Die Struktur und chemische Zusammensetzung der Plasmamembran. Zelle und Zellmembran

Die Plasmamembran nimmt eine Sonderstellung ein, da sie die Zelle nach außen begrenzt und direkt mit der extrazellulären Umgebung verbunden ist. Sie ist etwa 10 nm dick und die dickste aller Zellmembranen. Die Hauptbestandteile sind Proteine ​​(mehr als 60 %), Lipide (ca. 40 %) und Kohlenhydrate (ca. 1 %). Wie alle anderen Zellmembranen wird es in den EPS-Kanälen synthetisiert.

Funktionen des Plasmalemmas.

Transport.

Die Plasmamembran ist semipermeabel, d.h. selektiv unterschiedliche Moleküle passieren es mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Es gibt zwei Möglichkeiten, Substanzen durch eine Membran zu transportieren: passiver und aktiver Transport.

Passiver Transport. Passiver Transport oder Diffusion erfordert keine Energie. Ungeladene Moleküle diffundieren entlang des Konzentrationsgradienten, der Transport geladener Moleküle hängt vom Konzentrationsgradienten der Wasserstoffprotonen und der Transmembranpotentialdifferenz ab, die zu einem elektrochemischen Protonengradienten kombiniert werden. Die innere zytoplasmatische Oberfläche der Membran trägt in der Regel eine negative Ladung, die das Eindringen positiv geladener Ionen in die Zelle erleichtert. Es gibt zwei Arten der Verbreitung: einfach und erleichtert.

Einfache Diffusion ist typisch für kleine neutrale Moleküle (H 2 O, CO 2 , O 2 ) sowie für hydrophobe niedermolekulare organische Substanzen. Diese Moleküle können ohne Wechselwirkung mit Membranproteinen die Poren oder Kanäle der Membran passieren, solange der Konzentrationsgradient erhalten bleibt.

Erleichterte Diffusion ist charakteristisch für hydrophile Moleküle, die ebenfalls entlang eines Konzentrationsgradienten, aber mit Hilfe spezieller Membranträgerproteine ​​nach dem Prinzip durch die Membran transportiert werden Unihafen.

Die erleichterte Diffusion ist hochselektiv, da das Trägerprotein ein zur transportierten Substanz komplementäres Bindungszentrum besitzt und der Transfer von Konformationsänderungen des Proteins begleitet wird. Einer der möglichen Mechanismen der erleichterten Diffusion ist folgender: Ein Transportprotein (Translokase) bindet eine Substanz, nähert sich dann der gegenüberliegenden Seite der Membran, setzt diese Substanz frei, nimmt ihre ursprüngliche Konformation an und ist wieder bereit, die Transportfunktion zu übernehmen. Es ist wenig darüber bekannt, wie die Bewegung des Proteins selbst erfolgt. Ein weiterer möglicher Übertragungsmechanismus beinhaltet die Beteiligung mehrerer Trägerproteine. In diesem Fall wandert die anfänglich gebundene Verbindung selbst von einem Protein zum anderen und bindet nacheinander an das eine oder andere Protein, bis sie sich auf der gegenüberliegenden Seite der Membran befindet.

aktiven Transport. Ein solcher Transport findet statt, wenn die Übertragung gegen einen Konzentrationsgradienten erfolgt. Es erfordert den Energieaufwand der Zelle. Aktiver Transport dient dazu, Substanzen innerhalb der Zelle anzureichern. Die Energiequelle ist oft ATP. Für einen aktiven Transport ist neben einer Energiequelle die Beteiligung von Membranproteinen notwendig. Eines der aktiven Transportsysteme in der tierischen Zelle ist für den Transport von Na- und K + -Ionen durch die Zellmembran verantwortlich. Dieses System heißt N / A + - K*-Pumpe. Es ist verantwortlich für die Aufrechterhaltung der Zusammensetzung der intrazellulären Umgebung, in der die Konzentration von K + -Ionen höher ist als die von Na * -Ionen.

Der Konzentrationsgradient beider Ionen wird aufrechterhalten, indem K + innerhalb der Zelle und Na + außerhalb übertragen wird. Beide Transporte erfolgen gegen einen Konzentrationsgradienten. Diese Ionenverteilung bestimmt den Wassergehalt in Zellen, die Erregbarkeit von Nerven- und Muskelzellen und andere Eigenschaften normaler Zellen. Na + -K + -Pumpe ist ein Protein - ATPase transportieren. Das Molekül dieses Enzyms ist ein Oligomer und durchdringt die Membran. Während des vollen Zyklus der Pumpe werden 3 Na + -Ionen von der Zelle in die Interzellularsubstanz und 2 K + -Ionen in die entgegengesetzte Richtung übertragen, während die Energie des ATP-Moleküls verwendet wird. Es gibt Transportsysteme für den Transfer von Calciumionen (Ca 2+ -ATPase), Protonenpumpen (H + -ATPase) etc.

Als aktiver Transport eines Stoffes durch eine Membran, der aufgrund der Energie des Konzentrationsgradienten eines anderen Stoffes erfolgt, wird bezeichnet Symport. Die Transport-ATPase hat dabei Bindungsstellen für beide Substanzen. Gegenhafen ist die Bewegung eines Stoffes gegen seinen Konzentrationsgradienten. In diesem Fall bewegt sich der andere Stoff entlang seines Konzentrationsgradienten in die entgegengesetzte Richtung. Symport und Antiport (Cotransport) können während der Absorption von Aminosäuren aus dem Darm und der Reabsorption von Glukose aus Primärharn auftreten, wobei die Energie des von Na + , K + -ATPase erzeugten Konzentrationsgradienten von Na + -Ionen verwendet wird.

Zwei weitere Transportarten sind Endozytose und Exozytose.

Endozytose- das Einfangen großer Partikel durch die Zelle. Es gibt mehrere Möglichkeiten der Endozytose: Pinozytose und Phagozytose. Normalerweise unter Pinozytose das Einfangen von flüssigen kolloidalen Partikeln durch die Zelle verstehen, unter Phagozytose- Einfangen von Korpuskeln (dichtere und größere Partikel bis zu anderen Zellen). Der Mechanismus der Pino- und Phagozytose ist unterschiedlich.

Im Allgemeinen wird das Eindringen von festen Partikeln oder Flüssigkeitströpfchen in die Zelle von außen als Heterophagie bezeichnet. Dieser Vorgang ist bei Protozoen am weitesten verbreitet, aber er ist auch beim Menschen (wie auch bei anderen Säugetieren) sehr wichtig. Die Heterophagie spielt eine wichtige Rolle beim Schutz des Körpers (segmentierte Neutrophile - Granulozyten; Makrophagozyten), der Umstrukturierung von Knochengewebe (Osteoklasten), der Bildung von Thyroxin durch Schilddrüsenfollikel, der Reabsorption von Protein und anderen Makromolekülen im proximalen Nephron und anderen Prozessen.

Pinozytose.

Damit externe Moleküle in die Zelle eindringen können, müssen sie zunächst von Glykokalyx-Rezeptoren (einem Satz von Molekülen, die mit den Oberflächenproteinen der Membran assoziiert sind) gebunden werden (Abb.).

An der Stelle einer solchen Bindung unter dem Plasmalemma werden Clathrin-Proteinmoleküle gefunden. Das Plasmalemma beginnt sich zusammen mit von außen anhaftenden und mit Clathrin aus dem Zytoplasma ausgekleideten Molekülen einzustülpen. Die Einstülpung wird tiefer, ihre Ränder nähern sich und schließen sich dann. Dadurch wird vom Plasmalemma eine Blase abgespalten, die die eingeschlossenen Moleküle trägt. Auf elektronenmikroskopischen Aufnahmen sieht Clathrin auf seiner Oberfläche wie ein ungleichmäßiger Rand aus, daher werden solche Bläschen als umrandet bezeichnet.

Clathrin verhindert, dass Vesikel an intrazellulären Membranen anhaften. Daher können berandete Vesikel in der Zelle ungehindert zu genau den Bereichen des Zytoplasmas transportiert werden, wo ihr Inhalt verwendet werden soll. So werden insbesondere Steroidhormone an den Zellkern abgegeben. Gewöhnlich umrandete Vesikel werfen jedoch bald nach der Ablösung vom Plasmalemma ihre Umrandung ab. Clathrin wird auf das Plasmalemma übertragen und kann wieder an Endozytosereaktionen teilnehmen.

An der Oberfläche der Zelle im Zytoplasma befinden sich dauerhaftere Vesikel - Endosomen. Die umrandeten Vesikel geben Clathrin ab und verschmelzen mit Endosomen, wodurch das Volumen und die Oberfläche der Endosomen vergrößert werden. Dann wird der überschüssige Teil der Endosomen in Form eines neuen Vesikels abgespalten, in dem keine in die Zelle eingedrungenen Substanzen vorhanden sind, sie verbleiben im Endosom. Das neue Vesikel wandert zur Zelloberfläche und verschmilzt mit der Membran. Dadurch wird die beim Abspalten des umrandeten Vesikels eingetretene Abnahme des Plasmalemmas wiederhergestellt und seine Rezeptoren kehren ebenfalls zum Plasmalemma zurück.

Endosomen sinken in das Zytoplasma und verschmelzen mit Lysosomenmembranen. Ankommende Substanzen innerhalb eines solchen sekundären Lysosoms durchlaufen verschiedene biochemische Umwandlungen. Nach Abschluss des Prozesses kann die Lysosomenmembran in Fragmente zerfallen, und die Zerfallsprodukte und Inhalte des Lysosoms werden für intrazelluläre Stoffwechselreaktionen verfügbar. Beispielsweise werden Aminosäuren von tRNA gebunden und an Ribosomen abgegeben, während Glukose in den Golgi-Komplex oder die Tubuli des agranulären ER gelangen kann.

Obwohl Endosomen keine Clathringrenze haben, verschmelzen nicht alle mit Lysosomen. Einige von ihnen werden von einer Zelloberfläche zur anderen geleitet (wenn die Zellen eine Epithelschicht bilden). Dort verschmilzt die Endosomenmembran mit der Plasmamembran und der Inhalt wird ausgestoßen. Dadurch werden Substanzen unverändert durch die Zelle von einer Umgebung in eine andere übertragen. Dieser Vorgang wird aufgerufen Transzytose. Auch Proteinmoleküle, insbesondere Immunglobuline, können durch Transzytose übertragen werden.

Phagozytose.

Wenn ein großes Partikel auf seiner Oberfläche Molekülgruppen trägt, die von Zellrezeptoren erkannt werden können, bindet es. Es ist bei weitem nicht immer so, dass fremde Teilchen selbst solche Gruppierungen besitzen. Wenn sie jedoch in den Körper gelangen, sind sie von Immunglobulinmolekülen (Opsoninen) umgeben, die sowohl im Blut als auch in der interzellulären Umgebung immer zu finden sind. Immunglobuline werden immer von Fresszellen erkannt.

Nachdem die das Fremdpartikel umhüllenden Opsonine an die Rezeptoren des Phagozyten gebunden haben, wird dessen Oberflächenkomplex aktiviert. Aktin-Mikrofilamente beginnen mit Myosin zu interagieren, und die Konfiguration der Zelloberfläche ändert sich. Auswüchse des Zytoplasmas der Fresszelle erstrecken sich um das Partikel herum. Sie bedecken die Oberfläche des Partikels und verbinden sich darüber. Die äußeren Blätter der Auswüchse verschmelzen und schließen die Oberfläche der Zelle.

Tiefe Schichten von Auswüchsen bilden eine Membran um das absorbierte Partikel - wird gebildet Phagosom. Das Phagosom verschmilzt mit Lysosomen, was zu ihrem Komplex führt - Heterolysosom (Heterosom, oder Phagolysosom). Darin findet die Lyse der eingefangenen Bestandteile des Partikels statt. Einige der Lyseprodukte werden aus dem Heterosom entfernt und von der Zelle verwertet, während einige möglicherweise nicht für die Wirkung lysosomaler Enzyme empfänglich sind. Diese Rückstände bilden Restkörper.

Potenziell besitzen alle Zellen die Fähigkeit zur Phagozytose, aber im Körper spezialisieren sich nur wenige auf diese Richtung. Dies sind neutrophile Leukozyten und Makrophagen.

Exozytose.

Dies ist die Entfernung von Substanzen aus der Zelle. Zunächst werden makromolekulare Verbindungen im Golgi-Komplex in Form von Transportvesikeln segregiert. Letztere werden unter Beteiligung von Mikrotubuli zur Zelloberfläche geleitet. Die Vesikelmembran ist in das Plasmalemma eingebaut, der Inhalt des Vesikels befindet sich außerhalb der Zelle (Abb.) Die Verschmelzung des Vesikels mit dem Plasmalemma kann ohne zusätzliche Signale erfolgen. Diese Exozytose wird genannt konstitutiv. So werden die meisten Produkte des eigenen Stoffwechsels aus den Zellen entfernt. Eine Reihe von Zellen sind jedoch für die Synthese spezieller Verbindungen bestimmt - Geheimnisse, die im Körper an anderen Stellen verwendet werden. Damit die Transportblase mit dem Geheimnis mit dem Plasmalemma verschmelzen kann, sind Signale von außen notwendig. Erst dann erfolgt die Zusammenführung und das Geheimnis wird gelüftet. Diese Exozytose wird genannt geregelt. Signalmoleküle genannt, die die Ausscheidung von Sekreten fördern Liberine (Freisetzungsfaktoren), und solche, die das Entfernen verhindern - Statine.

Rezeptorfunktionen.

Sie werden hauptsächlich von Glykoproteinen bereitgestellt, die sich auf der Oberfläche des Plasmalemmas befinden und an ihre Liganden binden können. Der Ligand korrespondiert mit seinem Rezeptor wie der Schlüssel zum Schloss. Die Bindung des Liganden an den Rezeptor bewirkt eine Änderung der Konformation des Polypeptids. Mit einer solchen Veränderung des Transmembranproteins wird eine Botschaft zwischen der extra- und intrazellulären Umgebung hergestellt.

Arten von Rezeptoren.

Rezeptoren, die mit Proteinionenkanälen assoziiert sind. Sie interagieren mit einem Signalmolekül, das den Kanal für den Durchgang von Ionen vorübergehend öffnet oder schließt. (Zum Beispiel ist der Acetylcholin-Neurotransmitter-Rezeptor ein Protein, das aus 5 Untereinheiten besteht, die einen Ionenkanal bilden. In Abwesenheit von Acetylcholin ist der Kanal geschlossen und nach der Anlagerung öffnet er sich und lässt Natriumionen passieren).

katalytische Rezeptoren. Sie bestehen aus einem extrazellulären Teil (dem Rezeptor selbst) und einem intrazellulären zytoplasmatischen Teil, der als Enzym Prolinkinase fungiert (z. B. Wachstumshormonrezeptoren).

Mit G-Proteinen assoziierte Rezeptoren. Dies sind Transmembranproteine, die aus einem Liganden-interagierenden Rezeptor und einem G-Protein (Guanosintriphosphat-Related Regulatory Protein) bestehen, das ein Signal an ein membrangebundenes Enzym (Adenylatcyclase) oder an einen Ionenkanal weiterleitet. Dadurch werden zyklisches AMP oder Calciumionen aktiviert. (So ​​funktioniert das Adenylatcyclase-System. Beispielsweise gibt es in den Leberzellen einen Rezeptor für das Hormon Insulin. Der suprazelluläre Teil des Rezeptors bindet an Insulin. Dadurch wird der intrazelluläre Teil, das Enzym Adenylatcyclase, aktiviert. Es synthetisiert zyklisches AMP aus ATP, das die Geschwindigkeit verschiedener intrazellulärer Prozesse reguliert und die Aktivierung oder Hemmung dieser oder anderer Stoffwechselenzyme bewirkt).

Rezeptoren, die physikalische Faktoren wahrnehmen. Zum Beispiel das Photorezeptorprotein Rhodopsin. Wenn Licht absorbiert wird, ändert es seine Konformation und erregt einen Nervenimpuls.

Plasma Membran

Bild einer Zellmembran. Kleine blaue und weiße Kugeln entsprechen den hydrophilen "Köpfen" von Lipiden, und die daran befestigten Linien entsprechen den hydrophoben "Schwänzen". Die Abbildung zeigt nur integrale Membranproteine ​​(rote Kügelchen und gelbe Helices). Gelbe ovale Punkte innerhalb der Membran - Cholesterinmoleküle Gelbgrüne Perlenketten an der Außenseite der Membran - Oligosaccharidketten, die die Glykokalyx bilden

Die biologische Membran umfasst auch verschiedene Proteine: integral (die Membran durchdringend), semiintegral (mit einem Ende in die äußere oder innere Lipidschicht eingetaucht), Oberfläche (an der Außenseite oder angrenzend an die Innenseiten der Membran gelegen). Einige Proteine ​​sind die Kontaktpunkte der Zellmembran mit dem Zytoskelett innerhalb der Zelle und der Zellwand (falls vorhanden) außerhalb. Einige der integralen Proteine ​​fungieren als Ionenkanäle, verschiedene Transporter und Rezeptoren.

Funktionen von Biomembranen

• Barriere - sorgt für einen geregelten, selektiven, passiven und aktiven Stoffwechsel mit der Umwelt. Beispielsweise schützt die Peroxisomenmembran das Zytoplasma vor zellgefährdenden Peroxiden. Selektive Permeabilität bedeutet, dass die Permeabilität einer Membran für verschiedene Atome oder Moleküle von ihrer Größe, elektrischen Ladung und chemischen Eigenschaften abhängt. Selektive Permeabilität sorgt dafür, dass die Zelle und Zellkompartimente von der Umgebung getrennt und mit den notwendigen Stoffen versorgt werden.

• Transport - durch die Membran findet ein Stofftransport in die Zelle und aus der Zelle heraus statt. Der Transport durch Membranen sorgt für: die Zufuhr von Nährstoffen, die Entfernung von Stoffwechselendprodukten, die Sekretion verschiedener Substanzen, die Schaffung von Ionengradienten, die Aufrechterhaltung des geeigneten pH-Werts und der Ionenkonzentration in der Zelle, die für den Betrieb notwendig sind zelluläre Enzyme.

Partikel, die aus irgendeinem Grund die Phospholipid-Doppelschicht nicht passieren können (z. B. aufgrund hydrophiler Eigenschaften, da die Membran innen hydrophob ist und hydrophile Substanzen nicht passieren lässt, oder aufgrund ihrer Größe), aber für die notwendig sind Zelle, können durch spezielle Trägerproteine ​​(Transporter) und Kanalproteine ​​oder durch Endozytose die Membran durchdringen.

Beim passiven Transport passieren Substanzen die Lipiddoppelschicht ohne Energieaufwand durch Diffusion. Eine Variante dieses Mechanismus ist die erleichterte Diffusion, bei der ein bestimmtes Molekül einer Substanz hilft, die Membran zu passieren. Dieses Molekül kann einen Kanal haben, der nur eine Art von Substanz passieren lässt.

Aktiver Transport erfordert Energie, da er gegen einen Konzentrationsgradienten erfolgt. Auf der Membran befinden sich spezielle Pumpproteine, darunter die ATPase, die aktiv Kaliumionen (K+) in die Zelle pumpt und Natriumionen (Na+) aus ihr herauspumpt.

• matrix - bietet eine bestimmte relative Position und Ausrichtung von Membranproteinen, deren optimale Wechselwirkung;

• mechanisch - gewährleistet die Autonomie der Zelle, ihre intrazellulären Strukturen sowie die Verbindung mit anderen Zellen (in Geweben). Zellwände spielen eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung mechanischer Funktionen und bei Tieren - Interzellularsubstanz.

• Energie - während der Photosynthese in Chloroplasten und der Zellatmung in Mitochondrien arbeiten Energieübertragungssysteme in ihren Membranen, an denen auch Proteine ​​​​beteiligt sind;

• Rezeptor - einige Proteine, die in der Membran sitzen, sind Rezeptoren (Moleküle, mit denen die Zelle bestimmte Signale wahrnimmt).

Beispielsweise wirken im Blut zirkulierende Hormone nur auf Zielzellen, die Rezeptoren haben, die diesen Hormonen entsprechen. Neurotransmitter (Chemikalien, die Nervenimpulse leiten) binden auch an spezifische Rezeptorproteine ​​auf Zielzellen.

• enzymatisch - Membranproteine ​​sind oft Enzyme. Beispielsweise enthalten die Plasmamembranen von Darmepithelzellen Verdauungsenzyme.

• Umsetzung der Erzeugung und Weiterleitung von Biopotentialen.

Mit Hilfe der Membran wird in der Zelle eine konstante Ionenkonzentration aufrechterhalten: Die Konzentration des K + -Ions innerhalb der Zelle ist viel höher als außerhalb und die Konzentration von Na + ist viel niedriger, was sehr wichtig ist dies hält die Potentialdifferenz über der Membran aufrecht und erzeugt einen Nervenimpuls.

• Zellmarkierung – auf der Membran befinden sich Antigene, die als Marker fungieren – „Etiketten“, mit denen die Zelle identifiziert werden kann. Dies sind Glykoproteine ​​(d. h. Proteine ​​mit daran befestigten verzweigten Oligosaccharid-Seitenketten), die die Rolle von "Antennen" spielen. Aufgrund der unzähligen Seitenkettenkonfigurationen ist es möglich, für jeden Zelltyp einen spezifischen Marker herzustellen. Mithilfe von Markern können Zellen andere Zellen erkennen und mit ihnen zusammenarbeiten, beispielsweise bei der Bildung von Organen und Geweben. Es ermöglicht dem Immunsystem auch, fremde Antigene zu erkennen.

Struktur und Zusammensetzung von Biomembranen

Membranen bestehen aus drei Klassen von Lipiden: Phospholipiden, Glykolipiden und Cholesterin. Phospholipide und Glykolipide (Lipide mit daran gebundenen Kohlenhydraten) bestehen aus zwei langen hydrophoben Kohlenwasserstoff-"Schwänzen", die mit einem geladenen hydrophilen "Kopf" verbunden sind. Cholesterin versteift die Membran, indem es den freien Raum zwischen den hydrophoben Lipidschwänzen einnimmt und verhindert, dass sie sich biegen. Daher sind Membranen mit niedrigem Cholesteringehalt flexibler, während solche mit hohem Cholesteringehalt steifer und spröder sind. Cholesterin dient auch als „Stopper“, der die Bewegung polarer Moleküle aus und in die Zelle verhindert. Ein wichtiger Teil der Membran besteht aus Proteinen, die sie durchdringen und für verschiedene Eigenschaften von Membranen verantwortlich sind. Ihre Zusammensetzung und Orientierung in verschiedenen Membranen unterscheiden sich.

Zellmembranen sind oft asymmetrisch, das heißt, die Schichten unterscheiden sich in der Lipidzusammensetzung, dem Übergang eines einzelnen Moleküls von einer Schicht zur anderen (sog Flip Flops) ist schwierig.

Membranorganellen

Dies sind geschlossene einzelne oder miteinander verbundene Abschnitte des Zytoplasmas, die durch Membranen vom Hyaloplasma getrennt sind. Einzelmembranorganellen umfassen das endoplasmatische Retikulum, den Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen, Peroxisomen; zu Zweimembran - Kern, Mitochondrien, Plastiden. Nach außen wird die Zelle durch die sogenannte Plasmamembran begrenzt. Die Struktur der Membranen verschiedener Organellen unterscheidet sich in der Zusammensetzung von Lipiden und Membranproteinen.

Gezielte Durchlässigkeit

Zellmembranen haben eine selektive Permeabilität: Glukose, Aminosäuren, Fettsäuren, Glycerin und Ionen diffundieren langsam durch sie, und die Membranen selbst regulieren diesen Prozess bis zu einem gewissen Grad aktiv - einige Substanzen passieren, andere nicht. Es gibt vier Hauptmechanismen für den Eintritt von Substanzen in die Zelle oder aus der Zelle heraus: Diffusion, Osmose, aktiver Transport und Exo- oder Endozytose. Die ersten beiden Prozesse sind passiv, d.h. benötigen keine Energiekosten; die letzten beiden sind aktive Prozesse, die mit dem Energieverbrauch verbunden sind.

Die selektive Permeabilität der Membran während des passiven Transports beruht auf speziellen Kanälen - integralen Proteinen. Sie dringen durch und durch in die Membran ein und bilden eine Art Durchgang. Die Elemente K, Na und Cl haben ihre eigenen Kanäle. Entsprechend dem Konzentrationsgradienten bewegen sich die Moleküle dieser Elemente in die Zelle hinein und aus ihr heraus. Bei Reizung öffnen sich Natriumionenkanäle und es erfolgt ein scharfer Eintritt in die Zelle

ZELLE

Zelle ist das wichtigste histologische Element. Die eukaryotische Zelle besteht aus drei Hauptkompartimenten: Plasmamembran, Zellkern und Zytoplasma mit strukturierten Zelleinheiten (Organellen, Einschlüssen). Wichtig für die Organisation von Zellen sind biologische Membranen, die Teil jedes Zellkompartiments und vieler Organellen sind. Zellmembranen haben eine grundsätzlich ähnliche Organisation. Jede Zelle außerhalb wird durch eine Plasmamembran begrenzt.

PLASMATISCHE MEMBRAN

Plasmamembran nach dem Flüssigkeitsmosaikmodell, eine Plasmamembran mit mosaikartiger Anordnung von Proteinen und Lipiden. In der Ebene der Membran sind Proteine ​​seitlich beweglich. Durch Interaktion mit peripheren Proteinen, Elementen des Zytoskeletts, Molekülen in der Membran benachbarter Zellen und Bestandteilen der extrazellulären Substanz werden integrale Proteine ​​in Membranen umverteilt. Hauptfunktionen der Plasmamembran Schlüsselwörter: selektive Permeabilität, interzelluläre Interaktionen, Endozytose, Exozytose.

Chemische Zusammensetzung.

Die Plasmamembran enthält Lipide, Cholesterin, Proteine ​​und Kohlenhydrate.

Lipide(Phospholipide, Sphingolipide, Glykolipide) machen bis zu 45 % der Membranmasse aus.

Phospholipide. Das Phospholipidmolekül besteht aus einem polaren (hydrophilen) Teil (Kopf) und einem apolaren (hydrophoben) doppelten Kohlenwasserstoffschwanz. In der wässrigen Phase aggregieren Phospholipidmoleküle automatisch Schwanz an Schwanz und bilden das Gerüst einer biologischen Membran in Form einer Doppelschicht (Bilayer). Somit sind in der Membran die Schwänze der Phospholipide in die Doppelschicht gerichtet, während die Köpfe nach außen gerichtet sind.

Sphingolipide- Lipide, die eine Base mit einer langen Kette enthalten (Sphingosin oder eine ähnliche Gruppe); Sphingolipide werden in signifikanten Mengen in den Myelinscheiden von Nervenfasern, Schichten des modifizierten Plasmolemma von Schwann-Zellen und Oligodendrogliozyten des Zentralnervensystems gefunden.

Glykolipide– Moleküle von Lipiden, die Oligosaccharide enthalten, die im äußeren Teil der Doppelschicht vorhanden sind und deren Zuckerreste zur Zelloberfläche orientiert sind. Glykolipide machen 5 % der Lipidmoleküle der äußeren Monoschicht aus.

Cholesterin ist nicht nur als Bestandteil biologischer Membranen äußerst wichtig, auf der Basis von Cholesterin werden Steroidhormone synthetisiert - Sexualhormone, Glucocorticoide, Mineralocorticoide.

Eichhörnchen machen mehr als 50 % der Membranmasse aus. Plasmamembranproteine ​​werden in integrale und periphere Proteine ​​unterteilt.

Integrale Membranproteine fest in die Lipiddoppelschicht eingebettet. Beispiele für integrale Membranproteine ​​- Ionenkanalproteine und Rezeptorproteine(Membranrezeptoren). Ein Proteinmolekül, das die gesamte Dicke der Membran durchdringt und sowohl an der Außen- als auch an der Innenfläche aus ihr herausragt - Transmembranprotein.

Periphere Membranproteine (fibrillär und globular) befinden sich auf einer der Oberflächen der Zellmembran (äußere oder innere) und sind nicht-kovalent mit integralen Membranproteinen assoziiert. Beispiele für periphere Membranproteine, die mit der äußeren Oberfläche der Membran assoziiert sind, sind Rezeptor- und Adhäsionsproteine. Beispiele für periphere Membranproteine, die mit der inneren Oberfläche der Membran assoziiert sind, sind Proteine, die mit dem Cytoskelett assoziiert sind (z. B. Dystroglycane, Band 4.1-Protein, Proteinkinase C), Proteine ​​des Second-Messenger-Systems.

Kohlenhydrate(hauptsächlich Oligosaccharide) sind Teil der Glykoproteine ​​und Glykolipide der Membran und machen 2-10% ihrer Masse aus. interagieren mit Kohlenhydraten auf der Zelloberfläche Lektine. Ketten von Oligosacchariden, die kovalent an Glykoproteine ​​und Glykolipide der Flammenmembran gebunden sind, ragen an der äußeren Oberfläche von Zellmembranen hervor und bilden eine 5 nm dicke Oberflächenhülle - Glykokalyx. Glycocalyx ist an den Prozessen der interzellulären Erkennung, der interzellulären Interaktion und der parietalen Verdauung beteiligt.

GEZIELTE DURCHLÄSSIGKEIT

Die selektive Transmembranpermeabilität erhält die zelluläre Homöostase aufrecht, den optimalen Gehalt an Ionen, Wasser, Enzymen und Substraten in der Zelle. Wege zur Umsetzung der selektiven Membranpermeabilität: passiver Transport, erleichterte Diffusion, aktiver Transport. Die hydrophobe Natur des Kerns der Doppelschicht bestimmt die Möglichkeit (oder Unmöglichkeit) des direkten Eindringens verschiedener Substanzen durch die Membran aus physikalisch-chemischer Sicht (hauptsächlich polar und unpolar).

Unpolare Stoffe (z. B. Cholesterin und seine Derivate) ungehindert biologische Membranen durchdringen. Aus diesem Grund erfolgt die Endozytose und Exozytose polarer Verbindungen (z. B. Peptidhormone) mit Hilfe von Membranvesikeln, während die Sekretion von Steroidhormonen ohne Beteiligung solcher Vesikel erfolgt. Aus dem gleichen Grund befinden sich im Zellinneren Rezeptoren für unpolare Moleküle (z. B. Steroidhormone).

polare Substanzen (z. B. Proteine ​​und Ionen) können biologische Membranen nicht passieren. Deshalb werden Rezeptoren für polare Moleküle (z. B. Peptidhormone) in die Plasmamembran eingebaut und die Signalübertragung zu anderen Zellkompartimenten erfolgt über Second Messenger. Aus dem gleichen Grund erfolgt der Transmembrantransfer polarer Verbindungen durch spezielle Systeme, die in biologische Membranen eingebaut sind.

INTERZELLULARE INFORMATIONSINTERAKTIONEN

Die Zelle, die verschiedene Signale wahrnimmt und umwandelt, reagiert auf Veränderungen in ihrer Umgebung. Die Plasmamembran ist der Angriffsort physikalischer (z. B. Lichtquanten in Photorezeptoren), chemischer (z. B. Geschmacks- und Geruchsmoleküle, pH-Wert), mechanischer (z. B. Druck oder Dehnung in Mechanorezeptoren) Umweltreize und Informationssignale ( B. Hormone, Neurotransmitter ) aus der inneren Umgebung des Körpers. Unter Beteiligung des Plasmolemms kommt es zur Erkennung und Aggregation (z. B. interzelluläre Kontakte) sowohl von Nachbarzellen als auch von Zellen mit Bestandteilen der extrazellulären Substanz (z. B. adhäsive Kontakte, gezielte Zellmigration und gerichtetes Wachstum von Axonen in der Neuroontogenese). Informative interzelluläre Interaktionen passen in ein Schema, das die folgende Abfolge von Ereignissen vorsieht:

Signal → Rezeptor → (Second Messenger) → Antwort

Signale. Die Übertragung von Signalen von Zelle zu Zelle erfolgt durch Signalmoleküle (der erste Botenstoff), die in einigen Zellen produziert werden und andere Zellen gezielt beeinflussen - Zielzellen. Die Spezifität der Wirkung von Signalmolekülen wird durch das Vorhandensein in Zielzellen bestimmt Rezeptoren nur ihre eigenen Liganden binden. Alle Signalmoleküle (Liganden) werden je nach physikalisch-chemischer Natur in polare (genauer hydrophil) und apolare (genauer fettlöslich) eingeteilt.

Rezeptoren das an der Zelle ankommende Signal wird registriert und an die zweiten Vermittler übermittelt. Es gibt Membran- und Kernrezeptoren.

Membranrezeptoren - Glykoproteine. Sie kontrollieren die Permeabilität des Plasmolemmas, indem sie die Konformation von Ionenkanalproteinen (z. B. n-cholinerger Rezeptor) ändern, den Eintritt von Molekülen in die Zelle regulieren (z. B. Cholesterin), binden extrazelluläre Substanzmoleküle an Elemente des Zytoskeletts (z , Integrine), registrieren das Vorhandensein von Informationssignalen (zum Beispiel Neurotransmitter , Lichtquanten, Geruchsmoleküle, Antigene, Zytokine, Peptidhormone). Membranrezeptoren registrieren das zur Zelle kommende Signal und leiten es an intrazelluläre chemische Verbindungen weiter, die den endgültigen Effekt vermitteln ( zweite Vermittler). Funktionell werden Membranrezeptoren in katalytische, mit Ionenkanälen assoziierte und durch das G-Protein wirkende Rezeptoren unterteilt.

Kernrezeptoren - Proteinrezeptoren für Steroidhormone (Mineral- und Glukokortikoide, Östrogene, Progesteron, Testosteron), Retinoide, Schilddrüsenhormone, Gallensäuren, Vitamin D 3,. Jeder Rezeptor hat eine Lagantenbindungsregion und eine Stelle, die mit spezifischen DNA-Sequenzen interagiert. Mit anderen Worten, Kernrezeptoren sind Liganden-aktivierte Transkriptionsfaktoren. Im menschlichen Genom gibt es mehr als 30 Kernrezeptoren, deren Liganden sich im Stadium der Identifizierung befinden (Orphan-Rezeptoren).

Extrarezeptor-Signale mit niedrigem Molekulargewicht. Einige niedermolekulare Signale (z. B. Stickoxid und Kohlenmonoxid) wirken auf die Zielzelle und umgehen die Rezeptoren.

Stickoxid (NEIN) - ein gasförmiger Vermittler interzellulärer Wechselwirkungen, wird aus L-Arginin unter Beteiligung des Enzyms NO-Synthase gebildet. In Zielzellen aktiviert es die Guanylatzyklase, was zu einer Erhöhung des Second Messenger-Spiegels führt, c HMF.

Kohlenmonoxid (Kohlenmonoxid, CO). Als Signalmolekül spielt CO eine wichtige Rolle im Immunsystem, im kardiovaskulären und im peripheren Nervensystem.

Zweite Vermittler. Intrazelluläre Signalmoleküle (Second Messenger) übermitteln Informationen von Membranrezeptoren an Effektoren (ausführende Moleküle), die die Reaktion der Zelle auf das Signal vermitteln. Stimuli wie Licht, Geruch, Hormone und andere chemische Signale (Liganden) initiieren die Reaktion der Zielzelle, indem sie den Spiegel der intrazellulären sekundären Botenstoffe in ihr verändern. Die zweiten (intrazellulären) Mediatoren werden durch eine Vielzahl von Verbindungsklassen repräsentiert. Dazu gehören zyklische Nukleotide (cAMP und cGMP), Inosittriphosphat, Diacylglycerin, Ca 2+ .

Antworten der Zielzellen. Zellfunktionen werden auf unterschiedlichen Ebenen der Realisierung genetischer Informationen ausgeführt (z. B. Transkription, posttranslationale Modifikation) und sind äußerst vielfältig (z. B. Änderungen der Funktionsweise, Stimulation oder Unterdrückung von Aktivität, Umprogrammierung von Synthesen usw.). ).

Endozytose.

Endozytose ist die Aufnahme (Internalisierung) von Wasser, Stoffen, Partikeln und Mikroorganismen durch die Zelle. Varianten der Endozytose umfassen Pinozytose, Phagozytose, rezeptorvermittelte Endozytose mit Clathrin-beschichteten Vesikeln und Clathrin-unabhängige Endozytose mit Caveolae.

Pinozytose- der Vorgang der Aufnahme von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen unter Bildung kleiner Bläschen. Pinozytose wird als eine unspezifische Art der Absorption von extrazellulären Flüssigkeiten und darin enthaltenen Substanzen angesehen, wenn ein bestimmter Bereich der Zellmembran eingestülpt wird und eine Grube und dann ein Vesikel bildet, das interzelluläre Flüssigkeit enthält.

Rezeptorvermittelte Endozytose gekennzeichnet durch die Absorption spezifischer Makromoleküle aus der extrazellulären Flüssigkeit, die an spezifische Rezeptoren gebunden sind, die sich im Plasmalemma befinden. Der Ablauf der rezeptorvermittelten Endozytose ist wie folgt: Wechselwirkung des Liganden mit dem Membranrezeptor → Anreicherung des „Ligand-Rezeptor“-Komplexes auf der Oberfläche der umrandeten Fossa → Bildung eines mit Clathrin ausgekleideten Vesikels → Eintauchen in die umrandete Vesikelzelle. Das chemomechanische Protein Dynamin, das GTPase-Aktivität besitzt, bildet am Übergang von Plasmalemma und umrandetem Vesikel das sog. eine molekulare Feder, die, wenn GTP gespalten wird, die Blase vom Plasmalemma begradigt und abstößt. Ebenso nimmt die Zelle Transferrin, Cholesterin zusammen mit LDL und viele andere Moleküle auf.

Clathrin-unabhängige Endozytose. Viele Objekte und Moleküle werden durch Clathrin-unabhängige Endozytose absorbiert, zum Beispiel der Rezeptor des transformierenden Wachstumsfaktors TGFβ, Toxine, Viren usw. Einer der Wege der Clathrin-unabhängigen Endozytose ist die Absorption mit einem Durchmesser von 50-80 nm - Caveolae. ; sind besonders zahlreich in Endothelzellen, wo sie am Transport großer Makromoleküle beteiligt sind.

Phagozytose– Aufnahme von großen Partikeln (z. B. Mikroorganismen oder Zelltrümmer). Die Phagozytose wird von speziellen Zellen durchgeführt - Fresszellen (Makrophagen, Neutrophile). Während der Phagozytose werden große endozytische Vesikel gebildet - Phagosomen. Phagosomen verschmelzen mit Lysosomen, um sich zu bilden Phagolysosomen. Die Phagozytose induziert im Gegensatz zur Pinozytose Signale, die auf Rezeptoren im Plasmolemma von Phagozyten einwirken. Als solche Signale dienen Antikörper, die das phagozytierte Partikel opsonieren.

Exozytose

Exozytose (Sekretion) ist der Prozess, bei dem intrazelluläre sekretorische Vesikel (z. B. synaptische) und sekretorische Granula mit der Plasmamembran verschmelzen und ihr Inhalt aus der Zelle freigesetzt wird. Im Verlauf der Exozytose können folgende aufeinanderfolgende Stadien unterschieden werden: die Bewegung des Vesikels in den subplasmolemmalen Raum, die Herstellung einer Verbindung und (von englisch dock - docking) zur Plasmamembranstelle, die Verschmelzung von Membranen, die Freisetzung des Inhalts der Körner (Vesikel) und Wiederherstellung (Isolierung) der Körnermembran.

Membranvesikel enthalten Stoffe, die aus der Zelle entfernt werden sollen (Sekretion, Exozytose). Solche Vesikel werden im Golgi-Komplex gebildet.

Granulat - sekretorische Vesikel mit elektronendichtem Inhalt, sie kommen in chromaffinen Zellen (Katecholamine), Mastzellen (Histamin) und einigen endokrinen Zellen (Hormone) vor.

Konstitutive und regulierte Sekretion. Der Sekretionsprozess kann spontan und reguliert erfolgen. Ein Teil der Vesikel verschmilzt ständig mit der Zellmembran (konstitutive Sekretion), während sich der andere Teil der Vesikel unter der Plasmamembran ansammelt, aber der Prozess der Fusion des Vesikels und der Membran erfolgt meist nur unter Einwirkung eines Signals häufig aufgrund einer Erhöhung der Ca 2+ -Konzentration im Zytosol (regulierte Exozytose) .

Sekretarten.

Sekretionsarten (merokrin oder ekkrin, apokrin und holokrin) werden später besprochen.

Transzytose– Transport von Makromolekülen durch die Zelle, bei dem schnell und effizient von Endozytose auf Exozytose umgeschaltet wird. Die Transzytose wird normalerweise unter Beteiligung von Caveolae durchgeführt. Caveolae bilden diskrete Trägervesikel, die zwischen den apikalen und basalen Teilen der Zelle wandern und bei jeder Umdrehung einen Trennungs-Fusion-Prozess durchlaufen (Transportkreis). Die Transzytose ist beispielsweise charakteristisch für Endothelzellen, bei denen Makromoleküle durch die Zellen aus dem Lumen des Gefäßes in das Gewebe transportiert werden.

Die Struktur der Zellen lebender Organismen hängt weitgehend davon ab, welche Funktionen sie erfüllen. Es gibt jedoch eine Reihe von Architekturprinzipien, die allen Zellen gemeinsam sind. Insbesondere hat jede Zelle außen eine Hülle, die als Zytoplasma- oder Plasmamembran bezeichnet wird. Es gibt einen anderen Namen - Plasmolemma.

Struktur

Die Plasmamembran besteht aus drei Haupttypen von Molekülen – Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden. In verschiedenen Zelltypen kann das Verhältnis dieser Komponenten variieren.

1972 schlugen die Wissenschaftler Nicholson und Singer ein Flüssigkeitsmosaikmodell der Struktur der Zytoplasmamembran vor. Dieses Modell diente als Antwort auf die Frage nach dem Aufbau der Zellmembran und hat bis heute nicht an Aktualität verloren. Die Essenz des Fluid-Mosaik-Modells ist wie folgt:

1. Lipide sind in zwei Schichten angeordnet und bilden die Basis der Zellwand;
2. Die hydrophilen Enden von Lipidmolekülen sind nach innen gerichtet, während die hydrophoben Enden nach außen gerichtet sind;
3. Im Inneren dieser Struktur befindet sich eine Proteinschicht, die die Lipide wie ein Mosaik durchdringt;
4. Neben Proteinen gibt es hier eine kleine Menge Kohlenhydrate - Hexose;

Dieses biologische System ist sehr mobil. Proteinmoleküle können sich aneinanderreihen, sich auf eine Seite der Lipidschicht konzentrieren oder sich frei bewegen und ihre Position ändern.

Funktionen

Trotz einiger struktureller Unterschiede haben die Plasmolen aller Zellen eine Reihe gemeinsamer Funktionen. Darüber hinaus können sie Eigenschaften aufweisen, die für einen bestimmten Zelltyp hochgradig spezifisch sind. Betrachten wir kurz die allgemeinen Grundfunktionen aller Zellmembranen:

Gezielte Durchlässigkeit

Die Haupteigenschaft der Plasmamembran ist die selektive Permeabilität. Ionen, Aminosäuren, Glycerin und Fettsäuren, Glucose passieren es. Gleichzeitig lässt die Zellmembran einige Substanzen passieren und hält andere zurück.

Es gibt verschiedene Arten von Mechanismen für den Transport von Substanzen durch die Zellmembran:

1. Diffusion;
2. Osmose;
3. Exozytose;
4. Endozytose;

Diffusion und Osmose erfordern keine Energiekosten und werden passiv durchgeführt, die anderen Transportarten sind aktive Prozesse, die Energie verbrauchen.

Diese Eigenschaft der Zellmembran beim passiven Transport ist auf das Vorhandensein spezieller integraler Proteine ​​zurückzuführen. Solche Proteinkanäle dringen in das Plasmalemma ein und bilden darin Passagen. Calcium-, Kalium- und Lor-Ionen bewegen sich entlang solcher Kanäle relativ zum Konzentrationsgradienten.

Transport von Stoffen

Zu den Haupteigenschaften der Plasmamembran gehört auch ihre Fähigkeit, Moleküle verschiedener Substanzen zu transportieren.

Folgende Mechanismen der Stoffübertragung durch das Plasmalemma werden beschrieben:

1. Passiv - Diffusion und Osmose;
2. Aktiv;
3. Transport in Membranverpackung;

Betrachten wir diese Mechanismen genauer.

Passiv

Zu den passiven Transportmitteln gehören Osmose und Diffusion. Diffusion ist die Bewegung von Partikeln entlang eines Konzentrationsgradienten. In diesem Fall wirkt die Zellwand als osmotische Barriere. Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt von der Größe der Moleküle und ihrer Löslichkeit in Lipiden ab. Die Diffusion wiederum kann neutral (mit Übertragung ungeladener Teilchen) oder erleichtert sein, wenn spezielle Transportproteine ​​beteiligt sind.

Osmose ist die Diffusion von Wassermolekülen durch die Zellwand..

Polare Moleküle mit großer Masse werden mithilfe spezieller Proteine ​​transportiert – dieser Vorgang wird als erleichterte Diffusion bezeichnet. Transportproteine ​​durchdringen die Zellmembran und bilden Kanäle. Alle Transportproteine ​​werden in Kanalbildner und Transporter unterteilt. Das Eindringen geladener Teilchen wird durch das Vorhandensein eines Membranpotentials erleichtert.

Aktiv

Der Transport von Stoffen durch die Zellwand gegen einen elektrochemischen Gradienten wird als aktiver Transport bezeichnet. Ein solcher Transport findet immer unter Beteiligung spezieller Proteine ​​statt und erfordert Energie. Transportproteine ​​haben spezielle Stellen, die an die transportierte Substanz binden. Je mehr solcher Seiten, desto schneller und intensiver die Übertragung. Während des Proteintransfers Der Transporter unterliegt reversiblen strukturellen Veränderungen, die es ihm ermöglichen, seine Funktionen zu erfüllen.

In Membranverpackung

Moleküle organischer Substanzen mit großer Masse werden unter Bildung geschlossener Blasen - Vesikel, die die Membran bilden - durch die Membran übertragen.

Eine Besonderheit des vesikulären Transports besteht darin, dass sich die übertragenen Makropartikel nicht mit anderen Zellmolekülen oder ihren Organellen vermischen.

Der Transfer großer Moleküle in die Zelle wird als Endozytose bezeichnet. Die Endozytose wiederum wird in zwei Arten unterteilt - Pinozytose und Phagozytose. In diesem Fall bildet ein Teil der Plasmamembran der Zelle eine Blase um die übertragenen Partikel, die Vakuole genannt wird. Die Größen der Vakuolen während der Pinozytose und Phagozytose weisen signifikante Unterschiede auf.

Bei der Pinozytose kommt es zur Aufnahme von Flüssigkeiten durch die Zelle. Die Phagozytose sorgt für die Aufnahme von großen Partikeln, Fragmenten von Zellorganellen und sogar Mikroorganismen.

Exozytose

Exozytose ist die Entfernung von Substanzen aus der Zelle. In diesem Fall bewegen sich die Vakuolen in Richtung Plasmalemma. Ferner die Wand der Vakuole und das Plasmalemma beginnen zusammenzukleben und dann zu verschmelzen. Stoffe, die in der Vakuole enthalten sind, gelangen in die Umgebung.

Zellen einiger einfacher Organismen haben streng definierte Bereiche, um einen solchen Prozess sicherzustellen.

Sowohl Endozytose als auch Exozytose verlaufen in der Zelle unter Beteiligung der fibrillären Komponenten des Zytoplasmas, die eine enge direkte Verbindung mit der Plasmamembran haben.

Außen ist die Zelle mit einer etwa 6-10 nm dicken Plasmamembran (oder äußeren Zellmembran) bedeckt.

Die Zellmembran ist ein dichter Film aus Proteinen und Lipiden (hauptsächlich Phospholipiden). Lipidmoleküle sind geordnet angeordnet - senkrecht zur Oberfläche, in zwei Schichten, so dass ihre Teile, die intensiv mit Wasser interagieren (hydrophil), nach außen gerichtet sind und die Teile, die gegenüber Wasser inert (hydrophob) sind, nach innen gerichtet sind.

Proteinmoleküle befinden sich in einer nicht kontinuierlichen Schicht auf der Oberfläche des Lipidgerüsts auf beiden Seiten. Einige von ihnen tauchen in die Lipidschicht ein, andere passieren sie und bilden wasserdurchlässige Bereiche. Diese Proteine ​​erfüllen verschiedene Funktionen - einige von ihnen sind Enzyme, andere sind Transportproteine, die an der Übertragung bestimmter Substanzen aus der Umwelt in das Zytoplasma und umgekehrt beteiligt sind.

Grundlegende Funktionen der Zellmembran

Eine der Haupteigenschaften biologischer Membranen ist die selektive Permeabilität (Semipermeabilität)- einige Substanzen passieren sie nur schwer, andere leicht und sogar in höherer Konzentration, so dass bei den meisten Zellen die Konzentration an Na-Ionen im Inneren viel geringer ist als in der Umgebung. Für K-Ionen ist das umgekehrte Verhältnis charakteristisch: Ihre Konzentration innerhalb der Zelle ist höher als außerhalb. Daher neigen Na-Ionen immer dazu, in die Zelle einzudringen, und K-Ionen - nach außen zu gehen. Der Ausgleich der Konzentrationen dieser Ionen wird durch das Vorhandensein eines speziellen Systems in der Membran verhindert, das die Rolle einer Pumpe spielt, die Na-Ionen aus der Zelle herauspumpt und gleichzeitig K-Ionen hineinpumpt.

Der Wunsch der Na-Ionen, sich von außen nach innen zu bewegen, wird genutzt, um Zucker und Aminosäuren in die Zelle zu transportieren. Durch die aktive Entfernung von Na-Ionen aus der Zelle werden Bedingungen für den Eintritt von Glukose und Aminosäuren geschaffen.

In vielen Zellen erfolgt die Aufnahme von Substanzen auch durch Phagozytose und Pinozytose. Bei Phagozytose Die flexible äußere Membran bildet eine kleine Vertiefung, wo das eingefangene Partikel eintritt. Diese Aussparung vergrößert sich, und das Partikel, umgeben von einem Teil der äußeren Membran, taucht in das Zytoplasma der Zelle ein. Das Phänomen der Phagozytose ist charakteristisch für Amöben und einige andere Protozoen sowie Leukozyten (Phagozyten). Ebenso nehmen die Zellen Flüssigkeiten auf, die die für die Zelle notwendigen Substanzen enthalten. Dieses Phänomen wurde genannt Pinozytose.

Die äußeren Membranen verschiedener Zellen unterscheiden sich signifikant sowohl in der chemischen Zusammensetzung ihrer Proteine ​​und Lipide als auch in ihrem relativen Gehalt. Es sind diese Merkmale, die die Vielfalt der physiologischen Aktivität der Membranen verschiedener Zellen und ihre Rolle im Leben von Zellen und Geweben bestimmen.

Das endoplasmatische Retikulum der Zelle ist mit der äußeren Membran verbunden. Mit Hilfe der äußeren Membranen werden verschiedene Arten von interzellulären Kontakten durchgeführt, d.h. Kommunikation zwischen einzelnen Zellen.

Viele Arten von Zellen sind durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von Vorsprüngen, Falten und Mikrovilli auf ihrer Oberfläche gekennzeichnet. Sie tragen sowohl zu einer deutlichen Vergrößerung der Zelloberfläche und einem verbesserten Stoffwechsel bei, als auch zu einer stärkeren Bindung einzelner Zellen untereinander.

Pflanzenzellen haben auf der Außenseite der Zellmembran dicke, im Lichtmikroskop gut sichtbare Membranen, die aus Zellulose (Cellulose) bestehen. Sie bilden eine starke Stütze für Pflanzengewebe (Holz).

Einige Zellen tierischen Ursprungs haben auch eine Reihe äußerer Strukturen, die sich auf der Zellmembran befinden und einen schützenden Charakter haben. Ein Beispiel ist das Chitin der Integumentzellen von Insekten.

Funktionen der Zellmembran (kurz)