1972 m. buvo iškelta teorija, kad iš dalies pralaidi membrana supa ląstelę ir atlieka daugybę gyvybiškai svarbių užduočių, o ląstelių membranų struktūra ir funkcijos yra svarbūs klausimai, susiję su tinkamu visų kūno ląstelių funkcionavimu.. Ląstelių teorija plačiai paplito XVII amžiuje, kartu su mikroskopo išradimu. Tapo žinoma, kad augalų ir gyvūnų audiniai susideda iš ląstelių, tačiau dėl mažos prietaiso skiriamosios gebos nebuvo įmanoma įžvelgti jokių kliūčių aplink gyvūno ląstelę. 20 amžiuje buvo išsamiau ištirta cheminė membranos prigimtis, nustatyta, kad lipidai yra jos pagrindas.
Ląstelių membranų struktūra ir funkcijos
Ląstelės membrana supa gyvų ląstelių citoplazmą, fiziškai atskirdama tarpląstelinius komponentus nuo išorinės aplinkos. Grybai, bakterijos ir augalai taip pat turi ląstelių sieneles, kurios užtikrina apsaugą ir neleidžia prasiskverbti didelėms molekulėms. Ląstelių membranos taip pat vaidina svarbų vaidmenįcitoskeleto susidarymas ir kitų gyvybiškai svarbių dalelių prijungimas prie tarpląstelinės matricos. Tai būtina norint juos laikyti kartu, formuojant kūno audinius ir organus. Ląstelės membranos struktūrinės savybės apima pralaidumą. Pagrindinė funkcija yra apsauga. Membrana susideda iš fosfolipidų sluoksnio su įterptais b altymais. Ši dalis dalyvauja tokiuose procesuose kaip ląstelių adhezija, jonų laidumas ir signalizacijos sistemos ir yra kelių tarpląstelinių struktūrų, įskaitant sienelę, glikokaliksą ir vidinį citoskeletą, tvirtinimo paviršius. Membrana taip pat palaiko ląstelės potencialą, veikdama kaip selektyvus filtras. Jis selektyviai pralaidus jonams ir organinėms molekulėms ir kontroliuoja dalelių judėjimą.
Biologiniai mechanizmai, susiję su ląstelės membrana
1. Pasyvi difuzija: kai kurios medžiagos (mažos molekulės, jonai), pvz., anglies dioksidas (CO2) ir deguonis (O2), gali difunduoti per plazmos membraną. Apvalkalas veikia kaip kliūtis tam tikroms molekulėms ir jonams, kurie gali būti sutelkti bet kurioje pusėje.
2. Transmembraninis kanalas ir pernešimo b altymas: maistinės medžiagos, pvz., gliukozė ar aminorūgštys, turi patekti į ląstelę, o kai kurie medžiagų apykaitos produktai turi išeiti.
3. Endocitozė yra procesas, kurio metu molekulės paimamos. Plazminėje membranoje susidaro nedidelė deformacija (invaginacija), kurioje praryjama gabenama medžiaga. Tai reikalaujaenergijos ir todėl yra aktyvaus transporto forma.
4. Egzocitozė: vyksta įvairiose ląstelėse, siekiant pašalinti nesuvirškintus medžiagų likučius, atsirandančius dėl endocitozės, siekiant išskirti tokias medžiagas kaip hormonai ir fermentai ir visiškai pernešti medžiagą per ląstelių barjerą.
Molekulinė struktūra
Ląstelių membrana yra biologinė membrana, daugiausia susidedanti iš fosfolipidų ir atskirianti visos ląstelės turinį nuo išorinės aplinkos. Įprastomis sąlygomis formavimosi procesas vyksta spontaniškai. Norint suprasti šį procesą ir teisingai apibūdinti ląstelių membranų sandarą ir funkcijas bei savybes, būtina įvertinti fosfolipidinių struktūrų, kurioms būdinga struktūrinė poliarizacija, prigimtį. Kai fosfolipidai citoplazmos vandens aplinkoje pasiekia kritinę koncentraciją, jie susijungia į miceles, kurios yra stabilesnės vandens aplinkoje.
Membranos savybės
- Stabilumas. Tai reiškia, kad po membranos susidarymo ji nesugrius.
- Jėga. Lipidinė membrana yra pakankamai patikima, kad neprasiskverbtų į polinę medžiagą; tiek ištirpusios medžiagos (jonai, gliukozė, aminorūgštys), tiek daug didesnės molekulės (b altymai) negali praeiti pro susidariusią sieną.
- Dinamiškas charakteris. Tai bene svarbiausia savybė, įvertinant ląstelės struktūrą. Ląstelės membrana galigali būti įvairių deformacijų, gali būti sulankstytas ir lankstomas nesugriuvus. Ypatingomis aplinkybėmis, pavyzdžiui, susiliejus pūslėms ar pumpurams, jis gali būti sulūžęs, tačiau tik laikinai. Kambario temperatūroje jo lipidų sudedamosios dalys nuolat, chaotiškai juda, sudarydamos stabilią skysčio ribą.
Skystos mozaikos modelis
Kalbant apie ląstelių membranų struktūrą ir funkcijas, svarbu pažymėti, kad šiuolaikiniu požiūriu membraną kaip skystos mozaikos modelį 1972 m. laikė mokslininkai Singeris ir Nicholsonas. Jų teorija atspindi tris pagrindines membranos struktūros ypatybes. Integruoti membranos b altymai suteikia membranai mozaikinį šabloną ir dėl skirtingo lipidų organizavimo pobūdžio jie gali judėti šoninėje plokštumoje. Transmembraniniai b altymai taip pat gali būti mobilūs. Svarbus membranos struktūros bruožas yra jos asimetrija. Kokia yra ląstelės struktūra? Ląstelės membrana, branduolys, b altymai ir pan. Ląstelė yra pagrindinis gyvybės vienetas, o visi organizmai susideda iš vienos ar daugiau ląstelių, kurių kiekviena turi natūralią barjerą, skiriančią ją nuo aplinkos. Ši išorinė ląstelės siena dar vadinama plazmine membrana. Jį sudaro keturių skirtingų tipų molekulės: fosfolipidai, cholesterolis, b altymai ir angliavandeniai. Skystos mozaikos modelis ląstelės membranos struktūrą apibūdina taip: lanksti ir elastinga, savo konsistencija panaši į augalinį aliejų, kad viskasatskiros molekulės tiesiog plūduriuoja skystoje terpėje ir visos jos gali judėti į šonus tame apvalkale. Mozaika yra kažkas, kuriame yra daug skirtingų detalių. Plazminėje membranoje jį sudaro fosfolipidai, cholesterolio molekulės, b altymai ir angliavandeniai.
Fosfolipidai
Fosfolipidai sudaro pagrindinę ląstelės membranos struktūrą. Šios molekulės turi du skirtingus galus: galvą ir uodegą. Galvos gale yra fosfato grupė ir jis yra hidrofilinis. Tai reiškia, kad jį traukia vandens molekulės. Uodega sudaryta iš vandenilio ir anglies atomų, vadinamų riebalų rūgščių grandinėmis. Šios grandinės yra hidrofobinės, jos nemėgsta maišytis su vandens molekulėmis. Šis procesas panašus į tai, kas vyksta, kai į vandenį pilate augalinį aliejų, tai yra, jis jame netirpsta. Ląstelės membranos struktūrinės ypatybės yra susijusios su vadinamuoju lipidų dvisluoksniu sluoksniu, kurį sudaro fosfolipidai. Hidrofilinio fosfato galvutės visada yra ten, kur yra vandens tarpląstelinio ir tarpląstelinio skysčio pavidalu. Fosfolipidų hidrofobinės uodegos membranoje yra išdėstytos taip, kad apsaugotų jas nuo vandens.
Cholesterolis, b altymai ir angliavandeniai
Kai žmonės girdi žodį „cholesterolis“, žmonės dažniausiai galvoja, kad tai blogai. Tačiau cholesterolis iš tikrųjų yra labai svarbus ląstelių membranų komponentas. Jo molekulės susideda iš keturių vandenilio ir anglies atomų žiedų. Jie yra hidrofobiniai ir atsiranda tarp hidrofobinių lipidų dvigubo sluoksnio uodegų. Jų svarba slypi tameišlaikant konsistenciją, jie sustiprina membranas ir neleidžia kryžminti. Cholesterolio molekulės taip pat neleidžia fosfolipidų uodegoms liestis ir sukietėti. Tai garantuoja sklandumą ir lankstumą. Membraniniai b altymai veikia kaip fermentai, pagreitinantys chemines reakcijas, veikia kaip specifinių molekulių receptoriai arba perneša medžiagas per ląstelės membraną.
Angliavandeniai arba sacharidai randami tik tarpląstelinėje ląstelės membranos pusėje. Kartu jie sudaro glikokaliksą. Suteikia plazminės membranos amortizaciją ir apsaugą. Remdamasis glikokalikso angliavandenių struktūra ir tipu, organizmas gali atpažinti ląsteles ir nuspręsti, ar jos turi būti, ar ne.
Membraniniai b altymai
Gyvūninės ląstelės ląstelės membranos struktūra neįsivaizduojama be tokio reikšmingo komponento kaip b altymas. Nepaisant to, jie savo dydžiu gali būti gerokai mažesni už kitą svarbų komponentą – lipidus. Yra trys pagrindiniai membraniniai b altymai.
- Integralus. Jie visiškai padengia dvisluoksnę, citoplazmą ir tarpląstelinę aplinką. Jie atlieka transportavimo ir signalizacijos funkciją.
- Periferinis įrenginys. B altymai yra prijungti prie membranos elektrostatiniais arba vandeniliniais ryšiais savo citoplazminiame arba tarpląsteliniame paviršiuje. Jie pirmiausia naudojami kaip integruotų b altymų prijungimo priemonė.
- Transmembraninė. Jie atlieka fermentines ir signalines funkcijas, taip pat moduliuoja pagrindinę lipidinio dvisluoksnio membranos struktūrą.
Biologinių membranų funkcijos
Hidrofobinis efektas, reguliuojantis angliavandenilių elgesį vandenyje, kontroliuoja struktūras, kurias sudaro membranos lipidai ir membranos b altymai. Daugelį membranų savybių suteikia lipidų dvisluoksnių sluoksnių nešikliai, kurie sudaro pagrindinę visų biologinių membranų struktūrą. Integraliniai membraniniai b altymai yra iš dalies paslėpti lipidų dvisluoksnyje. Transmembraniniai b altymai turi specializuotą aminorūgščių struktūrą savo pirminėje sekoje.
Periferinės membranos b altymai yra labai panašūs į tirpius, tačiau jie taip pat yra surišti su membrana. Specializuotos ląstelių membranos atlieka specializuotas ląstelių funkcijas. Kaip ląstelių membranų struktūra ir funkcijos veikia organizmą? Nuo to, kaip išsidėsčiusios biologinės membranos, priklauso viso organizmo funkcionalumas. Iš tarpląstelinių organelių, tarpląstelinės ir tarpląstelinės membranų sąveikos sukuriamos struktūros, reikalingos biologinėms funkcijoms organizuoti ir atlikti. Daugelis struktūrinių ir funkcinių savybių būdingos bakterijoms, eukariotų ląstelėms ir apvalkalą turintiems virusams. Visos biologinės membranos yra pastatytos ant lipidų dvigubo sluoksnio, kuris lemia daugelio bendrų savybių buvimą. Membraniniai b altymai atlieka daug specifinių funkcijų.
- Valdymas. Ląstelių plazminės membranos apibrėžia ląstelės sąveikos su aplinka ribas.
- Transportas. Ląstelių tarpląstelinės membranos yra suskirstytos į keletą funkcinių blokų, turinčių skirtingusvidinė sudėtis, kurių kiekvieną palaiko būtina transportavimo funkcija kartu su kontrolės pralaidumu.
- Signalo perdavimas. Membranos suliejimas suteikia tarpląstelinio vezikulinio pranešimo mechanizmą ir neleidžia įvairiems virusams laisvai patekti į ląstelę.
Prasmė ir išvados
Išorinės ląstelės membranos struktūra veikia visą kūną. Jis atlieka svarbų vaidmenį saugant vientisumą, nes leidžia prasiskverbti tik pasirinktoms medžiagoms. Tai taip pat yra geras pagrindas citoskeletui ir ląstelės sienelei pritvirtinti, o tai padeda išlaikyti ląstelės formą. Lipidai sudaro apie 50% daugumos ląstelių membranos masės, nors tai skiriasi priklausomai nuo membranos tipo. Žinduolių išorinės ląstelės membranos struktūra sudėtingesnė, joje yra keturi pagrindiniai fosfolipidai. Svarbi lipidų dvisluoksnių savybė yra ta, kad jie elgiasi kaip dvimatis skystis, kuriame atskiros molekulės gali laisvai suktis ir judėti į šoną. Toks sklandumas yra svarbi membranų savybė, kuri priklauso nuo temperatūros ir lipidų sudėties. Dėl angliavandenilio žiedo struktūros cholesterolis vaidina svarbų vaidmenį nustatant membranų sklandumą. Selektyvus biologinių membranų pralaidumas mažoms molekulėms leidžia ląstelei kontroliuoti ir išlaikyti savo vidinę struktūrą.
Atsižvelgdami į ląstelės struktūrą (ląstelės membraną, branduolį ir pan.), galime daryti išvadą, kadkad kūnas yra savireguliacinė sistema, kuri negali sau pakenkti be pašalinės pagalbos ir visada ieškos būdų, kaip atkurti, apsaugoti ir tinkamai funkcionuoti kiekvienai ląstelei.
