A plazmamembrán szerkezete és kémiai összetétele. Sejt és sejtmembrán

A plazmamembrán különleges helyet foglal el, mivel kívülről korlátozza a sejtet, és közvetlenül kapcsolódik az extracelluláris környezethez. Körülbelül 10 nm vastag, és a sejtmembránok közül a legvastagabb. A fő összetevők a fehérjék (több mint 60%), a lipidek (körülbelül 40%) és a szénhidrátok (körülbelül 1%). Mint minden más sejtmembrán, ez is az EPS csatornákban szintetizálódik.

A plazmalemma funkciói.

Szállítás.

A plazmamembrán félig áteresztő, azaz. szelektíven különböző molekulák haladnak át rajta különböző sebességgel. Az anyagok membránon keresztül történő szállításának két módja van: passzív és aktív közlekedés.

Passzív szállítás. A passzív transzport vagy diffúzió nem igényel energiát. A töltetlen molekulák a koncentráció gradiens mentén diffundálnak, a töltött molekulák transzportja a hidrogén protonok koncentrációgradiensétől és a transzmembrán potenciálkülönbségtől függ, amelyek elektrokémiai proton gradienssé egyesülnek. A membrán belső citoplazmatikus felülete általában negatív töltést hordoz, ami megkönnyíti a pozitív töltésű ionok behatolását a sejtbe. Kétféle diffúzió létezik: egyszerű és könnyített.

Az egyszerű diffúzió jellemző a kisméretű semleges molekulákra (H 2 O, CO 2, O 2), valamint a hidrofób kis molekulatömegű szerves anyagokra. Ezek a molekulák anélkül, hogy kölcsönhatásba lépnének a membránfehérjékkel a membrán pórusain vagy csatornáin, mindaddig, amíg a koncentrációgradiens fennmarad.

A facilitált diffúzió azokra a hidrofil molekulákra jellemző, amelyek szintén koncentrációgradiens mentén, de speciális membránhordozó fehérjék segítségével jutnak át a membránon elvileg. uniport.

A facilitált diffúzió rendkívül szelektív, mivel a hordozófehérje a szállított anyaggal komplementer kötőközponttal rendelkezik, és az átvitelt a fehérje konformációs változásai kísérik. A könnyített diffúzió egyik lehetséges mechanizmusa a következő: egy transzportfehérje (transzlokáz) megköt egy anyagot, majd megközelíti a membrán ellenkező oldalát, ezt az anyagot felszabadítja, felveszi eredeti konformációját, és ismét készen áll a transzport funkció ellátására. Keveset tudunk arról, hogy maga a fehérje mozgása hogyan történik. A transzfer másik lehetséges mechanizmusa több hordozófehérje részvételét foglalja magában. Ebben az esetben maga a kezdetben megkötött vegyület átjut egyik fehérjéből a másikba, szekvenciálisan kötődik egyik vagy másik fehérjéhez, amíg a membrán ellenkező oldalára kerül.

aktiv szállitás. Ez a transzport akkor következik be, amikor az átvitel koncentrációgradiens ellenében történik. Ez megköveteli a sejt energiafelhasználását. Az aktív transzport az anyagok sejten belüli felhalmozódására szolgál. Az energiaforrás gyakran az ATP. Az aktív transzporthoz az energiaforrás mellett a membránfehérjék részvétele is szükséges. Az állati sejt egyik aktív transzportrendszere a Na- és K+-ionok sejtmembránon való átviteléért felelős. Ezt a rendszert ún Na + - K*-szivattyú. Felelős az intracelluláris környezet összetételének fenntartásáért, amelyben a K + ionok koncentrációja magasabb, mint a Na * ionoké.

Mindkét ion koncentráció-gradiensét úgy tartják fenn, hogy a K+-t a sejten belül, a Na+-t pedig kívülre juttatjuk. Mindkét transzport koncentráció gradiens ellenében történik. Az ionok ezen eloszlása ​​határozza meg a sejtek víztartalmát, az ideg- és izomsejtek ingerlékenységét, valamint a normál sejtek egyéb tulajdonságait. A Na + -K + -pumpa egy fehérje - transzport ATPáz. Ennek az enzimnek a molekulája egy oligomer, és áthatol a membránon. A pumpa teljes ciklusa során a sejtből 3 Na + ion kerül át a sejtközötti anyagba, és 2 K + ion ellentétes irányban, miközben az ATP molekula energiáját hasznosítják. Léteznek szállítórendszerek a kalciumionok (Ca 2+ -ATPáz), protonpumpák (H + -ATPáz) stb.

Egy anyag membránon keresztül történő aktív transzportját, amelyet egy másik anyag koncentráció-gradiensének energiája okoz, nevezünk symport. A transzport ATPáz ebben az esetben mindkét anyaghoz rendelkezik kötőhelyekkel. Antiport az anyag mozgása a koncentráció gradiensével szemben. Ebben az esetben a másik anyag az ellenkező irányba mozog a koncentrációgradiense mentén. A szimport és antiport (kotranszport) az aminosavak bélből történő felszívódása és a glükóz primer vizeletből történő visszaszívása során léphet fel, a Na +, K + -ATPáz által létrehozott Na + ionok koncentrációgradiensének energiájával.

A transzport másik két típusa az endocitózis és az exocitózis.

Endocitózis- nagy részecskék befogása a sejt által. Az endocitózisnak többféle módja van: pinocitózis és fagocitózis. Általában alatta pinocitózisértse a folyékony kolloid részecskék sejt általi befogását, alatt fagocitózis- vértestek befogása (sűrűbb és nagyobb részecskék egészen más sejtekig). A pino- és fagocitózis mechanizmusa eltérő.

Általában a szilárd részecskék vagy folyadékcseppek kívülről a sejtbe jutását heterofágiának nevezik. Ez a folyamat a legelterjedtebb a protozoákban, de nagyon fontos az emberben (valamint más emlősökben is). A heterofágia jelentős szerepet játszik a szervezet védelmében (szegmentált neutrofilek - granulociták; makrofagociták), a csontszövet (oszteoklasztok) átstrukturálásában, a pajzsmirigy tüszők általi tiroxin képződésében, a fehérje és más makromolekulák reabszorpciójában a proximális nefronban és egyéb folyamatokban.

Pinocitózis.

Ahhoz, hogy a külső molekulák bejussanak a sejtbe, először a glikokalix receptorokhoz (a membrán felületi fehérjéihez kapcsolódó molekulák halmazához) kell megkötniük őket (ábra).

Az ilyen kötődés helyén a plazmalemma alatt klatrin fehérje molekulák találhatók. A plazmalemma a kívülről kapcsolódó és a citoplazmából származó klatrinnal bélelt molekulákkal együtt behatolni kezd. Az invagináció mélyebbé válik, szélei közelednek, majd bezáródnak. Ennek eredményeként egy buborék válik le a plazmalemmáról, amely a csapdába esett molekulákat hordozza. A klatrin a felületén egyenetlen határnak tűnik az elektronmikroszkópos fényképeken, ezért az ilyen buborékokat szegélyezettnek nevezik.

A klatrin megakadályozza, hogy a hólyagok az intracelluláris membránokhoz tapadjanak. Ezért a szegélyezett vezikulák szabadon szállíthatók a sejtben a citoplazma azon területeire, ahol a tartalmukat fel kell használni. Így különösen a szteroid hormonok kerülnek a sejtmagba. A rendszerint szegélyezett vezikulák azonban röviddel a plazmalemmáról való leválás után leválják határukat. A klatrin átkerül a plazmalemmába, és ismét részt vehet az endocitózisos reakciókban.

A sejt felszínén a citoplazmában több állandó hólyag - endoszómák találhatók. A szegélyezett hólyagok klatrint bocsátanak ki, és endoszómákkal egyesülnek, növelve az endoszómák térfogatát és felületét. Ezután az endoszómák fölösleges része egy új vezikula formájában hasad le, amelyben nincsenek olyan anyagok, amelyek bejutottak a sejtbe, azok az endoszómában maradnak. Az új vezikula a sejtfelszínre jut, és összeolvad a membránnal. Ennek eredményeként helyreáll a plazmalemma csökkenése, amely a szegélyezett vezikula leszakadásakor következett be, és receptorai is visszatérnek a plazmalemmába.

Az endoszómák besüllyednek a citoplazmába, és egyesülnek a lizoszóma membránokkal. Az ilyen másodlagos lizoszómák belsejében bejövő anyagok különféle biokémiai átalakulásokon mennek keresztül. A folyamat befejeztével a lizoszóma membrán töredékekre bomlik, és a bomlástermékek és a lizoszóma tartalma az intracelluláris anyagcsere-reakciók számára elérhetővé válik. Például az aminosavakat a tRNS köti meg és juttatja el a riboszómákhoz, míg a glükóz bejuthat a Golgi komplexbe vagy az agranuláris ER tubulusaiba.

Bár az endoszómáknak nincs klatrin határa, nem mindegyik fuzionál a lizoszómákkal. Némelyikük egyik sejtfelületről a másikra irányul (ha a sejtek hámréteget alkotnak). Ott az endoszóma membrán összeolvad a plazmamembránnal, és a tartalom kilökődik. Ennek eredményeként az anyagok változás nélkül kerülnek át a sejten keresztül egyik környezetből a másikba. Ezt a folyamatot ún transzcitózis. A fehérjemolekulák, különösen az immunglobulinok transzcitózissal is átvihetők.

Fagocitózis.

Ha egy nagy részecske felületén olyan molekuláris csoportok vannak, amelyeket a sejtreceptorok felismernek, akkor megköti. Messze nem mindig, hogy maguk az idegen részecskék is rendelkeznek ilyen csoportosulásokkal. A szervezetbe jutva azonban immunglobulin molekulák (opszoninok) veszik körül őket, amelyek mindig megtalálhatók mind a vérben, mind az intercelluláris környezetben. Az immunglobulinokat a fagocitasejtek mindig felismerik.

Miután az idegen részecskét borító opszoninok a fagocita receptoraihoz kötődtek, aktiválódik annak felületi komplexe. Az aktin mikrofilamentumok kölcsönhatásba lépnek a miozinnal, és megváltozik a sejtfelszín konfigurációja. A fagocita citoplazmájának kinövései a részecske körül terjednek. Befedik a részecske felületét, és fölötte egyesülnek. A kinövések külső lapjai összeolvadnak, lezárva a sejt felszínét.

A kinövések mély lapjai membránt képeznek az elnyelt részecske körül - képződik fagoszóma. A fagoszóma összeolvad a lizoszómákkal, így a komplexük - heterolizoszóma (heteroszóma, vagy fagolizoszóma). Ebben megtörténik a részecske csapdába esett komponenseinek lízise. A lízistermékek egy részét eltávolítják a heteroszómából, és a sejt hasznosítja, míg mások nem érzékenyek a lizoszómális enzimek hatására. Ezek a maradékok maradék testeket alkotnak.

Potenciálisan minden sejt képes fagocitózisra, de a szervezetben csak néhány specializálódott erre az irányba. Ezek neutrofil leukociták és makrofágok.

Exocitózis.

Ez az anyagok eltávolítása a sejtből. Először is, a makromolekuláris vegyületek a Golgi-komplexben transzportvezikulák formájában különülnek el. Ez utóbbiak mikrotubulusok részvételével a sejtfelszínre irányulnak. A vezikula membránja beépül a plazmalemmába, a vezikula tartalma a sejten kívül van (ábra) A vezikula összeolvadása a plazmalemmával minden további jel nélkül megtörténhet. Ezt az exocitózist nevezik alkotó.Így kerül ki a sejtekből a saját anyagcsere termékeinek nagy része. Számos sejt azonban speciális vegyületek szintézisére szolgál - olyan titkok, amelyeket a test más részein használnak fel. Ahhoz, hogy a titkot tartalmazó transzportbuborék összeolvadjon a plazmalemmával, kívülről érkező jelekre van szükség. Csak ezután fog megtörténni az összeolvadás és a titok felszabadítása. Ezt az exocitózist nevezik szabályozott. A váladék kiválasztását elősegítő jelzőmolekulákat ún liberinek (felszabadító faktorok),és azok, amelyek megakadályozzák az eltávolítást - sztatinok.

receptor funkciókat.

Főleg a plazmalemma felszínén található glikoproteinek biztosítják őket, amelyek képesek kötődni ligandumaikhoz. A ligandum úgy felel meg a receptorának, mint egy zár kulcsa. A ligandum kötődése a receptorhoz változást okoz a polipeptid konformációjában. A transzmembrán fehérje ilyen változásával üzenet jön létre az extracelluláris és az intracelluláris környezet között.

típusú receptorok.

A fehérjeioncsatornákhoz kapcsolódó receptorok. Kölcsönhatásba lépnek egy jelmolekulával, amely ideiglenesen megnyitja vagy bezárja az ionok áthaladásának csatornáját. (Például az acetilkolin neurotranszmitter receptor egy 5 alegységből álló fehérje, amelyek ioncsatornát képeznek. Acetilkolin hiányában a csatorna zárva van, majd a csatlakozás után kinyílik és átengedi a nátriumionokat).

katalitikus receptorok. Egy extracelluláris részből (maga a receptor) és egy intracelluláris citoplazmatikus részből állnak, amely prolinkináz enzimként működik (például növekedési hormon receptorok).

A G-fehérjékhez kapcsolódó receptorok. Ezek transzmembrán fehérjék, amelyek egy ligandumokkal kölcsönhatásba lépő receptorból és egy G-proteinből (guanozin-trifoszfáttal rokon szabályozó fehérjéből) állnak, amely jelet továbbít egy membránhoz kötött enzimnek (adenilát-cikláznak) vagy egy ioncsatornának. Ennek eredményeként a ciklikus AMP vagy kalciumionok aktiválódnak. (Így működik az adenilát-cikláz rendszer. Például a májsejtekben található az inzulin hormon receptora. A receptor szupracelluláris része kötődik az inzulinhoz. Ez az intracelluláris rész, az adenilát-cikláz enzim aktiválódását idézi elő. Ciklikus AMP-t szintetizál az ATP-ből, amely szabályozza a különböző intracelluláris folyamatok sebességét, ami ezek vagy más metabolikus enzimek aktiválását vagy gátlását okozza.

Fizikai tényezőket észlelő receptorok. Például a rodopszin fotoreceptor fehérje. Amikor a fény elnyelődik, megváltoztatja konformációját, és idegimpulzust gerjeszt.

plazma membrán

A sejtmembrán képe. A kis kék és fehér golyók a lipidek hidrofil „fejeinek”, a hozzájuk kapcsolódó vonalak pedig a hidrofób „faroknak” felelnek meg. Az ábrán csak integrált membránfehérjék láthatók (vörös gömböcskék és sárga hélixek). Sárga ovális pöttyök a membránon belül - koleszterin molekulák Sárgászöld gyöngyláncok a membrán külső oldalán - oligoszacharid láncok, amelyek a glikokalixot alkotják

A biológiai membrán különféle fehérjéket is tartalmaz: integrált (áthatol a membránon), félig integrált (egyik végén a külső vagy belső lipidrétegbe merítve), felületi (a membrán külső oldalán vagy a belső oldalai mellett található). Egyes fehérjék a sejtmembrán érintkezési pontjai a sejten belüli citoszkeletonnal, kívül pedig a sejtfal (ha van ilyen). Az integrált fehérjék egy része ioncsatornaként, különféle transzporterként és receptorként funkcionál.

A biomembránok funkciói

• barrier - szabályozott, szelektív, passzív és aktív anyagcserét biztosít a környezettel. Például a peroxiszóma membrán megvédi a citoplazmát a sejtre veszélyes peroxidoktól. A szelektív permeabilitás azt jelenti, hogy a membrán különböző atomok vagy molekulák permeabilitása méretüktől, elektromos töltésüktől és kémiai tulajdonságaiktól függ. A szelektív permeabilitás biztosítja a sejt és a sejtkompartmentek elválasztását a környezettől és a szükséges anyagokkal való ellátást.

• transzport - a membránon keresztül anyagok szállítása történik a sejtbe és a sejtből kifelé. A membránokon keresztül történő szállítás biztosítja: a tápanyagok szállítását, az anyagcsere végtermékeinek eltávolítását, a különböző anyagok kiválasztását, az ionos gradiensek létrehozását, a megfelelő pH és ionkoncentráció fenntartását a sejtben, amelyek szükségesek a sejt működéséhez. sejtenzimek.

Olyan részecskék, amelyek valamilyen okból nem képesek átjutni a foszfolipid kettősrétegen (például hidrofil tulajdonságai miatt, mivel a membrán belül hidrofób és nem engedi át a hidrofil anyagokat, vagy nagy méretük miatt), de szükségesek a sejt, speciális hordozófehérjéken (transzportereken) és csatornafehérjéken keresztül vagy endocitózissal áthatolhat a membránon.

A passzív transzport során az anyagok energiafelhasználás nélkül, diffúzió útján átjutnak a lipid kettős rétegen. Ennek a mechanizmusnak egy változata a megkönnyített diffúzió, amelyben egy adott molekula segíti az anyag átjutását a membránon. Ennek a molekulának lehet egy csatornája, amelyen csak egyfajta anyag jut át.

Az aktív transzport energiát igényel, mivel koncentrációgradiens ellenében történik. A membránon speciális pumpás fehérjék találhatók, köztük az ATPáz, amely aktívan pumpálja a káliumionokat (K +) a sejtbe, és nátriumionokat (Na +) pumpál ki belőle.

• mátrix - biztosítja a membránfehérjék bizonyos relatív helyzetét és orientációját, optimális kölcsönhatásukat;

• mechanikus - biztosítja a sejt autonómiáját, intracelluláris struktúráit, valamint a kapcsolatot más sejtekkel (a szövetekben). A sejtfalak fontos szerepet játszanak a mechanikai funkció biztosításában, az állatokban pedig az intercelluláris anyag.

• energia - a kloroplasztiszokban a fotoszintézis és a mitokondriumokban a sejtlégzés során membránjaikban energiatranszfer rendszerek működnek, amelyekben fehérjék is részt vesznek;

• receptor - a membránban ülő egyes fehérjék receptorok (molekulák, amelyekkel a sejt bizonyos jeleket érzékel).

Például a vérben keringő hormonok csak azokra a célsejtekre hatnak, amelyeknek a hormonoknak megfelelő receptorai vannak. A neurotranszmitterek (az idegimpulzusokat vezető vegyszerek) a célsejtek specifikus receptorfehérjéihez is kötődnek.

• enzimatikus - a membránfehérjék gyakran enzimek. Például a bélhámsejtek plazmamembránjai emésztőenzimeket tartalmaznak.

• a biopotenciálok generálásának és vezetésének megvalósítása.

A membrán segítségével a sejtben állandó ionkoncentrációt tartanak fenn: a sejten belül a K + ion koncentrációja sokkal magasabb, mint a külső, a Na + koncentrációja pedig sokkal alacsonyabb, ami nagyon fontos, hiszen ez fenntartja a potenciálkülönbséget a membránon keresztül, és idegimpulzust generál.

• sejtjelölés - a membránon antigének vannak, amelyek markerként működnek - "címkék", amelyek lehetővé teszik a sejt azonosítását. Ezek glikoproteinek (vagyis olyan fehérjék, amelyekhez elágazó oligoszacharid oldalláncok kapcsolódnak), amelyek az "antennák" szerepét töltik be. A számtalan oldallánc-konfigurációnak köszönhetően minden sejttípushoz külön markert lehet készíteni. A markerek segítségével a sejtek felismerhetnek más sejteket, és együtt tudnak működni velük, például szervek és szövetek kialakításakor. Lehetővé teszi az immunrendszer számára az idegen antigének felismerését is.

A biomembránok szerkezete és összetétele

A membránok három lipidosztályból állnak: foszfolipidek, glikolipidek és koleszterin. A foszfolipidek és glikolipidek (lipidek szénhidrátokkal) két hosszú hidrofób szénhidrogén "farokból" állnak, amelyek egy töltött hidrofil "fejhez" kapcsolódnak. A koleszterin merevíti a membránt azáltal, hogy elfoglalja a hidrofób lipidfarok közötti szabad teret, és megakadályozza azok meghajlását. Ezért az alacsony koleszterintartalmú membránok rugalmasabbak, míg a magas koleszterintartalmú membránok merevebbek és törékenyebbek. A koleszterin „záróként” is szolgál, amely megakadályozza, hogy a poláris molekulák a sejtből és a sejtbe bejussanak. A membrán fontos részét a behatoló fehérjék alkotják, amelyek a membránok különféle tulajdonságaiért felelősek. Összetételük és orientációjuk a különböző membránokban eltérő.

A sejtmembránok gyakran aszimmetrikusak, vagyis a rétegek lipidösszetételében különböznek egymástól, az egyes molekulák egyik rétegből a másikba való átmenete (ún. strand papucs) nehéz.

Membránszervecskék

Ezek a citoplazma zárt egyetlen vagy egymással összefüggő szakaszai, amelyeket membránok választanak el a hialoplazmától. Az egymembrán organellumok közé tartozik az endoplazmatikus retikulum, Golgi-készülék, lizoszómák, vakuolák, peroxiszómák; két membránra - mag, mitokondriumok, plasztidok. Kívül a sejtet az úgynevezett plazmamembrán korlátozza. A különböző organellumok membránjainak szerkezete különbözik a lipidek és a membránfehérjék összetételében.

Szelektív permeabilitás

A sejtmembránok szelektív permeabilitással rendelkeznek: a glükóz, aminosavak, zsírsavak, glicerin és ionok lassan diffundálnak rajtuk, és maguk a membránok bizonyos mértékig aktívan szabályozzák ezt a folyamatot - egyes anyagok átjutnak, mások nem. Négy fő mechanizmus létezik az anyagoknak a sejtbe vagy a sejtből való kijutására: diffúzió, ozmózis, aktív transzport és exo- vagy endocitózis. Az első két folyamat passzív, azaz. nem igényelnek energiaköltségeket; az utolsó kettő az energiafogyasztással kapcsolatos aktív folyamatok.

A membrán szelektív permeabilitása a passzív transzport során a speciális csatornáknak - integrált fehérjéknek köszönhető. Át- és áthatolnak a membránon, egyfajta átjárót képezve. A K, Na és Cl elemeknek saját csatornái vannak. A koncentráció gradiens tekintetében ezeknek az elemeknek a molekulái a sejtbe és kifelé mozognak. Irritáció esetén a nátriumioncsatornák megnyílnak, és élesen behatol a sejtbe

SEJT

Sejt a fő szövettani elem. Az eukarióta sejt három fő részből áll: plazmamembránból, sejtmagból és citoplazmából strukturált sejtegységekkel (organellumok, zárványok). A sejtek szerveződése szempontjából fontosak a biológiai membránok, amelyek az egyes sejtkompartmentek és számos organellum részét képezik. A sejtmembránok alapvetően hasonló felépítésűek. Minden külső sejtet plazmamembrán korlátoz.

PLAZMATIKUS MEMBRÁN

Plazma membrán a fluid mozaik modell szerint, fehérjék és lipidek mozaik elrendezésű plazmamembránja. A membrán síkjában a fehérjék oldalirányú mobilitást mutatnak. Az integrált fehérjék a perifériás fehérjékkel, a citoszkeleton elemeivel, a szomszédos sejtek membránjában lévő molekulákkal és az extracelluláris anyag komponenseivel való kölcsönhatás következtében újra eloszlanak a membránokban. A plazmamembrán fő funkciói Kulcsszavak: szelektív permeabilitás, intercelluláris kölcsönhatások, endocitózis, exocitózis.

Kémiai összetétel.

A plazmamembrán lipideket, koleszterint, fehérjéket és szénhidrátokat tartalmaz.

Lipidek(foszfolipidek, szfingolipidek, glikolipidek) a membránok tömegének 45%-át teszik ki.

Foszfolipidek. A foszfolipid molekula egy poláris (hidrofil) részből (fejből) és egy apoláris (hidrofób) kettős szénhidrogén-farokból áll. A vizes fázisban a foszfolipidmolekulák automatikusan aggregálódnak, és egy biológiai membrán keretét képezik kettős réteg (kettős réteg) formájában. Így a membránban a foszfolipidek farka a kettős réteg belsejébe irányul, míg a fejek kifelé fordulnak.

szfingolipidek- hosszú láncú bázist (szfingozint vagy hozzá hasonló csoportot) tartalmazó lipidek; A szfingolipidek jelentős mennyiségben találhatók az idegrostok mielinhüvelyében, a Schwann-sejtek módosított plazmolemmáinak rétegeiben és a központi idegrendszer oligodendrogliocitáiban.

Glikolipidek– a kettősréteg külső részében található oligoszacharidokat tartalmazó lipidmolekulák és cukormaradékaik a sejtfelszín felé orientálódnak. A glikolipidek a külső egyrétegű lipidmolekulák 5%-át teszik ki.

Koleszterin Nemcsak a biológiai membránok alkotóelemeként rendkívül fontos, a koleszterin alapján szteroid hormonok szintetizálódnak - nemi hormonok, glükokortikoidok, mineralokortikoidok.

Mókusok a membránok tömegének több mint 50%-át teszik ki. A plazmamembrán fehérjéket integrált és perifériás fehérjékre osztják.

Integrált membránfehérjék szilárdan beágyazódik a lipid kettős rétegbe. Példák integrált membránfehérjékre - ioncsatorna fehérjékés receptor fehérjék(membránreceptorok). A membrán teljes vastagságán áthaladó fehérjemolekula, amely mind a külső, mind a belső felületén kiemelkedik belőle - transzmembrán fehérje.

Perifériás membránfehérjék (fibrilláris és globuláris) a sejtmembrán egyik felületén (külső vagy belső) helyezkednek el, és nem kovalensen kapcsolódnak integrált membránfehérjékhez. A membrán külső felületéhez kapcsolódó perifériás membránfehérjék példái a receptor és az adhéziós fehérjék. A membrán belső felületéhez kapcsolódó perifériás membránfehérjék példái a citoszkeletonhoz kapcsolódó fehérjék (pl. disztroglikánok, 4.1 sáv fehérje, protein kináz C), a második hírvivő rendszer fehérjéi.

Szénhidrát(főleg oligoszacharidok) a membrán glikoproteinek és glikolipideinek részei, tömegének 2-10%-át teszik ki. kölcsönhatásba lépnek a sejtfelszíni szénhidrátokkal lektinek. A lángmembrán glikoproteinekhez és glikolipidjeihez kovalensen kötődő oligoszacharid láncok kinyúlnak a sejtmembránok külső felületén, és 5 nm vastag felületi héjat alkotnak. glikokalix. A glikokalix részt vesz az intercelluláris felismerés, az intercelluláris interakció és a parietális emésztés folyamataiban.

SZELEKTÍV PERMEABILITÁS

A transzmembrán szelektív permeabilitás fenntartja a sejt homeosztázist, a sejt optimális ion-, víz-, enzim- és szubsztráttartalmát. A szelektív membránpermeabilitás megvalósításának módjai: passzív transzport, könnyített diffúzió, aktív transzport. A kettős réteg magjának hidrofób természete meghatározza annak lehetőségét (vagy lehetetlenségét), hogy a különböző anyagok fizikai-kémiai szempontból (elsősorban polárisak és nempolárisak) közvetlenül behatoljanak a membránon.

Nem poláris anyagok (például koleszterin és származékai) szabadon áthatolnak a biológiai membránokon. Emiatt a poláris vegyületek (például peptidhormonok) endocitózisa és exocitózisa membránvezikulák segítségével történik, míg a szteroid hormonok szekréciója az ilyen vezikulák részvétele nélkül történik. Ugyanezen okból a nem poláris molekulák (például a szteroid hormonok) receptorai a sejt belsejében találhatók.

poláris anyagok (pl. fehérjék és ionok) nem tudnak átjutni a biológiai membránokon. Ezért a poláris molekulák (például peptidhormonok) receptorai beépülnek a plazmamembránba, és a jelátvitelt más sejtkompartmentek felé másodlagos hírvivők végzik. Ugyanezen okból a poláris vegyületek transzmembrán transzferét speciális, biológiai membránokba épített rendszerek végzik.

CELLULÁRIS INFORMÁCIÓK KÖLCSÖNHATÁSAI

A sejt különböző jeleket érzékelve és átalakítva reagál a környezetében bekövetkező változásokra. A plazmamembrán fizikai (például fénykvantumok a fotoreceptorokban), kémiai (például íz- és szaglómolekulák, pH), mechanikai (például nyomás vagy nyújtás a mechanoreceptorokban) környezeti ingerek és információs jelek alkalmazási helye. például hormonok, neurotranszmitterek ) a szervezet belső környezetéből. A plazmolemma részvételével mind a szomszédos sejtek, mind az extracelluláris anyag összetevőivel (például adhezív érintkezések, célzott sejtmigráció és az axonok irányított növekedése a neuroontogenezisben) felismerik és aggregálják (például intercelluláris kontaktusok). Az információs intercelluláris interakciók egy olyan sémába illeszkednek, amely a következő eseménysorozatot biztosítja:

Jel → receptor → (második hírvivő) → válasz

Jelek. A jelek sejtről sejtre történő átvitelét egyes sejtekben termelődő, más sejteket specifikusan befolyásoló jelmolekulák (az első hírvivő) végzik. célsejtek. A jelátviteli molekulák hatásának specifitását a célsejtekben való jelenlét határozza meg receptorok csak a saját ligandumaikat kötik meg. Minden jelmolekulát (ligandumot) fizikai-kémiai természetüktől függően poláris (pontosabban hidrofil) és apoláris (pontosabban zsírban oldódó) molekulákra osztanak.

Receptorok a cellába bejövő jelet regisztrálják és továbbítják a második közvetítőknek. Vannak membrán- és nukleáris receptorok.

Membrán receptorok - glikoproteinek. Szabályozzák a plazmolemma permeabilitását az ioncsatorna fehérjék (például n-kolinerg receptor) konformációjának megváltoztatásával, szabályozzák a molekulák sejtbe jutását (például koleszterin), az extracelluláris anyagmolekulákat a citoszkeletális elemekhez kötik (pl. , integrinek), rögzítik az információs jelek jelenlétét (például neurotranszmitterek, fénykvantumok, szaglómolekulák, antigének, citokinek, peptidhormonok). A membránreceptorok regisztrálják a sejtbe érkező jelet, és továbbítják a sejten belüli kémiai vegyületeknek, amelyek közvetítik a végső hatást ( második közvetítők). Funkcionálisan a membránreceptorok katalitikusra oszlanak, ioncsatornákhoz kapcsolódnak és a G-fehérjén keresztül működnek.

Nukleáris receptorok - fehérje receptorok szteroid hormonokhoz (ásványi és glükokortikoidok, ösztrogének, progeszteron, tesztoszteron), retinoidok, pajzsmirigyhormonok, epesavak, D 3 vitamin,. Mindegyik receptor rendelkezik egy lagand-kötő régióval és egy hellyel, amely kölcsönhatásba lép specifikus DNS-szekvenciákkal. Más szavakkal, a nukleáris receptorok ligandum által aktivált transzkripciós faktorok. Az emberi genomban több mint 30 nukleáris receptor található, amelyek ligandumai az azonosítás stádiumában vannak (árva receptorok).

Extrareceptor alacsony molekulatömegű jelek. Egyes kis molekulatömegű jelek (például nitrogén-monoxid és szén-monoxid) hatnak a célsejtre, megkerülve a receptorokat.

Nitrogén oxid (NEM) - az intercelluláris kölcsönhatások gáznemű közvetítője, L-argininből képződik az NO-szintáz enzim részvételével. A célsejtekben aktiválja a guanilát ciklázt, ami a második hírvivő szintjének növekedéséhez vezet, c. HMF.

Szén-monoxid (szén-monoxid, CO). Jelátviteli molekulaként a CO fontos szerepet játszik az immun-, a szív- és érrendszeri és a perifériás idegrendszerben.

Második közvetítők. Az intracelluláris jelzőmolekulák (másodlagos hírvivők) információt továbbítanak a membránreceptoroktól az effektorokhoz (végrehajtó molekulák), amelyek közvetítik a sejt válaszát a jelre. Az olyan ingerek, mint a fény, a szag, a hormonok és más kémiai jelek (ligandumok) úgy indítják el a célsejt válaszát, hogy megváltoztatják az intracelluláris másodlagos hírvivők szintjét. A második (intracelluláris) mediátort a vegyületek számos osztálya képviseli. Ide tartoznak a ciklikus nukleotidok (cAMP és cGMP), inozit-trifoszfát, diacilglicerin, Ca 2+.

Célsejtek válaszai. A sejtfunkciók a genetikai információmegvalósítás különböző szintjein valósulnak meg (például transzkripció, poszttranszlációs módosítás), és rendkívül sokrétűek (például a működési mód változásai, az aktivitás stimulálása vagy elnyomása, a szintézisek átprogramozása stb. ).

ENDOCITÓZIS.

Az endocitózis a víz, anyagok, részecskék és mikroorganizmusok sejt általi abszorpciója (internalizációja). En

pinocitózis- a folyékony és oldott anyagok felszívódásának folyamata kis buborékok képződésével. A pinocitózist az extracelluláris folyadékok és a benne lévő anyagok nem specifikus felszívódásának tekintik, amikor a sejtmembrán egy bizonyos területe behatol, gödröt, majd intercelluláris folyadékot tartalmazó vezikulát képezve.

Receptor által közvetített endocitózis A plazmalemmában elhelyezkedő specifikus receptorok által megkötött specifikus makromolekulák extracelluláris folyadékból való felszívódásával jellemezhető. A receptor által közvetített endocitózis eseménysora a következő: a ligandum kölcsönhatása a membrán receptorral → a „ligandum-receptor” komplex koncentrációja a szegélyezett üreg felszínén → klatrinnal bélelt vezikula kialakulása → bemerülés a membránba. szegélyezett hólyagos sejt. A chemomechanikus protein dinamin, amely GTPáz aktivitással rendelkezik, a plazmalemma és a szegélyezett vezikula találkozásánál alkotja az ún. molekuláris rugó, amely a GTP felhasadásakor kiegyenesíti és taszítja a buborékot a plazmalemmából. Hasonlóképpen, a sejt transzferrint, koleszterint, LDL-t és sok más molekulát vesz fel.

Klatrin-független endocitózis. Sok tárgy és molekula abszorbeálódik a klatrin-független endocitózissal, például a transzformáló növekedési faktor receptor TGFβ, toxinok, vírusok, stb. A klatrin-független endocitózis egyik módja az 50-80 nm átmérőjű abszorpció - caveolae. ; különösen nagy számban fordulnak elő az endothel sejtekben, ahol nagy makromolekulák szállításában vesznek részt.

Fagocitózis– nagy részecskék (pl. mikroorganizmusok vagy sejttörmelékek) felszívódása. A fagocitózist speciális sejtek - fagociták (makrofágok, neutrofilek) végzik. A fagocitózis során nagy endocitikus vezikulák képződnek - fagoszómák. A fagoszómák összeolvadnak a lizoszómákkal és kialakulnak fagolizoszómák. A fagocitózis a pinocitózissal ellentétben olyan jeleket indukál, amelyek a fagociták plazmolemmájában lévő receptorokra hatnak. Ilyen jelként a fagocitált részecskéket opzonáló antitestek szolgálnak.

EXOCITÓZIS

Az exocitózis (szekréció) az a folyamat, amikor az intracelluláris szekréciós vezikulák (például szinaptikus) és a szekréciós szemcsék egyesülnek a plazmamembránnal, és tartalmuk kiszabadul a sejtből. Az exocitózis során a következő egymást követő szakaszok különböztethetők meg: a vezikula mozgása a szubplazmolemális térbe, kapcsolat kialakítása és (az angol dokkból - dokkolás) a plazmamembrán helyével, a membránok összeolvadása, a a szemcse (vezikula) tartalmának felszabadítása és a szemcsemembrán helyreállítása (izolálása).

Membrán hólyagok sejtből eltávolítandó anyagokat tartalmaznak (szekréció, exocitózis). Ilyen hólyagok a Golgi-komplexumban képződnek.

Granulátum - elektronsűrű tartalmú szekréciós vezikulák, jelen vannak a kromaffin sejtekben (katekolaminok), hízósejtekben (hisztamin) és egyes endokrin sejtekben (hormonok).

Konstitív és szabályozott szekréció. A kiválasztási folyamat lehet spontán és szabályozott. A vezikulák egy része folyamatosan egyesül a sejtmembránnal (konstitutív szekréció), míg a hólyagok másik része a plazmamembrán alatt halmozódik fel, de a vezikula és a membrán összeolvadási folyamata csak jel hatására megy végbe, a legtöbb gyakran a citoszol Ca 2+ -koncentrációjának növekedése miatt (szabályozott exocitózis) .

A váladék típusai.

A szekréció típusairól (merokrin vagy ekkrin, apokrin és holokrin) később lesz szó.

Transzcitózis– makromolekulák szállítása a sejten keresztül, melynek során az endocitózisról az exocitózisra gyors és hatékony váltás történik. A transzcitózist általában caveolák részvételével hajtják végre. A caveolák különálló hordozóhólyagokat képeznek, amelyek a sejt apikális és bazális része között haladnak, és minden körben elválasztási-fúziós folyamaton mennek keresztül (transzportkör). A transzcitózis jellemző például az endothelsejtekre, ahol a makromolekulák a sejteken keresztül az ér lumenéből a szövetbe jutnak.

Az élő szervezetek sejtjeinek szerkezete nagyban függ attól, hogy milyen funkciókat látnak el. Vannak azonban olyan építészeti elvek, amelyek minden sejtben közösek. Különösen minden sejtnek van külső héja, amelyet citoplazma- vagy plazmamembránnak neveznek. Van egy másik név - plazmolemma.

Szerkezet

A plazmamembrán három fő típusú molekulából áll - fehérjékből, szénhidrátokból és lipidekből. A különböző típusú sejtekben ezeknek az összetevőknek az aránya változhat.

1972-ben Nicholson és Singer tudósok egy folyadék-mozaik modellt javasoltak a citoplazma membrán szerkezetére. Ez a modell válaszul szolgált a sejtmembrán szerkezetének kérdésére, és a mai napig nem veszítette el jelentőségét. A fluid-mozaik modell lényege a következő:

1. A lipidek két rétegben vannak elrendezve, amelyek a sejtfal alapját képezik;
2. A lipidmolekulák hidrofil végei befelé, míg a hidrofób végei kifelé néznek;
3. Belül ez a szerkezet fehérjeréteggel rendelkezik, amely mozaikszerűen áthatja a lipideket;
4. A fehérjék mellett kis mennyiségű szénhidrát is található itt - hexóz;

Ez a biológiai rendszer rendkívül mozgékony. A fehérjemolekulák sorakozhatnak, fókuszálhatnak a lipidréteg egyik oldalára, vagy szabadon mozoghatnak és megváltoztathatják helyzetüket.

Funkciók

A szerkezeti különbségek ellenére minden sejt plazmolemmjei közös funkciókkal rendelkeznek. Ezen túlmenően olyan jellemzőkkel is rendelkezhetnek, amelyek erősen specifikusak egy adott sejttípusra. Tekintsük röviden az összes sejtmembrán általános alapvető funkcióit:

Szelektív permeabilitás

A plazmamembrán fő tulajdonsága a szelektív permeabilitás. Ionok, aminosavak, glicerin és zsírsavak, glükóz haladnak át rajta. Ugyanakkor a sejtmembrán egyes anyagokat átenged, másokat pedig megtart.

Többféle mechanizmus létezik az anyagok sejtmembránon történő szállítására:

1. diffúzió;
2. Ozmózis;
3. Exocitózis;
4. endocitózis;

A diffúzió és az ozmózis nem igényel energiaköltséget és passzívan történik, a többi szállítási mód aktív, energiát fogyasztó folyamat.

A sejtmembránnak ez a tulajdonsága a passzív transzport során a speciális integrált fehérjék jelenlétének köszönhető. Az ilyen fehérjecsatornák behatolnak a plazmalemmába, és járatokat képeznek benne. A kalcium-, kálium- és lor-ionok ezeken a csatornákon mozognak a koncentrációgradienshez képest.

Anyagok szállítása

A plazmamembrán fő tulajdonságai közé tartozik az is, hogy képes különféle anyagok molekuláit szállítani.

Az anyagoknak a plazmalemmán keresztül történő átvitelének következő mechanizmusait írjuk le:

1. Passzív - diffúzió és ozmózis;
2. Aktív;
3. Szállítás membrános csomagolásban;

Tekintsük ezeket a mechanizmusokat részletesebben.

Passzív

A passzív szállítási módok közé tartozik az ozmózis és a diffúzió. A diffúzió a részecskék koncentráció gradiens mentén történő mozgása. Ebben az esetben a sejtfal ozmotikus gátként működik. A diffúzió sebessége a molekulák méretétől és lipidekben való oldhatóságától függ. A diffúzió pedig lehet semleges (töltetlen részecskék átvitelével), vagy elősegíthető, ha speciális transzportfehérjék vesznek részt.

Az ozmózis a vízmolekulák diffúziója a sejtfalon keresztül..

A nagy tömegű poláris molekulákat speciális fehérjék segítségével szállítják - ezt a folyamatot megkönnyített diffúziónak nevezik. A transzportfehérjék áthatolnak a sejtmembránon és csatornákat képeznek. Minden transzportfehérjét csatorna-képzőre és transzporterre osztanak. A töltött részecskék behatolását elősegíti a membránpotenciál megléte.

Aktív

Az anyagoknak a sejtfalon keresztül történő elektrokémiai gradienssel történő szállítását aktív transzportnak nevezzük. Az ilyen szállítás mindig speciális fehérjék részvételével történik, és energiát igényel. A transzportfehérjéknek speciális helyei vannak, amelyek a szállított anyaghoz kötődnek. Minél több ilyen oldal, annál gyorsabb és intenzívebb az átvitel. A fehérjetranszfer során a transzporter reverzibilis szerkezeti változásokon megy keresztül, ami lehetővé teszi funkcióinak ellátását.

Membrános csomagolásban

A nagy tömegű szerves anyagok molekulái a membránon keresztül kerülnek át a membránt alkotó zárt buborékok - vezikulák - képződésével.

A hólyagos transzport megkülönböztető jellemzője, hogy az átvitt makrorészecskék nem keverednek más sejtmolekulákkal vagy annak organellumáival.

A nagy molekulák sejtbe való bejutását endocitózisnak nevezik. Az endocitózis viszont két típusra oszlik - pinocitózisra és fagocitózisra. Ebben az esetben a sejt plazmamembránjának egy része az átvitt részecskék körül buborékot képez, amelyet vakuólumnak neveznek. A pinocitózis és a fagocitózis során kialakuló vakuolák mérete jelentős eltéréseket mutat.

A pinocitózis folyamatában a sejt folyadékok felszívódása következik be. A fagocitózis biztosítja a nagy részecskék, sejtszervecskék-fragmensek, sőt mikroorganizmusok felszívódását.

Exocitózis

Az exocitózis az anyagok eltávolítása a sejtből. Ebben az esetben a vakuolák a plazmalemma felé mozognak. Továbbá a vakuólum fala és a plazmalemma kezdenek összetapadni, majd összeolvadnak. A vakuólumban lévő anyagok bejutnak a környezetbe.

Néhány egyszerű organizmus sejtjei szigorúan meghatározott területeket kell biztosítani egy ilyen folyamat biztosítására.

Mind az endocitózis, mind az exocitózis a sejtben a citoplazma fibrilláris komponenseinek részvételével megy végbe, amelyek szorosan közvetlen kapcsolatban állnak a plazmamembránnal.

Kívül a sejtet körülbelül 6-10 nm vastag plazmamembrán (vagy külső sejtmembrán) borítja.

A sejtmembrán fehérjékből és lipidekből (főleg foszfolipidekből) álló sűrű film. A lipidmolekulák rendezetten - a felületre merőlegesen - két rétegben helyezkednek el úgy, hogy a vízzel intenzív kölcsönhatásba lépő részeik (hidrofil) kifelé, a vízzel szemben inert részeik (hidrofób) befelé irányulnak.

A fehérjemolekulák a lipidváz felszínén, mindkét oldalon nem folytonos rétegben helyezkednek el. Egy részük belemerül a lipidrétegbe, néhányuk pedig áthalad rajta, vízáteresztő területeket képezve. Ezek a fehérjék különféle funkciókat látnak el - egyesek enzimek, mások transzportfehérjék, amelyek részt vesznek bizonyos anyagok átvitelében a környezetből a citoplazmába és fordítva.

A sejtmembrán alapvető funkciói

A biológiai membránok egyik fő tulajdonsága a szelektív permeabilitás (féligáteresztő képesség)- egyes anyagok nehezen, mások könnyen és akár nagyobb koncentráció felé haladnak át rajtuk Így a legtöbb sejtnél a Na ionok koncentrációja a belsejében jóval alacsonyabb, mint a környezetben. A K-ionokra a fordított arány a jellemző: a sejten belüli koncentrációjuk magasabb, mint kívül. Ezért a Na-ionok mindig hajlamosak bejutni a sejtbe, és a K-ionok - kimenni. Ezen ionok koncentrációjának kiegyenlítését megakadályozza egy speciális rendszer jelenléte a membránban, amely pumpa szerepét tölti be, amely Na-ionokat pumpál ki a sejtből, és egyidejűleg K-iont pumpál be.

A Na-ionok azon vágya, hogy kívülről befelé mozogjanak, cukrokat és aminosavakat szállítanak a sejtbe. A Na-ionok aktív eltávolításával a sejtből megteremtődnek a feltételek a glükóz és az aminosavak bejutásához.

Sok sejtben az anyagok felszívódása fagocitózissal és pinocitózissal is megtörténik. Nál nél fagocitózis a rugalmas külső membrán kis mélyedést képez, ahol a befogott részecske belép. Ez a mélyedés megnövekszik, és a külső membrán egy részével körülvéve a részecske bemerül a sejt citoplazmájába. A fagocitózis jelensége jellemző az amőbára és néhány más protozoára, valamint a leukocitákra (fagocitákra). Hasonlóképpen a sejtek felszívják a sejt számára szükséges anyagokat tartalmazó folyadékokat. Ezt a jelenséget nevezték el pinocitózis.

A különböző sejtek külső membránjai jelentősen eltérnek mind a fehérjék és lipidek kémiai összetételében, mind a relatív tartalmukban. Ezek a tulajdonságok határozzák meg a különböző sejtek membránjainak élettani aktivitásának sokféleségét, valamint a sejtek és szövetek életében betöltött szerepét.

A sejt endoplazmatikus retikuluma a külső membránhoz kapcsolódik. A külső membránok segítségével különféle típusú intercelluláris érintkezések valósulnak meg, pl. kommunikáció az egyes sejtek között.

Sok sejttípusra jellemző, hogy felületükön nagyszámú kiemelkedés, redő, mikrobolyhok találhatók. Hozzájárulnak egyrészt a sejtek felületének jelentős növekedéséhez, másrészt javítják az anyagcserét, valamint az egyes sejtek erősebb kötődését egymáshoz.

A sejtmembrán külső oldalán a növényi sejtek vastag, optikai mikroszkóppal jól látható membránokkal rendelkeznek, amelyek cellulózból (cellulózból) állnak. Erős alátámasztást biztosítanak a növényi szöveteknek (fa).

Néhány állati eredetű sejt számos külső szerkezettel is rendelkezik, amelyek a sejtmembrán tetején helyezkednek el, és védő jellegűek. Ilyen például a rovarok integumentáris sejtjeinek kitinje.

A sejtmembrán funkciói (röviden)