tworzą podwójną warstwę, czyli dwuwarstwa lipidowa, w którym hydrofilowe „głowy” cząsteczek lipidów są zwrócone na zewnątrz, a hydrofobowe „ogony” są ukryte wewnątrz błony (ryc. 2.24). Te „ogony” dzięki swojej hydrofobowości zapewniają oddzielenie faz wodnych środowiska wewnętrznego komórki od jej otoczenia. Białka są powiązane z lipidami poprzez różnego rodzaju interakcje. Niektóre białka znajdują się na powierzchni błony. Takie białka nazywane są peryferyjny, Lub powierzchowny. Inne białka są częściowo lub całkowicie zanurzone w błonie - są to całka, Lub zanurzone białka. Białka błonowe pełnią funkcje strukturalne, transportowe, katalityczne, receptorowe i inne.

Błony nie przypominają kryształów; ich składniki są w ciągłym ruchu, w wyniku czego pomiędzy cząsteczkami lipidów pojawiają się szczeliny - pory, przez które różne substancje mogą przedostawać się do komórki lub ją opuszczać.

Błony biologiczne różnią się umiejscowieniem w komórce, składem chemicznym i funkcjami. Główne typy membran to plazma i wewnętrzna.

Membrana plazmowa(ryc. 2.24) zawiera około 45% lipidów (w tym glikolipidów), 50% białek i 5% węglowodanów. Łańcuchy węglowodanów wchodzące w skład złożonych białek – glikoprotein i złożonych lipidów – glikolipidów wystają ponad powierzchnię błony. Glikoproteiny osocza są niezwykle specyficzne. Służą na przykład do wzajemnego rozpoznawania komórek, w tym plemnika i komórki jajowej.

Na powierzchni komórek zwierzęcych łańcuchy węglowodanowe tworzą cienką warstwę powierzchniową - glikokaliks. Jest wykrywany w prawie wszystkich komórkach zwierzęcych, ale stopień jego ekspresji jest zróżnicowany (10-50 µm). Glikokaliks zapewnia bezpośrednią komunikację między komórką a środowiskiem zewnętrznym, gdzie zachodzi trawienie zewnątrzkomórkowe; Receptory znajdują się w glikokaliksie. Oprócz plazmalemy komórki bakterii, roślin i grzybów są również otoczone błonami komórkowymi.

Membrany wewnętrzne komórki eukariotyczne oddzielają różne części komórki, tworząc osobliwe „przedziały” - przegródki, co sprzyja rozdzieleniu różnych procesów metabolicznych i energetycznych. Mogą różnić się składem chemicznym i funkcjami, ale ich ogólny plan strukturalny pozostaje taki sam.

Funkcje membrany:

1. Ograniczające. Ideą jest to, że oddzielają przestrzeń wewnętrzną komórki od środowiska zewnętrznego. Błona jest półprzepuszczalna, to znaczy tylko te substancje, których potrzebuje komórka, mogą przez nią swobodnie przechodzić i istnieją mechanizmy transportu niezbędnych substancji.

2. Chwytnik. Związany jest przede wszystkim z percepcją sygnałów środowiskowych i przekazywaniem tych informacji do komórki. Za tę funkcję odpowiadają specjalne białka receptorowe. Białka błonowe odpowiadają także za rozpoznawanie komórek na zasadzie „przyjaciel czy wróg”, a także za tworzenie połączeń międzykomórkowych, z których najlepiej zbadanymi są synapsy komórek nerwowych.

3. Katalityczny. Na membranach zlokalizowane są liczne kompleksy enzymatyczne, w wyniku czego zachodzą na nich intensywne procesy syntetyczne.

4. Transformacja energii. Związany z powstawaniem energii, jej magazynowaniem w postaci ATP i zużyciem.

5. Podział na przedziały. Błony wyznaczają również przestrzeń wewnątrz komórki, oddzielając w ten sposób materiały wyjściowe reakcji i enzymy, które mogą przeprowadzić odpowiednie reakcje.

6. Tworzenie kontaktów międzykomórkowych. Pomimo tego, że grubość membrany jest tak mała, że nie można jej odróżnić gołym okiem, z jednej strony stanowi ona dość niezawodną barierę dla jonów i cząsteczek, zwłaszcza rozpuszczalnych w wodzie, a z drugiej , zapewnia ich transport do i z komórki.

Transport membranowy. Ze względu na to, że komórki jako elementarne układy biologiczne są układami otwartymi, aby zapewnić metabolizm i energię, utrzymać homeostazę, wzrost, drażliwość i inne procesy, wymagany jest transfer substancji przez błonę - transport membranowy (ryc. 2.25). Obecnie transport substancji przez błonę komórkową dzieli się na aktywny, pasywny, endo- i egzocytozę.

Transport pasywny- jest to rodzaj transportu, który odbywa się bez zużycia energii z wyższego stężenia do niższego. Rozpuszczalne w lipidach małe niepolarne cząsteczki (0 2, CO 2) z łatwością przenikają do wnętrza komórki prosta dyfuzja. Te nierozpuszczalne w lipidach, w tym małe cząstki naładowane, są wychwytywane przez białka nośnikowe lub przechodzą przez specjalne kanały (glukoza, aminokwasy, K+, PO 4 3-). Ten rodzaj transportu pasywnego nazywa się ułatwiona dyfuzja. Woda dostaje się do komórki przez pory w fazie lipidowej, a także przez specjalne kanały wyłożone białkami. Nazywa się transport wody przez membranę przez osmozę(ryc. 2.26).

Osmoza jest niezwykle istotna w życiu komórki, ponieważ jeśli zostanie umieszczona w roztworze o wyższym stężeniu soli niż w roztworze komórkowym, wówczas woda zacznie opuszczać komórkę i objętość zawartości żywej zacznie się zmniejszać. W komórkach zwierzęcych cała komórka kurczy się, a w komórkach roślinnych cytoplazma pozostaje w tyle za ścianą komórkową, co nazywa się plazmoliza(ryc. 2.27).

Kiedy komórkę umieszcza się w roztworze mniej stężonym niż cytoplazma, transport wody następuje w przeciwnym kierunku – do wnętrza komórki. Istnieją jednak ograniczenia rozciągliwości błony cytoplazmatycznej i komórka zwierzęca ostatecznie pęka, podczas gdy komórka roślinna nie pozwala na to ze względu na silną ścianę komórkową. Nazywa się zjawisko wypełnienia całą wewnętrzną przestrzenią komórki zawartością komórkową deplazmoliza. Przygotowując leki, zwłaszcza do podawania dożylnego, należy wziąć pod uwagę wewnątrzkomórkowe stężenie soli, ponieważ może to prowadzić do uszkodzenia komórek krwi (w tym celu stosuje się roztwór soli fizjologicznej o stężeniu 0,9% chlorku sodu). Jest to nie mniej ważne w przypadku hodowli komórek i tkanek, a także narządów zwierząt i roślin.

Transport aktywny postępuje z wydatkowaniem energii ATP od niższego stężenia substancji do wyższego. Odbywa się to za pomocą specjalnych białek pompujących. Białka pompują K + , Na + , Ca 2+ i inne jony przez błonę, co sprzyja transportowi niezbędnych substancji organicznych, a także powstawaniu impulsów nerwowych itp.

Endocytoza- jest to aktywny proces wchłaniania substancji przez komórkę, podczas którego błona tworzy wgłębienia, a następnie tworzą się pęcherzyki błonowe - fagosomy, w którym znajdują się zaabsorbowane przedmioty. Następnie pierwotny lizosom łączy się z fagosomem i tworzy się lizosom wtórny, Lub fagolizosom, Lub wakuola trawienna. Zawartość pęcherzyka jest trawiona przez enzymy lizosomalne, a produkty rozpadu są wchłaniane i przyswajane przez komórkę. Niestrawione pozostałości są usuwane z komórki w drodze egzocytozy. Istnieją dwa główne typy endocytozy: fagocytoza i pinocytoza.

Fagocytoza to proces wychwytywania przez powierzchnię komórki i absorpcji cząstek stałych przez komórkę, oraz pinocytoza- płyny. Fagocytoza zachodzi głównie w komórkach zwierzęcych (zwierzęta jednokomórkowe, leukocyty ludzkie), zapewnia ich odżywienie, a często ochronę organizmu (ryc. 2.28).

Przez pinocytozę białka, kompleksy antygen-przeciwciało są wchłaniane podczas reakcji immunologicznych itp. Jednak wiele wirusów przedostaje się do komórki również poprzez pinocytozę lub fagocytozę. W komórkach roślinnych i grzybowych fagocytoza jest praktycznie niemożliwa, ponieważ są one otoczone trwałymi błonami komórkowymi.

Egzocytoza- proces odwrotny do endocytozy. W ten sposób z wakuoli trawiennych uwalniane są niestrawione resztki pokarmu i usuwane są substancje niezbędne do życia komórki i całego organizmu. Na przykład przekazywanie impulsów nerwowych następuje w wyniku uwolnienia przekaźników chemicznych przez neuron wysyłający impuls - mediatorzy, w komórkach roślinnych wydzielane są w ten sposób węglowodany pomocnicze błony komórkowej.

Ściany komórkowe komórek roślinnych, grzybów i bakterii. Na zewnątrz błony komórka może wydzielać silną strukturę - Błona komórkowa, Lub Ściana komórkowa.

U roślin podstawą ściany komórkowej jest celuloza, pakowane w wiązki po 50-100 cząsteczek. Przestrzenie między nimi wypełnione są wodą i innymi węglowodanami. Błona komórkowa roślinna jest przesiąknięta kanałami - plazmodesmy(ryc. 2.29), przez który przechodzą błony retikulum endoplazmatycznego.

Plazmodesmy transportują substancje między komórkami. Jednakże transport substancji, takich jak woda, może również odbywać się wzdłuż samych ścian komórkowych. Z biegiem czasu w ścianie komórkowej roślin gromadzą się różne substancje, w tym garbniki czy substancje tłuszczopodobne, co prowadzi do zdrewnienia lub suberyzacji samej ściany komórkowej, wyparcia wody i śmierci zawartości komórek. Pomiędzy ścianami komórkowymi sąsiednich komórek roślinnych znajdują się galaretowate przekładki - środkowe płytki, które spajają je i cementują organizm rośliny jako całość. Ulegają zniszczeniu dopiero w procesie dojrzewania owoców i opadnięciu liści.

Tworzą się ściany komórkowe komórek grzybów chityna- węglowodan zawierający azot. Są dość mocne i stanowią zewnętrzny szkielet komórki, ale nadal, podobnie jak u roślin, zapobiegają fagocytozie.

U bakterii ściana komórkowa zawiera węglowodany z fragmentami peptydowymi - murein, jednakże jego zawartość różni się znacznie w zależności od grupy bakterii. Inne polisacharydy mogą być również uwalniane na zewnątrz ściany komórkowej, tworząc otoczkę śluzową, która chroni bakterie przed wpływami zewnętrznymi.

Błona określa kształt komórki, służy jako podpora mechaniczna, pełni funkcję ochronną, zapewnia właściwości osmotyczne komórki, ograniczając rozciąganie żywej zawartości i zapobiegając pękaniu komórki, które zwiększa się na skutek przedostawania się wody . Ponadto woda i substancje w niej rozpuszczone pokonują ścianę komórkową przed wejściem do cytoplazmy lub odwrotnie, po jej opuszczeniu, przy czym woda transportowana jest przez ściany komórkowe szybciej niż przez cytoplazmę.

Błona komórkowa- jest to błona komórkowa, która spełnia następujące funkcje: oddzielanie zawartości komórki od środowiska zewnętrznego, selektywny transport substancji (wymiana ze środowiskiem zewnętrznym w stosunku do komórki), miejsce niektórych reakcji biochemicznych, łączenie komórek do tkanek i odbioru.

Błony komórkowe dzielą się na plazmowe (wewnątrzkomórkowe) i zewnętrzne. Główną właściwością każdej membrany jest półprzepuszczalność, to znaczy zdolność do przepuszczania tylko niektórych substancji. Pozwala to na selektywną wymianę między komórką a środowiskiem zewnętrznym lub wymianę między przedziałami komórkowymi.

Błony plazmatyczne są strukturami lipoproteinowymi. Lipidy spontanicznie tworzą dwuwarstwę (podwójną warstwę), w której „unoszą się” białka błonowe. Błony zawierają kilka tysięcy różnych białek: strukturalnych, transporterów, enzymów itp. Pomiędzy cząsteczkami białek znajdują się pory, przez które przechodzą substancje hydrofilowe (dwuwarstwa lipidowa uniemożliwia ich bezpośrednie przenikanie do wnętrza komórki). Grupy glikozylowe (monosacharydy i polisacharydy) są przyłączone do niektórych cząsteczek na powierzchni błony, które biorą udział w procesie rozpoznawania komórek podczas tworzenia tkanki.

Membrany różnią się grubością, zwykle w zakresie od 5 do 10 nm. Grubość zależy od wielkości amfifilowej cząsteczki lipidu i wynosi 5,3 nm. Dalszy wzrost grubości błony wynika z wielkości kompleksów białek błonowych. W zależności od warunków zewnętrznych (regulatorem jest cholesterol) struktura dwuwarstwy może się zmieniać tak, że staje się ona bardziej gęsta lub płynna – od tego zależy prędkość przemieszczania się substancji wzdłuż błon.

Błony komórkowe obejmują: błonę komórkową, kariolemę, błony retikulum endoplazmatycznego, aparat Golgiego, lizosomy, peroksysomy, mitochondria, inkluzje itp.

Lipidy są nierozpuszczalne w wodzie (hydrofobowość), ale rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych i tłuszczach (lipofilowość). Skład lipidów w różnych błonach nie jest taki sam. Na przykład błona plazmatyczna zawiera dużo cholesterolu. Najczęstszymi lipidami w błonie są fosfolipidy (glicerofosfatydy), sfingomieliny (sfingolipidy), glikolipidy i cholesterol.

Fosfolipidy, sfingomieliny i glikolipidy składają się z dwóch funkcjonalnie różnych części: hydrofobowej niepolarnej, która nie niesie ładunków - „ogonów” składających się z kwasów tłuszczowych, oraz hydrofilowej zawierającej naładowane polarne „głowy” - grupy alkoholowe (na przykład glicerol).

Hydrofobowa część cząsteczki składa się zwykle z dwóch kwasów tłuszczowych. Jeden z kwasów jest nasycony, a drugi nienasycony. Określa to zdolność lipidów do spontanicznego tworzenia dwuwarstwowych (bilipidowych) struktur błonowych. Lipidy błonowe pełnią następujące funkcje: bariera, transport, mikrośrodowisko białek, opór elektryczny błony.

Błony różnią się między sobą zestawem cząsteczek białka. Wiele białek błonowych składa się z regionów bogatych w aminokwasy polarne (niosące ładunek) i regionów z aminokwasami niepolarnymi (glicyna, alanina, walina, leucyna). Takie białka w warstwach lipidowych membran są rozmieszczone tak, że ich niepolarne sekcje są jakby zanurzone w „tłuszczowej” części membrany, w której znajdują się hydrofobowe sekcje lipidów. Polarna (hydrofilowa) część tych białek oddziałuje z głowami lipidowymi i jest zwrócona w stronę fazy wodnej.

Błony biologiczne mają wspólne właściwości:

membrany to układy zamknięte, które nie pozwalają na mieszanie się zawartości komórki i jej przedziałów. Naruszenie integralności błony może prowadzić do śmierci komórki;

mobilność powierzchowna (płaska, boczna). W membranach następuje ciągły ruch substancji po powierzchni;

asymetria membrany. Struktura warstw zewnętrznych i powierzchniowych jest niejednorodna pod względem chemicznym, strukturalnym i funkcjonalnym.

Błona komórkowa (błona plazmatyczna) to cienka, półprzepuszczalna membrana otaczająca komórki.

Funkcja i rola błony komórkowej

Jego funkcją jest ochrona integralności wnętrza poprzez wpuszczenie niektórych niezbędnych substancji do komórki i uniemożliwienie przedostania się innych.

Służy również jako podstawa przywiązania do niektórych organizmów i do innych. Zatem błona plazmatyczna zapewnia również kształt komórki. Inną funkcją membrany jest regulacja wzrostu komórek poprzez równowagę i.

W endocytozie lipidy i białka są usuwane z błony komórkowej w miarę wchłaniania substancji. Podczas egzocytozy pęcherzyki zawierające lipidy i białka łączą się z błoną komórkową, zwiększając rozmiar komórki. , a komórki grzybów mają błony plazmatyczne. Na przykład te wewnętrzne są również osłonięte membranami ochronnymi.

Struktura błony komórkowej

Błona plazmatyczna składa się głównie z mieszaniny białek i lipidów. W zależności od lokalizacji i roli błony w organizmie lipidy mogą stanowić od 20 do 80 procent błony, a pozostałą część stanowią białka. Podczas gdy lipidy zapewniają elastyczność błony, białka kontrolują i utrzymują chemię komórki oraz pomagają w transporcie cząsteczek przez błonę.

Lipidy błonowe

Fosfolipidy są głównym składnikiem błon plazmatycznych. Tworzą dwuwarstwę lipidową, w której hydrofilowe (przyciągane przez wodę) obszary głowy spontanicznie organizują się w stronę wodnego cytozolu i płynu pozakomórkowego, podczas gdy hydrofobowe (odpychane przez wodę) obszary ogona są zwrócone w stronę przeciwną do cytozolu i płynu pozakomórkowego. Dwuwarstwa lipidowa jest półprzepuszczalna, co pozwala tylko niektórym cząsteczkom na dyfuzję przez błonę.

Cholesterol to kolejny lipidowy składnik błon komórkowych zwierząt. Cząsteczki cholesterolu są selektywnie rozproszone pomiędzy fosfolipidami błonowymi. Pomaga to utrzymać sztywność błon komórkowych, zapobiegając nadmiernemu zagęszczeniu fosfolipidów. Cholesterolu nie ma w błonach komórek roślinnych.

Glikolipidy znajdują się na zewnętrznej powierzchni błon komórkowych i są z nimi połączone łańcuchem węglowodanowym. Pomagają komórce rozpoznawać inne komórki w organizmie.

Białka błonowe

Błona komórkowa zawiera dwa rodzaje powiązanych białek. Białka błony obwodowej są zewnętrzne i są z nią powiązane poprzez interakcję z innymi białkami. Integralne białka błonowe są wprowadzane do błony i większość przechodzi przez nią. Części tych białek transbłonowych znajdują się po obu jego stronach.

Białka błony komórkowej pełnią wiele różnych funkcji. Białka strukturalne zapewniają wsparcie i kształt komórkom. Białka receptorów błonowych pomagają komórkom komunikować się ze środowiskiem zewnętrznym za pomocą hormonów, neuroprzekaźników i innych cząsteczek sygnalizacyjnych. Białka transportowe, takie jak białka globularne, transportują cząsteczki przez błony komórkowe poprzez ułatwioną dyfuzję. Glikoproteiny mają przyłączony łańcuch węglowodanowy. Są osadzone w błonie komórkowej, pomagając w wymianie i transporcie cząsteczek.