Schicht der Zellmembran. Zellmembranen: ihre Struktur und Funktionen. Funktionen der Zell- oder Plasmamembran

Zytoplasma- ein obligatorischer Teil der Zelle, eingeschlossen zwischen der Plasmamembran und dem Zellkern; Es wird unterteilt in Hyaloplasma (die Hauptsubstanz des Zytoplasmas), Organellen (permanente Bestandteile des Zytoplasmas) und Einschlüsse (temporäre Bestandteile des Zytoplasmas). Chemische Zusammensetzung Zytoplasma: Die Basis ist Wasser (60-90% der Gesamtmasse des Zytoplasmas), verschiedene organische und anorganische Verbindungen. Das Zytoplasma ist alkalisch. Merkmal Zytoplasma eukaryotischer Zellen - ständige Bewegung ( Zyklose). Es wird hauptsächlich durch die Bewegung von Zellorganellen wie Chloroplasten nachgewiesen. Wenn die Bewegung des Zytoplasmas aufhört, stirbt die Zelle, da sie nur in ständiger Bewegung ihre Funktionen erfüllen kann.

Hyaloplasma ( Zytosol) ist eine farblose, schleimige, dicke und transparente kolloidale Lösung. Darin finden alle Stoffwechselprozesse statt, es sorgt für die Verbindung des Kerns und aller Organellen. Abhängig vom Vorherrschen des flüssigen Teils oder großer Moleküle im Hyaloplasma werden zwei Formen von Hyaloplasma unterschieden: Sol- mehr flüssiges Hyaloplasma und Gel- dichteres Hyaloplasma. Zwischen ihnen sind gegenseitige Übergänge möglich: Das Gel wird zum Sol und umgekehrt.

Funktionen des Zytoplasmas:

1. Integration aller Komponenten der Zelle in ein einziges System,
2. Umgebung für den Ablauf vieler biochemischer und physiologischer Prozesse,
3. Umgebung für die Existenz und Funktion von Organellen.

Zellwände

Zellwände eukaryotische Zellen begrenzen. In jeder Zellmembran können mindestens zwei Schichten unterschieden werden. Die innere Schicht grenzt an das Zytoplasma und wird durch dargestellt Plasma Membran(Synonyme - Plasmalemma, Zellmembran, Zytoplasmamembran), über der sich die äußere Schicht bildet. In einer tierischen Zelle ist es dünn und heißt Glykokalyx(gebildet durch Glykoproteine, Glykolipide, Lipoproteine), in einer Pflanzenzelle - dick, genannt Zellenwand(gebildet durch Zellulose).

Alle biologischen Membranen haben gemeinsame strukturelle Merkmale und Eigenschaften. Derzeit allgemein akzeptiert Fluid-Mosaik-Modell der Membranstruktur. Die Basis der Membran ist eine Lipiddoppelschicht, die hauptsächlich aus Phospholipiden besteht. Phospholipide sind Triglyceride, bei denen ein Fettsäurerest durch einen Rest ersetzt ist Phosphorsäure; Der Abschnitt des Moleküls, in dem sich der Phosphorsäurerest befindet, wird als hydrophiler Kopf bezeichnet, die Abschnitte, in denen sich Fettsäurereste befinden, werden als hydrophobe Schwänze bezeichnet. In der Membran sind Phospholipide streng geordnet angeordnet: Die hydrophoben Enden der Moleküle sind einander zugewandt, die hydrophilen Köpfe nach außen, zum Wasser hin.

Neben Lipiden enthält die Membran Proteine ​​(durchschnittlich ≈ 60 %). Sie bestimmen die meisten spezifischen Funktionen der Membran (Transport bestimmter Moleküle, Katalyse von Reaktionen, Empfang und Umwandlung von Signalen aus Umfeld usw.). Unterscheiden: 1) Peripheren Proteinen(befindet sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Lipiddoppelschicht), 2) semiintegrale Proteine(verschieden tief in die Lipiddoppelschicht eingetaucht), 3) integrale oder Transmembranproteine(Durchdringen Sie die Membran durch und durch, während Sie sowohl mit der Außen- als auch mit der Membran in Kontakt stehen interne Umgebung Zellen). Integrale Proteine ​​werden in einigen Fällen als kanalbildend oder Kanal bezeichnet, da sie als hydrophile Kanäle betrachtet werden können, durch die polare Moleküle in die Zelle gelangen (die Lipidkomponente der Membran würde sie nicht durchlassen).

A - hydrophiler Kopf des Phospholipids; C, hydrophobe Schwänze des Phospholipids; 1 - hydrophobe Regionen der Proteine ​​E und F; 2, hydrophile Regionen von Protein F; 3 – eine verzweigte Oligosaccharidkette, die an ein Lipid in einem Glykolipidmolekül gebunden ist (Glykolipide sind weniger verbreitet als Glykoproteine); 4 - verzweigte Oligosaccharidkette, die an ein Protein in einem Glykoproteinmolekül gebunden ist; 5 - hydrophiler Kanal (fungiert als Pore, durch die Ionen und einige polare Moleküle passieren können).

Die Membran kann Kohlenhydrate enthalten (bis zu 10 %). Die Kohlenhydratkomponente von Membranen wird durch Oligosaccharid- oder Polysaccharidketten repräsentiert, die mit Proteinmolekülen (Glykoproteinen) oder Lipiden (Glykolipiden) assoziiert sind. Grundsätzlich befinden sich Kohlenhydrate auf der äußeren Oberfläche der Membran. Kohlenhydrate stellen Rezeptorfunktionen der Membran bereit. In tierischen Zellen bilden Glykoproteine ​​einen mehrere zehn Nanometer dicken Epimembrankomplex, die Glykokalyx. Darin befinden sich viele Zellrezeptoren, mit deren Hilfe die Zelladhäsion erfolgt.

Moleküle von Proteinen, Kohlenhydraten und Lipiden sind mobil und können sich in der Ebene der Membran bewegen. Dicke Plasma Membran- etwa 7,5 sm.

Membranfunktionen

Die Membranen erfüllen folgende Funktionen:

1. Trennung von Zellinhalten aus Außenumgebung,
2. Regulierung des Stoffwechsels zwischen Zelle und Umwelt,
3. Aufteilung der Zelle in Kompartimente ("Compartments"),
4. Standort von "enzymatischen Förderern",
5. Bereitstellung der Kommunikation zwischen Zellen in den Geweben mehrzelliger Organismen (Adhäsion),
6. Signalerkennung.

Das wichtigste Membraneigenschaft- selektive Durchlässigkeit, d.h. Membranen sind für einige Substanzen oder Moleküle sehr durchlässig und für andere schlecht (oder vollständig undurchlässig). Diese Eigenschaft liegt der regulatorischen Funktion von Membranen zugrunde, die den Stoffaustausch zwischen der Zelle und der äußeren Umgebung sicherstellen. Der Prozess, bei dem Substanzen die Zellmembran passieren, wird als Transport von Stoffen. Unterscheiden: 1) passiver Transport- der Prozess des Passierens von Substanzen, des Energieverlusts; 2) aktiven Transport- der Prozess des Passierens von Substanzen, der mit Energiekosten einhergeht.

Beim passiver Transport Stoffe wandern aus einem Bereich mit höherer Konzentration in einen Bereich mit niedrigerer, d.h. entlang des Konzentrationsgradienten. In jeder Lösung gibt es Moleküle des Lösungsmittels und des gelösten Stoffes. Der Prozess der Bewegung gelöster Moleküle wird als Diffusion bezeichnet, die Bewegung von Lösungsmittelmolekülen als Osmose. Wenn das Molekül geladen ist, wird sein Transport durch den elektrischen Gradienten beeinflusst. Man spricht daher oft von einem elektrochemischen Gradienten und kombiniert beide Gradienten miteinander. Die Transportgeschwindigkeit hängt von der Größe des Gefälles ab.

Folgende Arten des passiven Transports können unterschieden werden: 1) einfache Diffusion- Stofftransport direkt durch die Lipiddoppelschicht (Sauerstoff, Kohlendioxid); 2) Diffusion durch Membrankanäle- Transport durch kanalbildende Proteine ​​(Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) erleichterte Diffusion- Stofftransport durch spezielle Transportproteine, die jeweils für die Bewegung bestimmter Moleküle oder Gruppen verwandter Moleküle (Glucose, Aminosäuren, Nukleotide) verantwortlich sind; 4) Osmose— Transport von Wassermolekülen (insgesamt biologische Systeme das Lösungsmittel ist Wasser).

Brauchen aktiven Transport tritt auf, wenn es notwendig ist, den Transfer von Molekülen durch die Membran gegen den elektrochemischen Gradienten sicherzustellen. Dieser Transport erfolgt durch spezielle Trägerproteine, deren Aktivität einen Energieaufwand erfordert. Die Energiequelle sind ATP-Moleküle. Aktiver Transport umfasst: 1) Na + /K + -Pumpe (Natrium-Kalium-Pumpe), 2) Endozytose, 3) Exozytose.

Arbeit Na + /K + -Pumpe. Für eine normale Funktion muss die Zelle ein bestimmtes Verhältnis von K + - und Na + -Ionen im Zytoplasma und in der äußeren Umgebung aufrechterhalten. Die Konzentration von K + innerhalb der Zelle sollte deutlich höher sein als außerhalb und Na + - umgekehrt. Es ist zu beachten, dass Na + und K + frei durch die Membranporen diffundieren können. Die Na+/K+-Pumpe wirkt dem Ausgleich dieser Ionenkonzentrationen entgegen und pumpt aktiv Na+ aus der Zelle und K+ in die Zelle. Die Na + /K + -Pumpe ist ein Transmembranprotein, das zu Konformationsänderungen fähig ist, so dass es sowohl K + als auch Na + anlagern kann. Der Betriebszyklus der Na + /K + -Pumpe kann in folgende Phasen unterteilt werden: 1) Anlagerung von Na + aus dem Inneren der Membran, 2) Phosphorylierung des Pumpproteins, 3) Freisetzung von Na + in der Membran Extrazellulärraum, 4) Anlagerung von K + mit draußen Membranen, 5) Dephosphorylierung des Pumpproteins, 6) Freisetzung von K + im intrazellulären Raum. Die Natrium-Kalium-Pumpe verbraucht fast ein Drittel der für das Leben der Zelle notwendigen Energie. Während eines Betriebszyklus pumpt die Pumpe 3Na + aus der Zelle heraus und pumpt 2K + hinein.

Endozytose- der Prozess der Absorption von großen Partikeln und Makromolekülen durch die Zelle. Es gibt zwei Arten von Endozytose: 1) Phagozytose- Einfangen und Absorbieren von großen Partikeln (Zellen, Zellteile, Makromoleküle) und 2) Pinozytose- Erfassung und Absorption flüssiges Material(Lösung, kolloidale Lösung, Suspension). Das Phänomen der Phagozytose wurde von I.I. Mechnikov im Jahr 1882. Während der Endozytose bildet die Plasmamembran eine Invagination, ihre Ränder verschmelzen und Strukturen, die durch eine einzige Membran vom Zytoplasma getrennt sind, werden in das Zytoplasma geschnürt. Viele Protozoen und einige Leukozyten sind zur Phagozytose fähig. Pinozytose wird in den Epithelzellen des Darms, im Endothel der Blutkapillaren beobachtet.

Exozytose- der umgekehrte Prozess der Endozytose: die Entfernung verschiedener Substanzen aus der Zelle. Während der Exozytose verschmilzt die Vesikelmembran mit der äußeren Zytoplasmamembran, der Inhalt des Vesikels wird aus der Zelle entfernt und seine Membran wird in die äußere Zytoplasmamembran eingeschlossen. Auf diese Weise werden Hormone aus den Zellen der endokrinen Drüsen ausgeschieden und bei Protozoen bleibt unverdaute Nahrung zurück.

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Tischnummer 2

Frage 1 (8)

Zellmembran(oder Cytolemma oder Plasmalemma oder Plasmamembran) trennt den Inhalt jeder Zelle von der äußeren Umgebung und gewährleistet ihre Integrität; reguliert den Austausch zwischen Zelle und Umwelt; intrazelluläre Membranen unterteilen die Zelle in spezialisierte geschlossene Kompartimente - Kompartimente oder Organellen, in denen bestimmte Umgebungsbedingungen aufrechterhalten werden.

Funktionen der Zell- oder Plasmamembran

Die Membran bietet:

1) Selektives Eindringen von Molekülen und Ionen in die und aus der Zelle heraus, die zur Durchführung spezifischer Zellfunktionen erforderlich sind;
2) Selektiver Transport von Ionen durch die Membran, wobei eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Membran aufrechterhalten wird;
3) Die Besonderheiten der interzellulären Kontakte.

Aufgrund des Vorhandenseins zahlreicher Rezeptoren in der Membran, die chemische Signale wahrnehmen - Hormone, Mediatoren und andere biologisch Wirkstoffe, ist es in der Lage, die Stoffwechselaktivität der Zelle zu verändern. Membranen bieten die Spezifität von Immunmanifestationen aufgrund des Vorhandenseins von Antigenen auf ihnen - Strukturen, die die Bildung von Antikörpern verursachen, die spezifisch an diese Antigene binden können.
Der Kern und die Organellen der Zelle sind auch durch Membranen vom Zytoplasma getrennt, die die freie Bewegung von Wasser und darin gelösten Substanzen aus dem Zytoplasma zu ihnen und umgekehrt verhindern. Dies schafft Bedingungen für die Trennung von biochemischen Prozessen, die in verschiedenen Kompartimenten (Kompartimenten) innerhalb der Zelle ablaufen.

Struktur der Zellmembran

Zellmembran- elastische Struktur, Dicke von 7 bis 11 nm (Abb. 1.1). Es besteht hauptsächlich aus Lipiden und Proteinen. 40 bis 90 % aller Lipide sind Phospholipide – Phosphatidylcholin, Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylserin, Sphingomyelin und Phosphatidylinositol. Ein wichtiger Bestandteil der Membran sind Glykolipide, vertreten durch Cerebriside, Sulfatide, Ganglioside und Cholesterin.

Die Hauptstruktur der Zellmembran ist eine Doppelschicht aus Phospholipidmolekülen. Aufgrund hydrophober Wechselwirkungen werden die Kohlenhydratketten von Lipidmolekülen in einem ausgedehnten Zustand nahe beieinander gehalten. Gruppen von Phospholipidmolekülen beider Schichten interagieren mit Proteinmolekülen, die in die Lipidmembran eingetaucht sind. Aufgrund der Tatsache, dass die meisten Lipidkomponenten der Doppelschicht in einem flüssigen Zustand vorliegen, ist die Membran beweglich und wellenförmig. Seine Abschnitte sowie Proteine, die in die Lipiddoppelschicht eingetaucht sind, werden sich von einem Teil zum anderen vermischen. Die Mobilität (Fluidität) von Zellmembranen erleichtert den Transport von Substanzen durch die Membran.

Proteine ​​der Zellmembran hauptsächlich durch Glykoproteine ​​vertreten.

Unterscheiden

integrale Proteine Durchdringen durch die gesamte Dicke der Membran und

Peripheren Proteinen nur an der Oberfläche der Membran befestigt, hauptsächlich an ihrem inneren Teil.

Peripheren Proteinen fast alle wirken als Enzyme (Acetylcholinesterase, saure und alkalische Phosphatasen etc.). Aber einige Enzyme werden auch durch integrale Proteine ​​- ATPase - repräsentiert.

integrale Proteine sorgen für einen selektiven Austausch von Ionen durch die Membrankanäle zwischen der extrazellulären und intrazellulären Flüssigkeit und fungieren auch als Proteine ​​- Träger großer Moleküle.

Membranrezeptoren und Antigene können sowohl durch integrale als auch durch periphere Proteine ​​repräsentiert werden.

Proteine, die von der zytoplasmatischen Seite an die Membran angrenzen, gehören dazu Zelle Zytoskelett. Sie können sich an Membranproteine ​​anheften.

So, Eiweißstreifen 3(Bandenzahl bei der Proteinelektrophorese) der Erythrozytenmembranen mit anderen Zytoskelettmolekülen zu einem Ensemble verbunden - Spektrin durch das niedermolekulare Protein Ankyrin

Spectrin ist das Hauptprotein des Zytoskeletts und bildet ein zweidimensionales Netzwerk, an das Aktin gebunden ist.

Aktin bildet Mikrofilamente, die den kontraktilen Apparat des Zytoskeletts darstellen.

Zytoskelett ermöglicht der Zelle, flexibel elastische Eigenschaften zu zeigen, verleiht der Membran zusätzliche Festigkeit.

Die meisten integralen Proteine ​​sind Glykoproteine. Ihr Kohlenhydratanteil ragt aus der Zellmembran nach außen. Viele Glykoproteine ​​​​haben aufgrund des erheblichen Gehalts an Sialinsäure (z. B. das Glykophorinmolekül) eine große negative Ladung. Dadurch erhält die Oberfläche der meisten Zellen eine negative Ladung, die dazu beiträgt, andere negativ geladene Objekte abzustoßen. Kohlenhydratvorsprünge von Glykoproteinen tragen Blutgruppenantigene, andere antigene Determinanten der Zelle, und wirken als hormonbindende Rezeptoren. Glykoproteine ​​bilden Haftmoleküle, die bewirken, dass Zellen aneinander haften, d.h. enge interzelluläre Kontakte.

Zelle- Dies ist nicht nur eine Flüssigkeit, Enzyme und andere Substanzen, sondern auch hoch organisierte Strukturen, die als intrazelluläre Organellen bezeichnet werden. Organellen für eine Zelle sind nicht weniger wichtig als ihre chemischen Bestandteile. In Abwesenheit von Organellen wie Mitochondrien wird die Energiezufuhr aus Nährstoffen also sofort um 95 % abnehmen.

Die meisten Organellen in einer Zelle sind bedeckt Membranen besteht hauptsächlich aus Lipiden und Proteinen. Es gibt Zellmembranen, endoplasmatisches Retikulum, Mitochondrien, Lysosomen, Golgi-Apparat.

Lipide sind wasserunlöslich und bilden daher eine Barriere in der Zelle, die die Bewegung von Wasser und wasserlöslichen Substanzen von einem Kompartiment zum anderen verhindert. Eiweißmoleküle hingegen machen die Membran durchlässig verschiedene Substanzen durch spezialisierte Strukturen, die Poren genannt werden. Viele andere Membranproteine ​​sind Enzyme, die zahlreiche katalysieren chemische Reaktionen die in den folgenden Kapiteln behandelt werden.

Zell- (oder Plasma-) Membran ist eine dünne, flexible und elastische Struktur mit einer Dicke von nur 7,5-10 nm. Es besteht hauptsächlich aus Proteinen und Lipiden. Das ungefähre Verhältnis seiner Bestandteile ist wie folgt: Proteine ​​​​- 55%, Phospholipide - 25%, Cholesterin - 13%, andere Lipide - 4%, Kohlenhydrate - 3%.

Lipidschicht der Zellmembran verhindert das Eindringen von Wasser. Die Basis der Membran ist eine Lipiddoppelschicht – ein dünner Lipidfilm, der aus zwei Monoschichten besteht und die Zelle vollständig bedeckt. Überall in der Membran befinden sich Proteine ​​in Form großer Kügelchen.

Schematische Darstellung der Zellmembran, die ihre Hauptelemente widerspiegelt
- Phospholipid-Doppelschicht und große Menge Proteinmoleküle, die über die Oberfläche der Membran hinausragen.
Kohlenhydratketten sind an Proteinen an der äußeren Oberfläche befestigt
und zu zusätzlichen Proteinmolekülen innerhalb der Zelle (dies ist in der Figur nicht gezeigt).

lipiddoppelschicht besteht hauptsächlich aus Phospholipidmolekülen. Ein Ende eines solchen Moleküls ist hydrophil, d.h. wasserlöslich (eine Phosphatgruppe sitzt darauf), die andere ist hydrophob, d.h. nur in Fetten löslich (es enthält eine Fettsäure).

Aufgrund der Tatsache, dass der hydrophobe Teil des Moleküls Phospholipid Wasser abstößt, aber von ähnlichen Teilen derselben Moleküle angezogen wird, haben Phospholipide die natürliche Eigenschaft, sich in der Dicke der Membran aneinander zu binden, wie in Abb. 2-3. Der hydrophile Teil mit einer Phosphatgruppe bildet zwei Membranoberflächen: die äußere, die mit der extrazellulären Flüssigkeit in Kontakt steht, und die innere, die mit der intrazellulären Flüssigkeit in Kontakt steht.

Mittlere Lipidschicht undurchlässig für Ionen und wässrige Lösungen Glukose und Harnstoff. Fettlösliche Substanzen, einschließlich Sauerstoff, Kohlendioxid und Alkohol, dringen dagegen leicht in diesen Bereich der Membran ein.

Moleküle Cholesterin, das Teil der Membran ist, sind ebenfalls natürliche Lipide, da ihre Steroidgruppe eine hohe Löslichkeit in Fetten hat. Diese Moleküle scheinen in der Lipiddoppelschicht gelöst zu sein. Ihr Hauptzweck ist die Regulierung der Durchlässigkeit (oder Undurchlässigkeit) von Membranen für wasserlösliche Bestandteile von Körperflüssigkeiten. Außerdem ist Cholesterin der Hauptregulator der Membranviskosität.

Proteine ​​der Zellmembran. In der Abbildung sind in der Lipiddoppelschicht globuläre Partikel sichtbar – das sind Membranproteine, von denen die meisten Glykoproteine ​​sind. Es gibt zwei Arten von Membranproteinen: (1) integrale Proteine, die die Membran durchdringen; (2) Peripherie, die nur über eine Oberfläche hinausragen, ohne die andere zu erreichen.

Viele integrale Proteine bilden Kanäle (oder Poren), durch die Wasser und wasserlösliche Substanzen, insbesondere Ionen, in die intra- und extrazelluläre Flüssigkeit diffundieren können. Aufgrund der Selektivität der Kanäle diffundieren manche Stoffe besser als andere.

Andere integrale Proteine fungieren als Trägerproteine, die den Transport von Stoffen übernehmen, für die die Lipiddoppelschicht undurchlässig ist. Manchmal wirken Trägerproteine ​​​​in der der Diffusion entgegengesetzten Richtung, ein solcher Transport wird als aktiv bezeichnet. Einige integrale Proteine ​​sind Enzyme.

Integrale Membranproteine können auch als Rezeptoren für wasserlösliche Substanzen, einschließlich Peptidhormone, dienen, da die Membran für sie undurchlässig ist. Die Wechselwirkung eines Rezeptorproteins mit einem bestimmten Liganden führt zu Konformationsänderungen des Proteinmoleküls, was wiederum die enzymatische Aktivität des intrazellulären Abschnitts des Proteinmoleküls oder die Signalübertragung vom Rezeptor in die Zelle über einen Second Messenger stimuliert. So beteiligen integrale Proteine, die in die Zellmembran eingebaut sind, diese am Prozess der Übertragung von Informationen über die äußere Umgebung in die Zelle.

Moleküle peripherer Membranproteine oft mit integralen Proteinen assoziiert. Die meisten peripheren Proteine ​​sind Enzyme oder spielen die Rolle eines Verteilers für den Stofftransport durch Membranporen.

Die Zellmembran hat eine ziemlich komplexe Struktur was mit einem Elektronenmikroskop zu sehen ist. Grob gesagt besteht es aus einer Doppelschicht aus Lipiden (Fetten), in die an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Peptide (Eiweiße) eingebaut sind. Die Gesamtdicke der Membran beträgt etwa 5–10 nm.

Gesamtplan Struktur der Zellmembran ist universell für die gesamte belebte Welt. Tierische Membranen enthalten jedoch Cholesterineinschlüsse, die ihre Steifigkeit bestimmen. Der Unterschied zwischen den Membranen verschiedener Organismenreiche betrifft hauptsächlich die supramembranösen Formationen (Schichten). Bei Pflanzen und Pilzen befindet sich also oberhalb der Membran (an der Außenseite) eine Zellwand. In Pflanzen besteht es hauptsächlich aus Zellulose und in Pilzen aus der Substanz Chitin. Bei Tieren wird die Epimembranschicht Glykokalyx genannt.

Ein anderer Name für die Zellmembran ist zytoplasmatische Membran oder Plasmamembran.

Eine tiefere Untersuchung der Struktur der Zellmembran enthüllt viele ihrer Merkmale, die mit den ausgeübten Funktionen verbunden sind.

Die Lipiddoppelschicht besteht hauptsächlich aus Phospholipiden. Dies sind Fette, von denen ein Ende einen Phosphorsäurerest enthält, der hydrophile Eigenschaften hat (dh Wassermoleküle anzieht). Das zweite Ende des Phospholipids ist eine Kette von Fettsäuren, die hydrophobe Eigenschaften haben (keine Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser bilden).

Phospholipidmoleküle in der Zellmembran reihen sich in zwei Reihen auf, so dass ihre hydrophoben „Enden“ innen und die hydrophilen „Köpfe“ außen liegen. Es stellt sich eine ziemlich starke Struktur heraus, die den Inhalt der Zelle vor der äußeren Umgebung schützt.

Proteineinschlüsse in der Zellmembran sind ungleichmäßig verteilt, außerdem sind sie mobil (da Phospholipide in der Doppelschicht seitlich beweglich sind). Seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts begann man darüber zu sprechen Fluid-Mosaik-Struktur der Zellmembran.

Je nachdem, wie das Protein Teil der Membran ist, gibt es drei Arten von Proteinen: integral, semi-integral und peripher. Integrale Proteine ​​​​durchdringen die gesamte Dicke der Membran und ihre Enden ragen auf beiden Seiten heraus. Sie erfüllen hauptsächlich eine Transportfunktion. Bei semiintegralen Proteinen befindet sich ein Ende in der Dicke der Membran und das zweite geht nach außen (von außen oder innen). Sie erfüllen enzymatische und Rezeptorfunktionen. Periphere Proteine ​​befinden sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Membran.

Die strukturellen Merkmale der Zellmembran weisen darauf hin, dass sie der Hauptbestandteil des Oberflächenkomplexes der Zelle ist, aber nicht der einzige. Seine anderen Bestandteile sind die Supramembranschicht und die Submembranschicht.

Die Glykokalyx (Supramembranschicht von Tieren) wird von Oligosacchariden und Polysacchariden sowie peripheren Proteinen und hervorstehenden Teilen von integralen Proteinen gebildet. Die Bestandteile der Glykokalyx erfüllen eine Rezeptorfunktion.

Neben der Glykokalyx haben tierische Zellen auch andere supramembranöse Formationen: Schleim, Chitin, Perilemma (ähnlich einer Membran).

Die Supramembranbildung in Pflanzen und Pilzen ist die Zellwand.

Die Submembranschicht der Zelle ist das Oberflächenzytoplasma (Hyaloplasma) mit dem darin eingeschlossenen Stütz-Kontraktionssystem der Zelle, dessen Fibrillen mit den Proteinen interagieren, aus denen die Zellmembran besteht. Durch solche Verbindungen von Molekülen werden verschiedene Signale übertragen.

Zellmembran.

Die Zellmembran trennt den Inhalt jeder Zelle von der äußeren Umgebung und gewährleistet ihre Integrität; reguliert den Austausch zwischen Zelle und Umwelt; intrazelluläre Membranen unterteilen die Zelle in spezialisierte geschlossene Kompartimente - Kompartimente oder Organellen, in denen bestimmte Umgebungsbedingungen aufrechterhalten werden.

Struktur.

Die Zellmembran ist eine Doppelschicht (Doppelschicht) von Molekülen der Klasse der Lipide (Fette), von denen die meisten die sogenannten komplexen Lipide - Phospholipide sind. Lipidmoleküle haben einen hydrophilen („Kopf“) und einen hydrophoben („Schwanz“) Teil. Während der Bildung von Membranen wenden sich die hydrophoben Teile der Moleküle nach innen, während die hydrophilen Teile nach außen kehren. Membranen sind sehr ähnliche Strukturen in verschiedenen Organismen. Die Membrandicke beträgt 7-8 nm. (10-9 Meter)

Hydrophilie- die Fähigkeit eines Stoffes, von Wasser benetzt zu werden.
Hydrophobie- die Unfähigkeit eines Stoffes, von Wasser benetzt zu werden.

Die biologische Membran umfasst auch verschiedene Proteine:
- integral (die Membran durchdringend)
- semiintegral (einseitig in die äußere oder innere Lipidschicht eingetaucht)
- oberflächlich (befindet sich auf der Außenseite oder angrenzend an Innenseiten Membranen).
Einige Proteine ​​sind die Kontaktpunkte der Zellmembran mit dem Zytoskelett innerhalb der Zelle und der Zellwand (falls vorhanden) außerhalb.

Zytoskelett- Zellgerüst in der Zelle.

Funktionen.

1) Barriere- sorgt für einen geregelten, selektiven, passiven und aktiven Stoffwechsel mit der Umwelt.

2) Verkehr- Substanzen werden durch die Membran in und aus der Zelle transportiert Matrix - sorgt für eine bestimmte relative Position und Orientierung von Membranproteinen, deren optimales Zusammenspiel.

3) Mechanisch- sichert die Autonomie der Zelle, ihre intrazellulären Strukturen sowie die Verbindung mit anderen Zellen (in Geweben) Die Interzellularsubstanz spielt eine wichtige Rolle bei der Sicherstellung der mechanischen Funktion.

4) Rezeptor- Einige Proteine ​​in der Membran 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 für die Weiterleitung von Nervenimpulsen sorgen) binden auch an spezifische Rezeptorproteine ​​von Zielzellen.

Hormone- biologisch aktive Signalchemikalien.

5) Enzymatisch Membranproteine ​​sind oft Enzyme. Beispielsweise enthalten die Plasmamembranen von Darmepithelzellen Verdauungsenzyme.

6) Umsetzung der Generierung und Ableitung von Biopotentialen.
Mit Hilfe der Membran wird eine konstante Ionenkonzentration in der Zelle 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.

Nervenimpuls – eine Erregungswelle, die entlang einer Nervenfaser übertragen wird.

7) Zellkennzeichnung- Auf der Membran befinden sich Antigene, die als Marker dienen - "Marker", mit denen Sie die Zelle identifizieren können. 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.

Durchlässigkeitsmerkmale.

Zellmembranen haben eine selektive Permeabilität: Sie durchdringen sie langsam auf verschiedene Weise:

• Glukose ist die wichtigste Energiequelle.
• Aminosäuren sind die Bausteine, aus denen alle Proteine ​​im Körper bestehen.
• Fettsäuren - Struktur-, Energie- und andere Funktionen.
• Glycerin – lässt den Körper Wasser zurückhalten und reduziert die Urinproduktion.
• Ionen sind Enzyme für Reaktionen.

Darüber hinaus regulieren die Membranen diesen Prozess bis zu einem gewissen Grad selbst aktiv - einige Substanzen passieren, andere nicht. Es gibt vier Hauptmechanismen für den Eintrag von Stoffen in die Zelle oder ihren Abtransport aus der Zelle nach außen:

Passive Permeabilitätsmechanismen:

1) Verbreitung.

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.

Diffusion- der Vorgang des gegenseitigen Eindringens von Molekülen einer Substanz in die Moleküle einer anderen.

Osmose– der Prozess der Einwegdiffusion durch eine semipermeable Membran von Lösungsmittelmolekülen zu einer höheren Konzentration eines gelösten Stoffes.

Die Membran, die eine normale Blutzelle umgibt, ist nur für Wassermoleküle, Sauerstoff, einige der im Blut gelösten Nährstoffe und zelluläre Abfallprodukte durchlässig.

Aktive Permeabilitätsmechanismen:

1) Aktiver Transport.

aktiven Transport– die Übertragung eines Stoffes aus einem Bereich niedriger Konzentration in einen Bereich hoher Konzentration.

Aktiver Transport erfordert Energie, da er sich von einem Bereich mit geringer Konzentration in einen Bereich mit hoher Konzentration bewegt. Auf der Membran befinden sich spezielle Pumpproteine, die aktiv Kaliumionen (K+) in die Zelle und Natriumionen (Na+) aus ihr herauspumpen, ATP dient als Energie.

ATP– universelle Energiequelle für alle biochemischen Prozesse. .(später mehr)

2) Endozytose.

Partikel, die aus irgendeinem Grund die Zellmembran nicht passieren können, aber für die Zelle notwendig sind, können die Membran durch Endozytose durchdringen.

Endozytose– der Prozess der Aufnahme von externem Material durch die Zelle.

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 die Natriumionenkanäle und es kommt zu einem starken Einstrom von Natriumionen in die Zelle. Dies führt zu einem Ungleichgewicht des Membranpotentials. Danach wird das Membranpotential wiederhergestellt. Kaliumkanäle sind immer offen, durch die Kaliumionen langsam in die Zelle gelangen.

Membranstruktur

Permeabilität

aktiven Transport

Osmose

Endozytose