Cell- samoregulirajuća strukturna i funkcionalna jedinica tkiva i organa. Ćelijsku teoriju strukture organa i tkiva razvili su Schleiden i Schwann 1839. godine. Nakon toga, uz pomoć elektronske mikroskopije i ultracentrifugiranja, bilo je moguće razjasniti strukturu svih glavnih organela životinjskih i biljnih ćelija (sl. 1).
Rice. 1. Shema strukture životinjske ćelije
Glavni dijelovi ćelije su citoplazma i jezgro. Svaka ćelija je okružena vrlo tankom membranom koja ograničava njen sadržaj.
Ćelijska membrana se zove plazma membrana i karakterizira ga selektivna propusnost. Ovo svojstvo omogućava da neophodni nutrijenti i hemijski elementi prodru u ćeliju, a višak proizvoda da je napusti. Plazma membrana se sastoji od dva sloja molekula lipida koji sadrže specifične proteine. Glavni membranski lipidi su fosfolipidi. Sadrže fosfor, polarnu glavu i dva nepolarna repa dugolančanih masnih kiselina. Membranski lipidi uključuju holesterol i estere holesterola. U skladu sa tečnim mozaičkim modelom strukture, membrane sadrže inkluzije proteinskih i lipidnih molekula koje se mogu miješati u odnosu na dvosloj. Svaki tip membrane bilo koje životinjske ćelije ima svoj relativno konstantan sastav lipida.
Membranski proteini se prema svojoj strukturi dijele u dvije vrste: integralne i periferne. Periferni proteini se mogu ukloniti iz membrane bez njenog uništavanja. Postoje četiri tipa membranskih proteina: transportni proteini, enzimi, receptori i strukturni proteini. Neki membranski proteini imaju enzimsku aktivnost, drugi vezuju određene tvari i olakšavaju njihov transport u ćeliju. Proteini obezbeđuju nekoliko puteva za kretanje supstanci kroz membrane: formiraju velike pore koje se sastoje od nekoliko proteinskih podjedinica koje omogućavaju molekulima vode i jonima da se kreću između ćelija; formiraju jonske kanale specijalizovane za kretanje određenih vrsta jona kroz membranu pod određenim uslovima. Strukturni proteini su povezani sa unutrašnjim lipidnim slojem i obezbeđuju citoskelet ćelije. Citoskelet pruža mehaničku čvrstoću ćelijskoj membrani. U različitim membranama proteini čine od 20 do 80% mase. Membranski proteini se mogu slobodno kretati u bočnoj ravni.
Membrana također sadrži ugljikohidrate koji se mogu kovalentno vezati za lipide ili proteine. Postoje tri vrste membranskih ugljikohidrata: glikolipidi (gangliozidi), glikoproteini i proteoglikani. Većina membranskih lipida je u tečnom stanju i ima određenu fluidnost, tj. mogućnost kretanja iz jednog područja u drugo. Na vanjskoj strani membrane nalaze se receptorska mjesta koja vezuju različite hormone. Druga specifična područja membrane ne mogu prepoznati i vezati određene proteine i različite biološki aktivne spojeve koji su strani za ove stanice.
Unutrašnji prostor ćelije ispunjen je citoplazmom, u kojoj se odvija većina enzimski katalizovanih reakcija ćelijskog metabolizma. Citoplazma se sastoji od dva sloja: unutrašnjeg, koji se naziva endoplazma, i perifernog, ektoplazme, koji ima visok viskozitet i lišen je granula. Citoplazma sadrži sve komponente ćelije ili organele. Najvažnije od ćelijskih organela su endoplazmatski retikulum, ribozomi, mitohondriji, Golgijev aparat, lizozomi, mikrofilamenti i mikrotubuli, peroksizomi.
Endoplazmatski retikulum je sistem međusobno povezanih kanala i šupljina koji prodiru kroz cijelu citoplazmu. Osigurava transport tvari iz okoline i unutar ćelija. Endoplazmatski retikulum također služi kao depo za intracelularne ione Ca 2+ i služi kao glavno mjesto sinteze lipida u ćeliji.
ribosomi - mikroskopske sferne čestice prečnika 10-25 nm. Ribosomi se slobodno nalaze u citoplazmi ili su pričvršćeni za vanjsku površinu membrana endoplazmatskog retikuluma i nuklearne membrane. Oni stupaju u interakciju sa glasnikom i transportnom RNK, a u njima se odvija sinteza proteina. Oni sintetiziraju proteine koji ulaze u cisterne ili Golgijev aparat, a zatim se oslobađaju van. Ribosomi, koji su slobodno locirani u citoplazmi, sintetiziraju proteine koje koristi sama stanica, a ribozomi povezani s endoplazmatskim retikulumom proizvode protein koji se izlučuje iz stanice. Ribosomi sintetiziraju različite funkcionalne proteine: proteine nosače, enzime, receptore, proteine citoskeleta.
Golgijev aparat formiran sistemom tubula, cisterni i vezikula. Povezan je s endoplazmatskim retikulumom, a biološki aktivne tvari koje ovdje ulaze pohranjuju se u zbijenom obliku u sekretornim vezikulama. Potonji se stalno odvajaju od Golgijevog aparata, transportuju do ćelijske membrane i spajaju se s njom, a tvari sadržane u vezikulama se uklanjaju iz stanice kroz proces egzocitoze.
lizozomi - membranom okružene čestice veličine 0,25-0,8 mikrona. Sadrže brojne enzime uključene u razgradnju proteina, polisaharida, masti, nukleinskih kiselina, bakterija i stanica.
Peroksizomi formirani od glatkog endoplazmatskog retikuluma, podsjećaju na lizozome i sadrže enzime koji katalizuju razgradnju vodikovog peroksida koji se razgrađuje pod utjecajem peroksidaza i katalaze.
Mitohondrije sadrže spoljašnje i unutrašnje membrane i predstavljaju „energetsku stanicu“ ćelije. Mitohondrije su okrugle ili izdužene strukture sa dvostrukom membranom. Unutrašnja membrana formira nabore koji strše u mitohondrije - kriste. U njima se odvija sinteza ATP-a, oksidacija supstrata Krebsovog ciklusa i mnoge biohemijske reakcije. ATP molekule proizvedene u mitohondrijima difundiraju u sve dijelove ćelije. Mitohondrije sadrže malu količinu DNK, RNK i ribozoma, a uz njihovo učešće dolazi do obnove i sinteze novih mitohondrija.
Mikrofilamenti Oni su tanki proteinski filamenti koji se sastoje od miozina i aktina i čine kontraktilni aparat ćelije. Mikrofilamenti su uključeni u formiranje nabora ili izbočina stanične membrane, kao i u kretanju različitih struktura unutar ćelija.
Mikrotubulečine osnovu citoskeleta i obezbeđuju njegovu snagu. Citoskelet daje stanicama njihov karakterističan izgled i oblik i služi kao mjesto za pričvršćivanje unutarćelijskih organela i raznih tijela. U nervnim ćelijama, snopovi mikrotubula su uključeni u transport supstanci od tela ćelije do krajeva aksona. Uz njihovo učešće, mitotičko vreteno funkcioniše tokom deobe ćelije. Oni igraju ulogu motoričkih elemenata u resicama i flagelama kod eukariota.
Core je glavna struktura ćelije, učestvuje u prenošenju naslednih karakteristika i u sintezi proteina. Jezgro je okruženo nuklearnom membranom koja sadrži mnoge nuklearne pore kroz koje se razmjenjuju različite tvari između jezgre i citoplazme. Unutar njega se nalazi nukleol. Utvrđena je važna uloga nukleola u sintezi ribosomske RNK i histonskih proteina. Preostali dijelovi jezgre sadrže kromatin, koji se sastoji od DNK, RNK i niza specifičnih proteina.
Funkcije ćelijske membrane
Stanične membrane igraju ključnu ulogu u regulaciji intracelularnog i međućelijskog metabolizma. Imaju selektivnu propusnost. Njihova specifična struktura omogućava im da obezbede funkcije barijera, transporta i regulacije.
Funkcija barijere manifestira se u ograničavanju prodiranja spojeva otopljenih u vodi kroz membranu. Membrana je nepropusna za velike proteinske molekule i organske anione.
Regulatorna funkcija membrane reguliraju unutarćelijski metabolizam kao odgovor na kemijske, biološke i mehaničke utjecaje. Posebni membranski receptori percipiraju različite utjecaje s naknadnom promjenom aktivnosti enzima.
Transportna funkcija kroz biološke membrane može se provoditi pasivno (difuzija, filtracija, osmoza) ili korištenjem aktivnog transporta.
difuzija - kretanje gasa ili rastvorljive supstance duž koncentracijskog i elektrohemijskog gradijenta. Brzina difuzije ovisi o permeabilnosti stanične membrane, kao i o gradijentu koncentracije za nenabijene čestice, te o električnom i koncentracijskom gradijentu za nabijene čestice. Jednostavna difuzija javlja se kroz lipidni dvosloj ili kroz kanale. Nabijene čestice kreću se prema elektrohemijskom gradijentu, a nenabijene čestice kreću se prema kemijskom gradijentu. Na primjer, kisik, steroidni hormoni, urea, alkohol, itd. prodiru kroz lipidni sloj membrane jednostavnom difuzijom. Kroz kanale se kreću različiti joni i čestice. Ionski kanali su formirani od proteina i dijele se na zatvorene i nepropusne kanale. U zavisnosti od selektivnosti, razlikuje se ionsko selektivne kablove, koji propuštaju samo jedan jon, i kanale koji nemaju selektivnost. Kanali imaju otvor i selektivni filter, a kontrolirani kanali imaju mehanizam za zatvaranje.
Olakšana difuzija - proces u kojem se supstance transportuju kroz membranu pomoću posebnih membranskih transportnih proteina. Na taj način aminokiseline i monosaharidi prodiru u ćeliju. Ova vrsta transporta se odvija veoma brzo.
osmoza - kretanje vode kroz membranu iz rastvora sa nižim u rastvor sa višim osmotskim pritiskom.
aktivni transport - transport tvari protiv gradijenta koncentracije pomoću transportnih ATPaza (jonske pumpe). Ovaj prijenos se događa s utroškom energije.
Na + /K + -, Ca 2+ - i H + -pumpe su više proučavane. Pumpe se nalaze na ćelijskim membranama.
Vrsta aktivnog transporta je endocitoza I egzocitoza. Pomoću ovih mehanizama transportuju se veće supstance (proteini, polisaharidi, nukleinske kiseline) koje se ne mogu transportovati kroz kanale. Ovaj transport je češći u epitelnim stanicama crijeva, bubrežnim tubulima i vaskularnom endotelu.
At Kod endocitoze, stanične membrane stvaraju invaginacije u ćeliji, koje se, kada se oslobode, pretvaraju u vezikule. Tokom egzocitoze, vezikule se sa svojim sadržajem prenose na ćelijsku membranu i stapaju s njom, a sadržaj vezikula se oslobađa u vanćelijsku sredinu.
Struktura i funkcije stanične membrane
Da biste razumjeli procese koji osiguravaju postojanje električnih potencijala u živim stanicama, prvo morate razumjeti strukturu ćelijske membrane i njena svojstva.
Trenutno je najšire prihvaćen model tekućeg mozaika membrane, koji su predložili S. Singer i G. Nicholson 1972. godine. Membrana se zasniva na dvostrukom sloju fosfolipida (dvosloj), čiji su hidrofobni fragmenti molekula uronjene u debljinu membrane, a polarne hidrofilne grupe su orijentirane prema van, one. u okolno vodeno okruženje (slika 2).
Membranski proteini su lokalizirani na površini membrane ili mogu biti ugrađeni na različite dubine u hidrofobnu zonu. Neki proteini pokrivaju membranu, a različite hidrofilne grupe istog proteina nalaze se na obje strane ćelijske membrane. Proteini koji se nalaze u plazma membrani igraju veoma važnu ulogu: učestvuju u formiranju jonskih kanala, imaju ulogu membranskih pumpi i transportera različitih supstanci, a mogu obavljati i funkciju receptora.
Glavne funkcije stanične membrane: barijerna, transportna, regulatorna, katalitička.
Funkcija barijere je da ograniči difuziju jedinjenja rastvorljivih u vodi kroz membranu, što je neophodno za zaštitu ćelija od stranih, toksičnih supstanci i održavanje relativno konstantnog sadržaja različitih supstanci unutar ćelija. Dakle, ćelijska membrana može usporiti difuziju različitih supstanci za 100.000-10.000.000 puta.
Rice. 2. Trodimenzionalni dijagram tečno-mozaičnog modela Singer-Nicholsonove membrane
Prikazani su globularni integralni proteini ugrađeni u lipidni dvosloj. Neki proteini su jonski kanali, drugi (glikoproteini) sadrže bočne lance oligosaharida koji su uključeni u prepoznavanje stanica među sobom iu međućelijskom tkivu. Molekuli holesterola su usko uz fosfolipidne glave i fiksiraju susjedne dijelove "repova". Unutrašnji dijelovi repova molekula fosfolipida nisu ograničeni u svom kretanju i odgovorni su za fluidnost membrane (Bretscher, 1985.)
Membrana sadrži kanale kroz koje prodiru joni. Kanali mogu biti zavisni od napona ili potencijalno nezavisni. Kanali zavisni od napona otvoren kada se razlika potencijala promijeni, i potencijalno nezavisni(hormonski regulisano) otvara se kada receptori stupaju u interakciju sa supstancama. Kanali se mogu otvarati ili zatvarati zahvaljujući vratima. U membranu su ugrađene dvije vrste kapija: aktivacija(duboko u kanalu) i inaktivacija(na površini kanala). Kapija može biti u jednom od tri stanja:
- otvoreno stanje (obe vrste kapija su otvorene);
- zatvoreno stanje (aktivacijska kapija zatvorena);
- stanje inaktivacije (inaktivaciona kapija zatvorena).
Još jedna karakteristična karakteristika membrana je sposobnost selektivnog transporta anorganskih jona, nutrijenata i raznih metaboličkih proizvoda. Postoje sistemi pasivnog i aktivnog transfera (transporta) supstanci. Pasivno transport se odvija kroz jonske kanale sa ili bez pomoći proteina nosača, a njegova pokretačka sila je razlika u elektrohemijskom potencijalu jona između intra- i ekstracelularnog prostora. Selektivnost jonskih kanala određena je njegovim geometrijskim parametrima i hemijskom prirodom grupa koje oblažu zidove kanala i njegovog ušća.
Trenutno su najbolje proučeni kanali koji su selektivno propusni za jone Na+, K+, Ca 2+, kao i za vodu (tzv. akvaporini). Prečnik jonskih kanala, prema različitim studijama, iznosi 0,5-0,7 nm. Kapacitet kanala može varirati; 10 7 - 10 8 jona u sekundi može proći kroz jedan jonski kanal.
Aktivan transport se odvija uz utrošak energije i obavlja se takozvanim jonskim pumpama. Jonske pumpe su molekularne proteinske strukture ugrađene u membranu koje transportuju ione prema višem elektrohemijskom potencijalu.
Pumpe rade koristeći energiju ATP hidrolize. Trenutno, Na+/K+ - ATPaza, Ca 2+ - ATPaza, H + - ATPaza, H + /K + - ATPaza, Mg 2+ - ATPaza, koji osiguravaju kretanje iona Na +, K +, Ca 2+, respektivno , su dobro proučeni, H+, Mg 2+ izolovani ili konjugovani (Na+ i K+; H+ i K+). Molekularni mehanizam aktivnog transporta nije u potpunosti shvaćen.
Biološke membrane.
Termin “membrana” (latinski membrana - koža, film) počeo se koristiti prije više od 100 godina za označavanje granice ćelije koja služi, s jedne strane, kao barijera između sadržaja ćelije i vanjskog okruženja, a s druge, kao polupropusna pregrada kroz koju može proći voda i neke tvari. Međutim, funkcije membrane nisu ograničene na ovo, budući da biološke membrane čine osnovu strukturne organizacije ćelije.
Struktura membrane. Prema ovom modelu, glavna membrana je lipidni dvosloj u kojem su hidrofobni repovi molekula okrenuti prema unutra, a hidrofilne glave prema van. Lipidi su predstavljeni fosfolipidima - derivatima glicerola ili sfingozina. Proteini su povezani sa lipidnim slojem. Integralni (transmembranski) proteini prodiru kroz membranu i čvrsto su povezani s njom; periferne ne prodiru i manje su čvrsto povezane s membranom. Funkcije membranskih proteina: održavanje strukture membrane, primanje i pretvaranje signala iz okoline. okoliš, transport određenih tvari, kataliza reakcija koje se odvijaju na membranama. Debljina membrane kreće se od 6 do 10 nm.
Svojstva membrane:
1. Fluidnost. Membrana nije kruta struktura; većina njenih sastavnih proteina i lipida može se kretati u ravnini membrane.
2. Asimetrija. Sastav vanjskog i unutrašnjeg sloja i proteina i lipida je različit. Osim toga, plazma membrane životinjskih stanica imaju spolja sloj glikoproteina (glikokaliks, koji obavlja signalne i receptorske funkcije, a važan je i za spajanje ćelija u tkiva)
3. Polaritet. Vanjska strana membrane nosi pozitivan naboj, dok unutrašnja strana nosi negativan naboj.
4. Selektivna propusnost. Membrane živih ćelija, pored vode, propuštaju samo određene molekule i jone rastvorenih supstanci.(Upotreba termina „polupropusnost“ u odnosu na ćelijske membrane nije sasvim tačna, jer ovaj koncept implicira da membrana propušta samo molekule rastvarača, zadržavajući sve molekule i ione otopljenih supstanci.)
Vanjska ćelijska membrana (plazmalema) je ultramikroskopski film debljine 7,5 nm, koji se sastoji od proteina, fosfolipida i vode. Elastični film koji se dobro vlaži vodom i brzo vraća svoj integritet nakon oštećenja. Ima univerzalnu strukturu, tipičnu za sve biološke membrane. Granični položaj ove membrane, njeno učešće u procesima selektivne permeabilnosti, pinocitoze, fagocitoze, izlučivanja produkata izlučivanja i sinteze, u interakciji sa susednim ćelijama i zaštiti ćelije od oštećenja čini njenu ulogu izuzetno važnom. Životinjske ćelije izvan membrane ponekad su prekrivene tankim slojem koji se sastoji od polisaharida i proteina - glikokaliksa. U biljnim ćelijama, izvan ćelijske membrane postoji jak ćelijski zid koji stvara spoljnu podršku i održava oblik ćelije. Sastoji se od vlakana (celuloze), polisaharida netopivog u vodi.
Nije tajna da su sva živa bića na našoj planeti sastavljena od ćelija, ovih bezbrojnih "" organskih materija. Ćelije su pak okružene posebnom zaštitnom ljuskom – membranom, koja igra veoma važnu ulogu u životu ćelije, a funkcije ćelijske membrane nisu ograničene samo na zaštitu ćelije, već predstavljaju kompleks mehanizam uključen u reprodukciju, ishranu i regeneraciju ćelije.
Šta je ćelijska membrana
Sama riječ “membrana” s latinskog je prevedena kao “film”, iako membrana nije samo vrsta filma u koji je umotana ćelija, već kombinacija dva filma koja su međusobno povezana i imaju različita svojstva. U stvari, ćelijska membrana je troslojna lipoproteinska (masno-proteinska) membrana koja odvaja svaku ćeliju od susjednih ćelija i okoline, i vrši kontroliranu razmjenu između stanica i okoline, ovo je akademska definicija šta je ćelijska membrana je.
Važnost membrane je jednostavno ogromna, jer ne samo da odvaja jednu ćeliju od druge, već i osigurava interakciju ćelije i sa drugim ćelijama i sa okolinom.
Istorija istraživanja ćelijskih membrana
Važan doprinos proučavanju ćelijske membrane dala su dva njemačka naučnika Gorter i Grendel još 1925. godine. Tada su uspjeli provesti složen biološki eksperiment na crvenim krvnim zrncima - eritrocitima, tokom kojeg su naučnici dobili takozvane "sjene", prazne ljuske eritrocita, koje su slagali u jednu gomilu i mjerili površinu, a također i izračunali količinu lipida u njima. Na osnovu dobijene količine lipida, naučnici su došli do zaključka da se oni upravo nalaze u dvostrukom sloju ćelijske membrane.
Godine 1935. drugi par istraživača ćelijskih membrana, ovaj put Amerikanci Daniel i Dawson, nakon niza dugih eksperimenata, ustanovili su sadržaj proteina u ćelijskoj membrani. Nije bilo drugog načina da se objasni zašto je membrana imala tako visoku površinsku napetost. Naučnici su pametno predstavili model stanične membrane u obliku sendviča, u kojem ulogu kruha imaju homogeni lipidno-proteinski slojevi, a između njih, umjesto ulja, nalazi se praznina.
1950. godine, sa pojavom elektronike, teorija Daniela i Dawsona je potvrđena praktičnim zapažanjima - na mikrosnimcima ćelijske membrane jasno su bili vidljivi slojevi lipidnih i proteinskih glava, kao i prazan prostor između njih.
Američki biolog J. Robertson je 1960. godine razvio teoriju o troslojnoj strukturi ćelijskih membrana, koja se dugo vremena smatrala jedino tačnom, ali su se daljim razvojem nauke počele javljati sumnje u njenu nepogrešivost. Tako bi, na primjer, sa stanovišta, bilo bi teško i radno intenzivno za stanice da transportuju potrebne hranjive tvari kroz cijeli „sendvič“
I tek 1972. godine američki biolozi S. Singer i G. Nicholson uspjeli su objasniti nedosljednosti u Robertsonovoj teoriji koristeći novi fluidno-mozaični model stanične membrane. Konkretno, otkrili su da stanična membrana nije homogena po svom sastavu, štoviše, asimetrična je i ispunjena tekućinom. Osim toga, ćelije su u stalnom pokretu. I ozloglašeni proteini koji su dio ćelijske membrane imaju različite strukture i funkcije.
Svojstva i funkcije stanične membrane
Pogledajmo sada koje funkcije obavlja ćelijska membrana:
Barijerna funkcija ćelijske membrane je membrana kao pravi granični čuvar, čuvajući granice ćelije, odgađajući i ne dopuštajući štetnim ili jednostavno neprikladnim molekulima da prođu.
Transportna funkcija ćelijske membrane - membrana nije samo graničnik na vratima ćelije, već i svojevrsni carinski punkt; preko nje se korisne tvari neprestano razmjenjuju sa drugim ćelijama i okolinom.
Funkcija matriksa - to je stanična membrana koja određuje lokaciju u odnosu jedna na drugu i regulira interakciju između njih.
Mehanička funkcija - odgovorna je za ograničavanje jedne ćelije od druge i, istovremeno, za ispravno međusobno povezivanje ćelija, za njihovo formiranje u homogeno tkivo.
Zaštitna funkcija ćelijske membrane je osnova za izgradnju zaštitnog štita ćelije. U prirodi primjer ove funkcije može biti tvrdo drvo, gusta kora, zaštitna ljuska, a sve zbog zaštitne funkcije membrane.
Enzimska funkcija je još jedna važna funkcija koju obavljaju određeni proteini u ćeliji. Na primjer, zahvaljujući ovoj funkciji, u crijevnom epitelu dolazi do sinteze probavnih enzima.
Takođe, pored svega ovoga, dolazi do ćelijske razmene kroz ćelijsku membranu koja se može odvijati u tri različite reakcije:
- Fagocitoza je ćelijska izmjena u kojoj ćelije fagocita ugrađene u membranu hvataju i probavljaju različite hranjive tvari.
- Pinocitoza je proces hvatanja molekula tekućine u kontaktu sa ćelijskom membranom. Da bi se to postiglo, na površini membrane se formiraju posebne vitice koje kao da okružuju kap tečnosti, formirajući mjehur, koji membrana naknadno "proguta".
- Egzocitoza je obrnuti proces kada ćelija oslobađa sekretornu funkcionalnu tečnost na površinu kroz membranu.
Struktura ćelijske membrane
Postoje tri klase lipida u ćelijskoj membrani:
- fosfolipidi (koji su kombinacija masti i fosfora),
- glikolipidi (kombinacija masti i ugljikohidrata),
- holesterol
Fosfolipidi i glikolipidi se pak sastoje od hidrofilne glave u koju se protežu dva duga hidrofobna repa. Holesterol zauzima prostor između ovih repova, sprečavajući ih da se savijaju, a sve to u nekim slučajevima čini membranu pojedinih stanica vrlo krutom. Uz sve to, molekuli holesterola organizuju strukturu ćelijske membrane.
Ali kako god bilo, najvažniji dio strukture stanične membrane su proteini, odnosno različiti proteini koji imaju različite važne uloge. Unatoč raznolikosti proteina sadržanih u membrani, postoji nešto što ih ujedinjuje - prstenasti lipidi nalaze se oko svih proteina membrane. Prstenasti lipidi su posebno strukturirane masti koje služe kao svojevrsna zaštitna ljuska za proteine, bez kojih oni jednostavno ne bi funkcionirali.
Struktura ćelijske membrane ima tri sloja: osnova ćelijske membrane je homogeni tečni bilipidni sloj. Proteini ga prekrivaju s obje strane poput mozaika. Upravo proteini, pored gore opisanih funkcija, igraju i ulogu posebnih kanala kroz koje kroz membranu prolaze tvari koje ne mogu prodrijeti kroz tekući sloj membrane. To uključuje, na primjer, ione kalija i natrija; za njihov prodor kroz membranu, priroda osigurava posebne jonske kanale u ćelijskim membranama. Drugim riječima, proteini osiguravaju propusnost ćelijskih membrana.
Ako staničnu membranu pogledamo kroz mikroskop, vidjet ćemo sloj lipida formiran od malih sfernih molekula na kojima proteini plivaju kao u moru. Sada znate koje supstance čine ćelijsku membranu.
Video o ćelijskoj membrani
I za kraj, edukativni video o ćelijskoj membrani.
Ogromna većina organizama koji žive na Zemlji sastoji se od ćelija koje su u velikoj meri slične po svom hemijskom sastavu, strukturi i vitalnim funkcijama. Metabolizam i konverzija energije odvijaju se u svakoj ćeliji. Podjela ćelija je u osnovi procesa rasta i reprodukcije organizama. Dakle, ćelija je jedinica strukture, razvoja i reprodukcije organizama.
Ćelija može postojati samo kao integralni sistem, nedjeljiv na dijelove. Integritet ćelije osiguravaju biološke membrane. Ćelija je element sistema višeg ranga - organizam. Ćelijski dijelovi i organele, koje se sastoje od složenih molekula, predstavljaju integralne sisteme nižeg ranga.
Ćelija je otvoreni sistem povezan sa okolinom razmenom supstanci i energije. To je funkcionalni sistem u kojem svaki molekul obavlja određene funkcije. Ćelija ima stabilnost, sposobnost samoregulacije i samoreprodukcije.
Ćelija je samoupravni sistem. Kontrolni genetski sistem ćelije predstavljaju složeni makromolekuli - nukleinske kiseline (DNK i RNK).
Godine 1838-1839 Njemački biolozi M. Schleiden i T. Schwann sumirali su znanje o ćeliji i formulisali glavni stav ćelijske teorije, čija je suština da se svi organizmi, i biljni i životinjski, sastoje od ćelija.
Godine 1859. R. Virchow je opisao proces diobe ćelije i formulirao jednu od najvažnijih odredbi ćelijske teorije: “Svaka ćelija dolazi iz druge ćelije.” Nove ćelije nastaju kao rezultat deobe matične ćelije, a ne iz nećelijske supstance, kako se ranije mislilo.
Otkriće jaja sisara od strane ruskog naučnika K. Baera 1826. godine dovelo je do zaključka da je ćelija u osnovi razvoja višećelijskih organizama.
Moderna ćelijska teorija uključuje sljedeće odredbe:
1) ćelija - jedinica građe i razvoja svih organizama;
2) ćelije organizama iz različitih carstava žive prirode slične su po građi, hemijskom sastavu, metabolizmu i osnovnim manifestacijama životne aktivnosti;
3) nove ćelije nastaju kao rezultat deobe matične ćelije;
4) u višećelijskom organizmu ćelije formiraju tkiva;
5) organi se sastoje od tkiva.
Uvođenjem savremenih bioloških, fizičkih i hemijskih metoda istraživanja u biologiju, postalo je moguće proučavati strukturu i funkcionisanje različitih komponenti ćelije. Jedna od metoda za proučavanje ćelija je mikroskopija. Moderni svjetlosni mikroskop uvećava objekte 3000 puta i omogućava vam da vidite najveće ćelijske organele, promatrate kretanje citoplazme i diobu stanica.
Izmišljen 40-ih godina. XX vijek Elektronski mikroskop daje uvećanje desetine i stotine hiljada puta. Elektronski mikroskop koristi struju elektrona umjesto svjetlosti i elektromagnetna polja umjesto sočiva. Stoga, elektronski mikroskop proizvodi jasne slike pri mnogo većim uvećanjima. Pomoću takvog mikroskopa bilo je moguće proučavati strukturu ćelijskih organela.
Metodom se proučava struktura i sastav ćelijskih organela centrifugiranje. Usitnjena tkiva sa uništenim ćelijskim membranama stavljaju se u epruvete i rotiraju u centrifugi velikom brzinom. Metoda se zasniva na činjenici da različiti ćelijski organoidi imaju različitu masu i gustinu. Gušće organele se talože u epruveti pri malim brzinama centrifugiranja, manje guste - pri velikim brzinama. Ovi slojevi se proučavaju zasebno.
Široko korišten metoda kulture ćelija i tkiva, koji se sastoji u tome da se iz jedne ili više ćelija na posebnom hranljivom mediju može dobiti grupa iste vrste životinjskih ili biljnih ćelija, pa čak i uzgojiti celu biljku. Koristeći ovu metodu, možete dobiti odgovor na pitanje kako se iz jedne ćelije formiraju različita tkiva i organi tijela.
Osnovne principe ćelijske teorije prvi su formulirali M. Schleiden i T. Schwann. Ćelija je jedinica strukture, vitalne aktivnosti, reprodukcije i razvoja svih živih organizama. Za proučavanje ćelija koriste se metode mikroskopije, centrifugiranja, kulture ćelija i tkiva itd.
Ćelije gljiva, biljaka i životinja imaju mnogo zajedničkog ne samo u hemijskom sastavu, već iu strukturi. Prilikom ispitivanja ćelije pod mikroskopom, u njoj su vidljive različite strukture - organoidi. Svaka organela obavlja određene funkcije. U ćeliji su tri glavna dijela: plazma membrana, jezgro i citoplazma (slika 1).
Plazma membrana odvaja ćeliju i njen sadržaj od okoline. Na slici 2 vidite: membranu formiraju dva sloja lipida, a proteinski molekuli prodiru u debljinu membrane.
Glavna funkcija plazma membrane transport. Osigurava protok hranjivih tvari u ćeliju i uklanjanje metaboličkih produkata iz nje.
Važno svojstvo membrane je selektivna propusnost, ili polupropusnost, omogućava ćeliji interakciju s okolinom: samo određene tvari ulaze i uklanjaju se iz nje. Mali molekuli vode i nekih drugih supstanci prodiru u ćeliju difuzijom, dijelom kroz pore u membrani.
Šećeri, organske kiseline i soli otopljeni su u citoplazmi, ćelijskom soku vakuola biljne ćelije. Štaviše, njihova koncentracija u ćeliji je mnogo veća nego u okolini. Što je veća koncentracija ovih supstanci u ćeliji, ona apsorbira više vode. Poznato je da stanica stalno troši vodu, zbog čega se povećava koncentracija ćelijskog soka i voda ponovo ulazi u ćeliju.
Ulazak većih molekula (glukoze, aminokiselina) u ćeliju osiguravaju membranski transportni proteini, koji ih, spajajući se s molekulima transportiranih tvari, transportuju kroz membranu. Ovaj proces uključuje enzime koji razgrađuju ATP.
Slika 1. Generalizovani dijagram strukture eukariotske ćelije.
(za uvećanje slike kliknite na sliku)
Slika 2. Struktura plazma membrane.
1 - piercing proteini, 2 - potopljeni proteini, 3 - vanjski proteini
Slika 3. Dijagram pinocitoze i fagocitoze.
Čak i veći molekuli proteina i polisaharida ulaze u ćeliju fagocitozom (od grč. phagos- proždiranje i kitos- posuda, ćelija) i kapi tečnosti - pinocitozom (od grč. pinot- Pijem i kitos) (Slika 3).
Životinjske ćelije, za razliku od biljnih, okružene su mekanim i fleksibilnim “kaputom” formiranim uglavnom od molekula polisaharida, koji, spajajući neke membranske proteine i lipide, okružuju ćeliju izvana. Sastav polisaharida je specifičan za različita tkiva, zbog čega se ćelije međusobno "prepoznaju" i povezuju.
Biljne ćelije nemaju takav “kaput”. Iznad sebe imaju plazma membranu prožetu porama. stanične membrane, koji se pretežno sastoji od celuloze. Kroz pore se niti citoplazme protežu od ćelije do ćelije, povezujući ćelije jedna s drugom. Tako se ostvaruje komunikacija između ćelija i postiže integritet tela.
Stanična membrana kod biljaka ima ulogu snažnog skeleta i štiti ćeliju od oštećenja.
Većina bakterija i svih gljiva imaju ćelijsku membranu, samo je njen hemijski sastav drugačiji. U gljivama se sastoji od supstance nalik hitinu.
Ćelije gljiva, biljaka i životinja imaju sličnu strukturu. Ćelija ima tri glavna dijela: jezgro, citoplazmu i plazma membranu. Plazma membrana se sastoji od lipida i proteina. Osigurava ulazak tvari u ćeliju i njihovo oslobađanje iz ćelije. U stanicama biljaka, gljiva i većine bakterija nalazi se ćelijska membrana iznad plazma membrane. Obavlja zaštitnu funkciju i igra ulogu skeleta. U biljkama se stanični zid sastoji od celuloze, a kod gljiva je napravljen od supstance nalik hitinu. Životinjske ćelije su prekrivene polisaharidima koji obezbeđuju kontakt između ćelija istog tkiva.
Znate li da je glavni dio ćelije citoplazma. Sastoji se od vode, aminokiselina, proteina, ugljikohidrata, ATP-a i jona neorganskih supstanci. Citoplazma sadrži jezgro i organele ćelije. U njemu se tvari kreću iz jednog dijela ćelije u drugi. Citoplazma osigurava interakciju svih organela. Ovdje se odvijaju hemijske reakcije.
Čitava citoplazma je prožeta tankim proteinskim mikrotubulama koje se formiraju ćelijski citoskelet, zahvaljujući čemu održava konstantan oblik. Ćelijski citoskelet je fleksibilan, jer mikrotubule mogu mijenjati svoj položaj, pomicati se s jednog kraja i skraćivati s drugog. Različite supstance ulaze u ćeliju. Šta im se dešava u kavezu?
U lizosomima - malim okruglim membranskim vezikulama (vidi sliku 1) molekule složenih organskih tvari razgrađuju se na jednostavnije molekule uz pomoć hidrolitičkih enzima. Na primjer, proteini se razlažu na aminokiseline, polisaharidi na monosaharide, masti na glicirin i masne kiseline. Za ovu funkciju, lizozomi se često nazivaju "probavnim stanicama" ćelije.
Ako je membrana lizosoma uništena, enzimi sadržani u njima mogu probaviti samu ćeliju. Stoga se lizozomi ponekad nazivaju "oružjem za ubijanje stanica".
Enzimska oksidacija malih molekula aminokiselina, monosaharida, masnih kiselina i alkohola nastalih u lizosomima do ugljičnog dioksida i vode počinje u citoplazmi i završava u drugim organelama - mitohondrije. Mitohondrije su štapićaste, nitiste ili sferične organele, koje su od citoplazme ograničene sa dvije membrane (slika 4). Vanjska membrana je glatka, a unutrašnja formira nabore - cristas, koji povećavaju njegovu površinu. Unutarnja membrana sadrži enzime koji učestvuju u oksidaciji organskih tvari do ugljičnog dioksida i vode. Time se oslobađa energija koju ćelija pohranjuje u molekulima ATP-a. Zbog toga se mitohondrije nazivaju „elektrane“ ćelije.
U ćeliji se organske tvari ne samo oksidiraju, već se i sintetiziraju. Sinteza lipida i ugljikohidrata vrši se na endoplazmatskom retikulumu - EPS (slika 5), a proteina - na ribosomima. Šta je EPS? Ovo je sistem tubula i cisterni, čiji su zidovi formirani membranom. Oni prožimaju cijelu citoplazmu. Supstance se kreću kroz ER kanale u različite dijelove ćelije.
Postoji gladak i grub EPS. Na površini glatkog ER sintetiziraju se ugljikohidrati i lipidi uz sudjelovanje enzima. Hrapavost ER-a daju mala okrugla tijela smještena na njemu - ribozomi(vidi sliku 1), koji su uključeni u sintezu proteina.
Sinteza organskih supstanci se takođe dešava u plastidi, koji se nalaze samo u biljnim ćelijama.
Rice. 4. Šema strukture mitohondrija.
1.- vanjska membrana; 2.- unutrašnja membrana; 3.- nabori unutrašnje membrane - kriste.
Rice. 5. Šema strukture grubog EPS-a.
Rice. 6. Dijagram strukture hloroplasta.
1.- vanjska membrana; 2.- unutrašnja membrana; 3.- unutrašnji sadržaj hloroplasta; 4.- nabori unutrašnje membrane, sakupljeni u "slagalice" i formiraju granu.
U bezbojnim plastidima - leukoplasti(iz grčkog leukos- bijela i plastos- stvoren) skrob se akumulira. Gomolji krompira su veoma bogati leukoplastima. Voću i cvijeću daju se žute, narandžaste i crvene boje. hromoplasti(iz grčkog hrom- boja i plastos). Sintetiziraju pigmente uključene u fotosintezu - karotenoidi. U biljnom životu to je posebno važno hloroplasti(iz grčkog chloros- zelenkasto i plastos) - zeleni plastidi. Na slici 6 vidite da su hloroplasti prekriveni s dvije membrane: vanjskom i unutrašnjom. Unutrašnja membrana formira nabore; između nabora su mjehurići raspoređeni u hrpe - zrna. Granas sadrži molekule klorofila, koji su uključeni u fotosintezu. Svaki hloroplast ima oko 50 zrnaca raspoređenih u šahovnici. Ovakav raspored osigurava maksimalno osvjetljenje svakog lica.
U citoplazmi se proteini, lipidi i ugljikohidrati mogu akumulirati u obliku zrnaca, kristala i kapljica. Ove inkluzija- rezervišu hranljive materije koje ćelija troši po potrebi.
U biljnim ćelijama, neki od rezervnih nutrijenata, kao i proizvodi razgradnje, akumuliraju se u ćelijskom soku vakuola (vidi sliku 1). Oni mogu činiti do 90% zapremine biljne ćelije. Životinjske ćelije imaju privremene vakuole koje ne zauzimaju više od 5% svog volumena.
Rice. 7. Šema strukture Golgijevog kompleksa.
Na slici 7 vidite sistem šupljina okruženih membranom. Ovo Golgijev kompleks, koji obavlja različite funkcije u ćeliji: učestvuje u akumulaciji i transportu supstanci, njihovom uklanjanju iz ćelije, stvaranju lizosoma i stanične membrane. Na primjer, molekuli celuloze ulaze u šupljinu Golgijevog kompleksa, koji se pomoću vezikula pomiču na površinu ćelije i uključuju se u ćelijsku membranu.
Većina stanica se razmnožava diobom. Učestvovanje u ovom procesu ćelijski centar. Sastoji se od dva centriola okružena gustom citoplazmom (vidi sliku 1). Na početku diobe centriole se kreću prema polovima ćelije. Iz njih proizlaze proteinske niti koje se povezuju s hromozomima i osiguravaju njihovu ravnomjernu distribuciju između dvije kćeri ćelije.
Sve ćelijske organele su međusobno blisko povezane. Na primjer, proteinski molekuli se sintetiziraju u ribosomima, transportuju se kroz ER kanale u različite dijelove ćelije, a proteini se uništavaju u lizosomima. Novosintetizirani molekuli se koriste za izgradnju ćelijskih struktura ili se akumuliraju u citoplazmi i vakuolama kao rezervni nutrijenti.
Ćelija je ispunjena citoplazmom. Citoplazma sadrži jezgro i razne organele: lizozome, mitohondrije, plastide, vakuole, ER, ćelijski centar, Golgijev kompleks. Razlikuju se po svojoj strukturi i funkcijama. Sve organele citoplazme međusobno djeluju, osiguravajući normalno funkcioniranje stanice.
Tabela 1. STANIČNA STRUKTURA
| ORGANELI | STRUKTURA I SVOJSTVA | FUNKCIJE |
| Shell | Sastoji se od celuloze. Okružuje biljne ćelije. Ima pore | Daje ćeliji snagu, održava određeni oblik i štiti. Je skelet biljaka |
| Vanjska ćelijska membrana | Stanična struktura sa dvostrukom membranom. Sastoji se od bilipidnog sloja i mozaično isprepletenih proteina, sa ugljikohidratima koji se nalaze na vanjskoj strani. Polupropusna | Ograničava živi sadržaj ćelija svih organizama. Pruža selektivnu propusnost, štiti, reguliše ravnotežu vode i soli, razmjenu sa vanjskim okruženjem. |
| Endoplazmatski retikulum (ER) | Jednomembranska struktura. Sistem tubula, cijevi, cisterni. Prožima celu citoplazmu ćelije. Glatki ER i granularni ER sa ribosomima | Dijeli ćeliju u zasebne odjeljke u kojima se odvijaju hemijski procesi. Omogućava komunikaciju i transport supstanci u ćeliji. Sinteza proteina se dešava na granularnom ER. O glatkoj - sintezi lipida |
| Golgijev aparat | Jednomembranska struktura. Sistem mehurića, rezervoara, u kojima se nalaze proizvodi sinteze i razgradnje | Omogućava pakovanje i uklanjanje supstanci iz ćelije, formira primarne lizozome |
| Lizozomi | Jednomembranske sferne ćelijske strukture. Sadrži hidrolitičke enzime | Osiguravaju razgradnju visokomolekularnih tvari i unutarćelijsku probavu |
| Ribosomi | Nemembranske strukture u obliku gljiva. Sastoji se od malih i velikih podjedinica | Sadrži u jezgru, citoplazmi i granularnom ER. Učestvuje u biosintezi proteina. |
| Mitohondrije | Dvomembranske organele duguljastog oblika. Vanjska membrana je glatka, unutrašnja formira kriste. Ispunjena matricom. Postoje mitohondrijska DNK, RNK i ribozomi. Poluautonomna struktura | One su energetske stanice ćelija. Oni osiguravaju respiratorni proces - oksidaciju organskih tvari kisikom. Sinteza ATP-a je u toku |
| Plastidi Kloroplasti | Karakteristike biljnih ćelija. Dvomembranske, poluautonomne organele duguljastog oblika. Iznutra su ispunjeni stromom u kojoj se nalaze grane. Grane se formiraju od membranskih struktura - tilakoida. Postoje DNK, RNK, ribozomi | Dolazi do fotosinteze. Reakcije svijetle faze se javljaju na tilakoidnim membranama, a reakcije tamne faze se javljaju u stromi. Sinteza ugljikohidrata |
| Hromoplasti | Dvomembranske sferne organele. Sadrži pigmente: crvenu, narandžastu, žutu. Nastaje od hloroplasta | Dajte boju cvijeću i voću. Nastali od hloroplasta u jesen, daju lišću žutu boju. |
| Leukoplasti | Dvomembranski, neobojeni, sferni plastidi. Na svjetlosti se mogu transformirati u hloroplaste | Hranjive sastojke čuvajte u obliku škrobnih zrnaca |
| Ćelijski centar | Nemembranske strukture. Sastoji se od dva centriola i centrosfere | Formira vreteno diobe stanica i učestvuje u diobi stanica. Ćelije se udvostručuju nakon diobe |
| Vacuole | Karakteristika biljne ćelije. Membranska šupljina ispunjena ćelijskim sokom | Reguliše osmotski pritisak ćelije. Akumulira hranljive materije i otpadne proizvode ćelije |
| Core | Glavna komponenta ćelije. Okružen dvoslojnom poroznom nuklearnom membranom. Ispunjen karioplazmom. Sadrži DNK u obliku hromozoma (hromatin) | Reguliše sve procese u ćeliji. Omogućava prijenos nasljednih informacija. Broj hromozoma je konstantan za svaku vrstu. Osigurava replikaciju DNK i sintezu RNK |
| Nucleolus | Tamna formacija u jezgru, nije odvojena od karioplazme | Mjesto formiranja ribosoma |
| Organele kretanja. Cilia. Flagella | Izrasline citoplazme okružene membranom | Omogućavaju kretanje ćelija, uklanjanje čestica prašine (cilijarni epitel) |
Najvažnija uloga u životnoj aktivnosti i diobi stanica gljiva, biljaka i životinja ima jezgro i hromozomi koji se u njemu nalaze. Većina ćelija ovih organizama ima jedno jezgro, ali postoje i ćelije sa više jezgara, kao što su mišićne ćelije. Jezgro se nalazi u citoplazmi i ima okrugli ili ovalni oblik. Prekrivena je školjkom koja se sastoji od dvije membrane. Nuklearni omotač ima pore kroz koje se odvija razmjena tvari između jezgre i citoplazme. Jezgra je ispunjena nuklearnim sokom, u kojem se nalaze jezgre i hromozomi.
Nukleoli- to su "radionice za proizvodnju" ribozoma, koji se formiraju od ribosomske RNK proizvedene u jezgru i proteina sintetiziranih u citoplazmi.
Glavna funkcija jezgra - skladištenje i prijenos nasljednih informacija - povezana je sa hromozoma. Svaki tip organizma ima svoj skup hromozoma: određeni broj, oblik i veličinu.
Sve ćelije tela, osim polnih, nazivaju se somatski(iz grčkog soma- tijelo). Ćelije organizma iste vrste sadrže isti skup hromozoma. Na primjer, kod ljudi, svaka ćelija tijela sadrži 46 hromozoma, u voćnoj mušici Drosophila - 8 hromozoma.
Somatske ćelije, u pravilu, imaju dvostruki skup hromozoma. To se zove diploidni i označava se sa 2 n. Dakle, osoba ima 23 para hromozoma, odnosno 2 n= 46. Polne ćelije sadrže upola manje hromozoma. Da li je samac, ili haploidni, kit. Osoba ima 1 n = 23.
Svi hromozomi u somatskim ćelijama, za razliku od hromozoma u zametnim ćelijama, su upareni. Hromozomi koji čine jedan par su identični jedan drugom. Upareni hromozomi se nazivaju homologno. Zovu se hromozomi koji pripadaju različitim parovima i koji se razlikuju po obliku i veličini nehomologna(Sl. 8).
Kod nekih vrsta broj hromozoma može biti isti. Na primjer, crvena djetelina i grašak imaju 2 n= 14. Međutim, njihovi se hromozomi razlikuju po obliku, veličini i nukleotidnom sastavu molekula DNK.
Rice. 8. Skup hromozoma u ćelijama Drosophila.
Rice. 9. Struktura hromozoma.
Da bismo razumjeli ulogu hromozoma u prenošenju nasljednih informacija, potrebno je upoznati se s njihovom strukturom i hemijskim sastavom.
Kromosomi ćelije koja se ne dijeli izgledaju kao dugačke tanke niti. Prije diobe ćelije, svaki hromozom se sastoji od dva identična lanca - hromatida, koji su povezani između struka struka - (slika 9).
Hromozomi se sastoje od DNK i proteina. Budući da nukleotidni sastav DNK varira među vrstama, sastav hromozoma je jedinstven za svaku vrstu.
Svaka ćelija, osim bakterijskih, ima jezgro u kojem se nalaze jezgre i hromozomi. Svaku vrstu karakterizira određeni skup hromozoma: broj, oblik i veličina. U somatskim ćelijama većine organizama skup hromozoma je diploidan, u polnim ćelijama je haploid. Upareni hromozomi se nazivaju homologni. Hromozomi se sastoje od DNK i proteina. Molekuli DNK osiguravaju skladištenje i prijenos nasljednih informacija od ćelije do ćelije i od organizma do organizma.
Nakon što ste proradili kroz ove teme, trebali biste biti u mogućnosti:
- Objasnite u kojim slučajevima treba koristiti svjetlosni mikroskop (struktura) ili transmisijski elektronski mikroskop.
- Opišite strukturu ćelijske membrane i objasnite odnos između strukture membrane i njene sposobnosti da razmjenjuje tvari između ćelije i okoline.
- Definisati procese: difuzija, olakšana difuzija, aktivni transport, endocitoza, egzocitoza i osmoza. Navedite razlike između ovih procesa.
- Navedite funkcije struktura i navedite u kojim se stanicama (biljnim, životinjskim ili prokariotskim) nalaze: jezgro, nuklearna membrana, nukleoplazma, hromozomi, plazma membrana, ribosom, mitohondrij, ćelijski zid, kloroplast, vakuola, lizozom, glatki endoplazmatski retikulum (agranularni) i hrapavi (granularni), ćelijski centar, Golgijev aparat, cilium, flagellum, mezozom, pili ili fimbrije.
- Navedite najmanje tri znaka po kojima se biljna stanica može razlikovati od životinjske.
- Navedite najvažnije razlike između prokariotskih i eukariotskih ćelija.
Ivanova T.V., Kalinova G.S., Mjagkova A.N. "Opća biologija". Moskva, "Prosvetljenje", 2000
- Tema 1. "Plazma membrana." §1, §8 str. 5;20
- Tema 2. "Kavez." §8-10 str. 20-30
- Tema 3. "Prokariotske ćelije. Virusi." §11, str. 31-34
Stanične membrane- ovo je ćelijska membrana koja obavlja sljedeće funkcije: razdvajanje sadržaja ćelije i vanjske sredine, selektivni transport supstanci (razmjena sa okolinom izvan ćelije), mjesto nekih biohemijskih reakcija, spajanje ćelija u tkiva i prijem.
Stanične membrane dijele se na plazma (intracelularne) i vanjske. Glavno svojstvo svake membrane je polupropusnost, odnosno sposobnost propuštanja samo određenih tvari. Ovo omogućava selektivnu razmjenu između ćelije i vanjskog okruženja ili razmjenu između ćelijskih odjeljaka.
Plazma membrane su lipoproteinske strukture. Lipidi spontano formiraju dvosloj (dvostruki sloj), a membranski proteini „plutaju“ u njemu. Membrane sadrže nekoliko hiljada različitih proteina: strukturnih, transportera, enzima itd. Između proteinskih molekula postoje pore kroz koje prolaze hidrofilne supstance (lipidni dvosloj sprečava njihov direktan prodor u ćeliju). Glikozilne grupe (monosaharidi i polisaharidi) su vezane za neke molekule na površini membrane, koje su uključene u proces ćelijskog prepoznavanja tokom formiranja tkiva.
Debljine membrana variraju, obično u rasponu od 5 do 10 nm. Debljina je određena veličinom amfifilne molekule lipida i iznosi 5,3 nm. Dalje povećanje debljine membrane uzrokovano je veličinom proteinskih kompleksa membrane. Ovisno o vanjskim uvjetima (holesterol je regulator), struktura dvosloja može se promijeniti tako da postane gušća ili tečnija - o tome ovisi brzina kretanja tvari duž membrana.
U ćelijske membrane spadaju: plazma membrana, kariolema, membrane endoplazmatskog retikuluma, Golgijev aparat, lizozomi, peroksizomi, mitohondrije, inkluzije itd.
Lipidi su nerastvorljivi u vodi (hidrofobnost), ali su lako rastvorljivi u organskim rastvaračima i mastima (lipofilnost). Sastav lipida u različitim membranama nije isti. Na primjer, plazma membrana sadrži mnogo kolesterola. Najčešći lipidi u membrani su fosfolipidi (glicerofosfatidi), sfingomijelini (sfingolipidi), glikolipidi i holesterol.
Fosfolipidi, sfingomijelini, glikolipidi sastoje se od dva funkcionalno različita dijela: hidrofobnog nepolarnog, koji ne nosi naboje – „repove“ koji se sastoje od masnih kiselina, i hidrofilnog koji sadrži nabijene polarne „glave“ – alkoholne grupe (npr. glicerol).
Hidrofobni dio molekule obično se sastoji od dvije masne kiseline. Jedna od kiselina je zasićena, a druga nezasićena. Ovo određuje sposobnost lipida da spontano formiraju dvoslojne (bilipidne) membranske strukture. Membranski lipidi obavljaju sljedeće funkcije: barijera, transport, proteinsko mikrookruženje, električni otpor membrane.
Membrane se razlikuju jedna od druge po svom skupu proteinskih molekula. Mnogi membranski proteini sastoje se od regiona bogatih polarnim aminokiselinama (koji nose naboj) i regiona sa nepolarnim aminokiselinama (glicin, alanin, valin, leucin). Takvi proteini u lipidnim slojevima membrane smješteni su tako da su njihovi nepolarni dijelovi, takoreći, uronjeni u „masni“ dio membrane, gdje se nalaze hidrofobni dijelovi lipida. Polarni (hidrofilni) dio ovih proteina stupa u interakciju s lipidnim glavama i suočava se s vodenom fazom.
Biološke membrane imaju zajednička svojstva:
membrane su zatvoreni sistemi koji ne dozvoljavaju mešanje sadržaja ćelije i njenih pregrada. Povreda integriteta membrane može dovesti do smrti ćelije;
površinska (planarna, bočna) pokretljivost. U membranama postoji kontinuirano kretanje tvari po površini;
membranska asimetrija. Struktura vanjskog i površinskog sloja je hemijski, strukturno i funkcionalno heterogena.