Plasmamembraani funktsioonid, tähendus ja struktuur. Rakk ja rakumembraan

Kõik elusorganismid jagunevad olenevalt raku ehitusest kolme rühma (vt joonis 1):

1. Prokarüootid (mittetuumalised)

2. Eukarüootid (tuuma)

3. Viirused (mitterakulised)

Riis. 1. Elusorganismid

Selles õppetükis hakkame uurima eukarüootsete organismide, mille hulka kuuluvad taimed, seened ja loomad, rakkude ehitust. Nende rakud on prokarüootsete rakkudega võrreldes suurimad ja keerukamad.

Nagu teate, on rakud iseseisvaks tegevuseks võimelised. Nad võivad vahetada ainet ja energiat keskkonnaga, samuti kasvada ja paljuneda, seega on raku sisemine struktuur väga keeruline ja sõltub eelkõige funktsioonist, mida rakk paljurakse organismis täidab.

Kõigi rakkude ehituspõhimõtted on samad. Igas eukarüootses rakus saab eristada järgmisi põhiosi (vt joonis 2):

1. Välismembraan, mis eraldab raku sisu väliskeskkonnast.

2. Tsütoplasma organellidega.

Riis. 2. Eukarüootse raku põhiosad

Mõiste "membraan" pakuti välja umbes sada aastat tagasi, et tähistada raku piire, kuid elektronmikroskoopia arenedes sai selgeks, et rakumembraan on osa raku struktuurielementidest.

1959. aastal sõnastas J. D. Robertson elementaarmembraani hüpoteesi, mille kohaselt on loomade ja taimede rakumembraanid ehitatud sama tüübi järgi.

1972. aastal tegid selle ettepaneku Singer ja Nicholson, mis on praegu üldtunnustatud. Selle mudeli järgi on mis tahes membraani aluseks kahekordne fosfolipiidide kiht.

Fosfolipiidides (fosfaatrühma sisaldavad ühendid) koosnevad molekulid polaarsest peast ja kahest mittepolaarsest sabast (vt joonis 3).

Riis. 3. Fosfolipiid

Fosfolipiidide kaksikkihis on hüdrofoobsed rasvhappejäägid suunatud sissepoole, samas kui hüdrofiilsed pead, sealhulgas fosforhappejääk, on väljapoole (vt joonis 4).

Riis. 4. Fosfolipiidne kaksikkiht

Fosfolipiidne kaksikkiht on esitatud dünaamilise struktuurina, lipiidid võivad liikuda, muutes oma positsiooni.

Lipiidide topeltkiht tagab membraani barjäärifunktsiooni, takistades raku sisu levikut ja takistab toksiliste ainete sattumist rakku.

Piirmembraani olemasolu raku ja keskkonna vahel oli teada juba ammu enne elektronmikroskoobi tulekut. Füüsikalised keemikud eitasid plasmamembraani olemasolu ja uskusid, et elava kolloidse sisu ja keskkonna vahel on liides, kuid Pfeffer (saksa botaanik ja taimefüsioloog) kinnitas 1890. aastal selle olemasolu.

Eelmise sajandi alguses avastas Overton (Briti füsioloog ja bioloog), et paljude ainete erütrotsüütidesse tungimise kiirus on otseselt võrdeline nende lipiidide lahustuvusega. Sellega seoses väitis teadlane, et membraan sisaldab suures koguses lipiide ja aineid, mis lahustuvad selles, läbivad selle ja satuvad membraani teisele poole.

1925. aastal eraldasid Gorter ja Grendel (Ameerika bioloogid) erütrotsüütide rakumembraanist lipiidid. Saadud lipiidid jaotati veepinnale ühe molekuli paksusega. Selgus, et lipiidikihi poolt hõivatud pindala on kaks korda suurem kui erütrotsüütide enda pindala. Seetõttu jõudsid need teadlased järeldusele, et rakumembraan ei koosne mitte ühest, vaid kahest lipiidide kihist.

Dawson ja Danielli (Inglise bioloogid) väitsid 1935. aastal, et rakumembraanides on bimolekulaarne lipiidikiht suletud kahe valgumolekulide kihi vahele (vt joonis 5).

Riis. 5. Dawsoni ja Danielli pakutud membraanimudel

Elektronmikroskoobi tulekuga sai võimalikuks tutvuda membraani ehitusega ning seejärel leiti, et looma- ja taimerakkude membraanid näevad välja nagu kolmekihiline struktuur (vt joonis 6).

Riis. 6. Rakumembraan mikroskoobi all

1959. aastal esitas bioloog J. D. Robertson tol ajal olemasolevaid andmeid kombineerides hüpoteesi "elementaarmembraani" struktuuri kohta, milles ta postuleeris kõikidele bioloogilistele membraanidele ühise struktuuri.

Robertsoni postulaadid "elementaarmembraani" struktuuri kohta

1. Kõik membraanid on umbes 7,5 nm paksused.

2. Elektronmikroskoobis tunduvad nad kõik kolmekihilised.

3. Membraani kolmekihiline vaade on tingitud täpselt valkude ja polaarsete lipiidide paigutusest, mis oli ette nähtud Dawsoni ja Danielli mudeliga – tsentraalne lipiidide kaksikkiht on suletud kahe valgukihi vahele.

See hüpotees "elementaarmembraani" struktuuri kohta on läbi teinud mitmesuguseid muutusi ja selle esitas 1972. aastal membraani vedeliku mosaiikmudel(vt joonis 7), mis on nüüdseks üldtunnustatud.

Riis. 7. Membraani vedelikumosaiikmudel

Valgu molekulid on sukeldatud membraani lipiidide kaksikkihti, need moodustavad liikuva mosaiigi. Vastavalt nende asukohale membraanis ja sellele, kuidas nad interakteeruvad lipiidide kaksikkihiga, võib valgud jagada järgmisteks osadeks:

- pindmine (või perifeerne) lipiidide kaksikkihi hüdrofiilse pinnaga seotud membraanivalgud;

- integraal (membraan) valgud, mis on sisestatud kaksikkihi hüdrofoobsesse piirkonda.

Integraalsed valgud erinevad kahekihilise kihi hüdrofoobsesse piirkonda sukeldumise astme poolest. Neid saab täielikult vee alla panna lahutamatu) või osaliselt vee all ( poolintegraalne) ja võib tungida läbi membraani ka läbi ( transmembraanne).

Membraanvalgud võib nende funktsioonide järgi jagada kahte rühma:

- struktuurne valgud. Need on osa rakumembraanidest ja osalevad nende struktuuri säilitamises.

- dünaamiline valgud. Need asuvad membraanidel ja osalevad sellel toimuvates protsessides.

Dünaamilisi valke on kolm klassi.

1. Retseptor. Nende valkude abil tajub rakk oma pinnal mitmesuguseid mõjutusi. See tähendab, et nad seovad spetsiifiliselt ühendeid, nagu hormoonid, neurotransmitterid, toksiinid membraani välisküljel, mis toimib signaalina erinevate protsesside muutmiseks rakus või membraanis endas.

2. Transport. Need valgud transpordivad teatud aineid läbi membraani, nad moodustavad ka kanaleid, mille kaudu transporditakse rakku ja sealt välja erinevaid ioone.

3. Ensümaatiline. Need on membraanis paiknevad ensüümvalgud, mis osalevad erinevates keemilistes protsessides.

Ainete transport läbi membraani

Lipiidide kaksikkihid on suures osas mitteläbilaskvad paljudele ainetele, mistõttu kulub ainete transportimiseks läbi membraani palju energiat, samuti on vajalik erinevate struktuuride teke.

Transporte on kahte tüüpi: passiivne ja aktiivne.

Passiivne transport

Passiivne transport on molekulide liikumine mööda kontsentratsioonigradienti. See tähendab, et selle määrab ainult ülekantud aine kontsentratsiooni erinevus membraani vastaskülgedel ja see viiakse läbi ilma energiakuluta.

Passiivset transporti on kahte tüüpi:

- lihtne difusioon(vt joonis 8), mis toimub ilma membraanivalgu osaluseta. Lihtsa difusiooni mehhanismiks on gaaside (hapnik ja süsinikdioksiid), vee ja mõnede lihtsate orgaaniliste ioonide transmembraanne ülekanne. Lihtne difusioon on aeglane.

Riis. 8. Lihtne difusioon

- hõlbustatud difusioon(vt joonis 9) erineb lihtsast selle poolest, et see toimub kandevalkude osalusel. See protsess on spetsiifiline ja kulgeb kiiremini kui lihtne difusioon.

Riis. 9. Hõlbustatud difusioon

Tuntud on kahte tüüpi membraani transportvalke: kandevalgud (translokaasid) ja kanaleid moodustavad valgud. Transpordivalgud seovad spetsiifilisi aineid ja kannavad neid mööda kontsentratsioonigradienti läbi membraani ning järelikult ei nõua see protsess, nagu ka lihtsa difusiooni korral, ATP energia kulutamist.

Toiduosakesed ei pääse membraanist läbi, nad sisenevad rakku endotsütoosi teel (vt joonis 10). Endotsütoosi ajal moodustab plasmamembraan invaginatsioone ja väljakasvu, haarab kinni toidu tahke osakese. Toidubooluse ümber moodustub vakuool (või vesiikul), mis seejärel eraldub plasmamembraanist ja vaakumis olev tahke osake on raku sees.

Riis. 10. Endotsütoos

Endotsütoosi on kahte tüüpi.

1. Fagotsütoos- tahkete osakeste neeldumine. Spetsialiseerunud rakke, mis teostavad fagotsütoosi, nimetatakse fagotsüüdid.

2. pinotsütoos- vedela materjali (lahus, kolloidlahus, suspensioonid) imendumine.

Eksotsütoos(vt joonis 11) – endotsütoosile vastupidine protsess. Rakus sünteesitavad ained, näiteks hormoonid, pakitakse rakumembraaniga sobivatesse membraani vesiikulitesse, sisestatakse sellesse ja vesiikuli sisu väljutatakse rakust. Samamoodi saab rakk vabaneda ebavajalikest ainevahetusproduktidest.

Riis. 11. Eksotsütoos

aktiivne transport

Erinevalt hõlbustatud difusioonist on aktiivne transport ainete liikumine vastu kontsentratsioonigradienti. Sel juhul liiguvad ained madalama kontsentratsiooniga piirkonnast suurema kontsentratsiooniga piirkonda. Kuna selline liikumine toimub normaalsele difusioonile vastupidises suunas, peab rakk selles protsessis energiat kulutama.

Aktiivse transpordi näidete hulgas on kõige paremini uuritud nn naatrium-kaaliumpump. See pump pumpab naatriumiioone rakust välja ja pumbab ATP energia abil rakku kaaliumiioone.

1. Struktuurne (rakumembraan eraldab raku keskkonnast).

2. Transport (ained transporditakse läbi rakumembraani ja rakumembraan on väga selektiivne filter).

3. Retseptor (membraani pinnal asuvad retseptorid tajuvad välismõjusid, edastavad selle info rakku, võimaldades tal kiiresti reageerida keskkonnamuutustele).

Lisaks ülalloetletule täidab membraan ka metaboolset ja energiat muundavat funktsiooni.

metaboolne funktsioon

Bioloogilised membraanid osalevad otseselt või kaudselt ainete metaboolsetes transformatsioonides rakus, kuna enamik ensüüme on seotud membraanidega.

Ensüümide lipiidne keskkond membraanis loob teatud tingimused nende funktsioneerimiseks, seab piirangud membraanivalkude aktiivsusele ja omab seega ainevahetusprotsesse reguleerivat toimet.

Energia muundamise funktsioon

Paljude biomembraanide kõige olulisem funktsioon on ühe energiavormi muundamine teiseks.

Energiat muundavate membraanide hulka kuuluvad mitokondrite sisemembraanid, kloroplastide tülakoidid (vt joonis 12).

Riis. 12. Mitokondrid ja kloroplastid

Bibliograafia

  1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Üldbioloogia 10-11 klass Bustard, 2005. a.
  2. Bioloogia. 10. klass. Üldine bioloogia. Algtase / P.V. Izhevsky, O.A. Kornilova, T.E. Loshchilin ja teised - 2. väljaanne, muudetud. - Ventana-Graf, 2010. - 224 lk.
  3. Beljajev D.K. Bioloogia 10-11 klass. Üldine bioloogia. Põhitase. - 11. väljaanne, stereotüüp. - M.: Haridus, 2012. - 304 lk.
  4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Bioloogia 10-11 klass. Üldine bioloogia. Põhitase. - 6. väljaanne, lisa. - Bustard, 2010. - 384 lk.
  1. Ayzdorov.ru ().
  2. Youtube.com().
  3. Doctor-v.ru ().
  4. Animals-world.ru ().

Kodutöö

  1. Mis on rakumembraani struktuur?
  2. Millised on lipiidide omadused membraanide moodustamiseks?
  3. Milliste funktsioonide tõttu on valgud võimelised osalema ainete transportimisel läbi membraani?
  4. Loetlege plasmamembraani funktsioonid.
  5. Kuidas toimub passiivne transport läbi membraani?
  6. Kuidas toimub aktiivne transport läbi membraani?
  7. Mis on naatrium-kaaliumpumba funktsioon?
  8. Mis on fagotsütoos, pinotsütoos?

Loomarakkude välimine rakumembraan (plasmalemma, tsütolemma, plasmamembraan). väljastpoolt (st tsütoplasmaga kokkupuutuvalt küljelt) kaetud oligosahhariidahelate kihiga, mis on kovalentselt seotud membraanivalkude (glükoproteiinide) ja vähemal määral lipiididega (glükolipiididega). Seda membraani süsivesikute katet nimetatakse glükokalüks. Glükokalüksi eesmärk pole veel väga selge; Eeldatakse, et see struktuur osaleb rakkudevahelise äratundmise protsessides.

Taimerakkudes raku välismembraani peal on tihe pooridega tselluloosikiht, mille kaudu toimub side naaberrakkude vahel tsütoplasmaatiliste sildade kaudu.

Rakud seened peal plasmalemma - tihe kiht kitiin.

Kell bakterid – mureina.

Bioloogiliste membraanide omadused

1. Oskus ise kokku panna pärast hävitavat mõju. Selle omaduse määravad fosfolipiidimolekulide füüsikalis-keemilised omadused, mis vesilahuses ühinevad nii, et molekulide hüdrofiilsed otsad pöörduvad väljapoole ja hüdrofoobsed otsad sissepoole. Valke saab lisada valmis fosfolipiidikihtidesse. Rakutasandil on oluline võime ise kokku panna.

2. Poolläbilaskvus(selektiivsus ioonide ja molekulide ülekandmisel). Tagab ioonse ja molekulaarse koostise püsivuse säilimise rakus.

3. Membraani voolavus. Membraanid ei ole jäigad struktuurid, nad kõikuvad pidevalt lipiidide ja valgu molekulide pöörlevate ja võnkuvate liikumiste tõttu. See tagab membraanides ensümaatiliste ja muude keemiliste protsesside suure kiiruse.

4. Membraanide fragmentidel puuduvad vabad otsad, kuna need on mullides suletud.

Välise rakumembraani (plasmalemma) funktsioonid

Plasmalemma põhifunktsioonid on järgmised: 1) barjäär, 2) retseptor, 3) vahetus, 4) transport.

1. barjäärifunktsioon. See väljendub selles, et plasmalemma piirab raku sisu, eraldades selle väliskeskkonnast ja rakusisesed membraanid jagavad tsütoplasma eraldi reaktsiooniliseks. sektsioonid.

2. retseptori funktsioon. Plasmalemma üks olulisemaid funktsioone on tagada raku side (ühendus) väliskeskkonnaga läbi membraanides esineva valgu- või glükoproteiini iseloomuga retseptoraparaadi. Plasmalemma retseptormoodustiste põhiülesanne on väliste signaalide äratundmine, mille tõttu rakud on õigesti orienteeritud ja moodustavad diferentseerumisprotsessis kudesid. Erinevate regulatsioonisüsteemide aktiivsus, samuti immuunvastuse teke on seotud retseptori funktsiooniga.

    vahetusfunktsioon määrab ensüümvalkude sisaldus bioloogilistes membraanides, mis on bioloogilised katalüsaatorid. Nende aktiivsus varieerub sõltuvalt keskkonna pH-st, temperatuurist, rõhust, nii substraadi kui ka ensüümi enda kontsentratsioonist. Ensüümid määravad võtmereaktsioonide intensiivsuse ainevahetust, samuti orientatsiooni.

    Membraanide transpordifunktsioon. Membraan tagab erinevate kemikaalide valikulise tungimise rakku ja rakust keskkonda. Ainete transport on vajalik selleks, et säilitada rakus sobiv pH, õige ioonkontsentratsioon, mis tagab raku ensüümide efektiivsuse. Transport varustab toitaineid, mis toimivad energiaallikana, aga ka materjali erinevate rakukomponentide moodustamiseks. See määrab mürgiste jäätmete eemaldamise rakust, erinevate kasulike ainete eritumise ning närvi- ja lihastegevuseks vajalike ioonsete gradientide tekke.Ainete ülekandekiiruse muutused võivad kaasa tuua häireid bioenergeetilises protsessis, vee-soola ainevahetuses. , erutuvust ja muid protsesse. Nende muutuste korrigeerimine on paljude ravimite toime aluseks.

Ainete sisenemisel rakku ja rakust välja väliskeskkonda on kaks peamist viisi;

    passiivne transport,

    aktiivne transport.

Passiivne transport kulgeb mööda keemilise või elektrokeemilise kontsentratsiooni gradienti ilma ATP energiat kulutamata. Kui transporditava aine molekulil puudub laeng, siis passiivse transpordi suuna määrab ainult selle aine kontsentratsiooni erinevus mõlemal pool membraani (keemiline kontsentratsioonigradient). Kui molekul on laetud, mõjutab selle transporti nii keemiline kontsentratsioonigradient kui ka elektriline gradient (membraani potentsiaal).

Mõlemad gradiendid koos moodustavad elektrokeemilise gradiendi. Ainete passiivset transporti saab läbi viia kahel viisil: lihtne difusioon ja hõlbustatud difusioon.

Lihtsa difusiooniga soolaioonid ja vesi võivad tungida läbi selektiivsete kanalite. Neid kanaleid moodustavad mõned transmembraansed valgud, mis moodustavad ots-otsa transporditeid, mis on avatud püsivalt või vaid lühiajaliselt. Selektiivsete kanalite kaudu tungivad sisse mitmesugused molekulid, mille suurus ja laeng vastavad kanalitele.

Lihtsa difusiooni jaoks on veel üks viis - see on ainete difusioon lipiidide kaksikkihi kaudu, millest rasvlahustuvad ained ja vesi kergesti läbivad. Lipiidide kaksikkiht on laetud molekulidele (ioonidele) mitteläbilaskev ning samal ajal võivad laenguta väikesed molekulid vabalt difundeeruda ning mida väiksem on molekul, seda kiiremini see transporditakse. Vee üsna kõrge difusiooni kiirus läbi lipiidide kaksikkihi on tingitud just selle molekulide väiksusest ja laengu puudumisest.

Hõlbustatud difusiooniga ainete transportimisel osalevad valgud - kandjad, mis töötavad "ping-pongi" põhimõttel. Sel juhul eksisteerib valk kahes konformatsioonilises olekus: "pong" olekus on transporditava aine seondumiskohad avatud kaksikkihi välisküljel ja "ping" olekus avanevad samad saidid teisel pool. pool. See protsess on pöörduv. Millise poole pealt on aine seondumiskoht antud ajahetkel avatud, sõltub selle aine kontsentratsioonigradiendist.

Nii läbivad membraani suhkrud ja aminohapped.

Lihtsustatud difusiooni korral suureneb ainete transpordikiirus oluliselt võrreldes lihtsa difusiooniga.

Lisaks kandevalkudele osalevad hõlbustatud difusioonis ka mõned antibiootikumid, nagu gramitsidiin ja valinomütsiin.

Kuna need pakuvad ioonide transporti, nimetatakse neid ionofoorid.

Ainete aktiivne transport rakus. Seda tüüpi transpordiga kaasneb alati energiakulu. Aktiivseks transpordiks vajalik energiaallikas on ATP. Seda tüüpi transpordi iseloomulik tunnus on see, et seda teostatakse kahel viisil:

    ensüümide abil, mida nimetatakse ATPaasideks;

    transport membraanpakendis (entsütoos).

AT raku välimine membraan sisaldab ensüümvalke nagu ATPaasid, mille ülesanne on pakkuda aktiivset transporti ioonid kontsentratsiooni gradiendi vastu. Kuna need tagavad ioonide transpordi, nimetatakse seda protsessi ioonpumbaks.

Loomarakus on neli peamist ioonide transpordisüsteemi. Kolm neist tagavad ülekande läbi bioloogiliste membraanide.Na + ja K +, Ca +, H + ja neljas - prootonite ülekanne mitokondriaalse hingamisahela töö käigus.

Aktiivse ioonide transpordimehhanismi näide on naatrium-kaaliumpump loomarakkudes. See hoiab rakus püsivat naatriumi- ja kaaliumiioonide kontsentratsiooni, mis erineb nende ainete kontsentratsioonist keskkonnas: tavaliselt on rakus vähem naatriumioone kui keskkonnas ja rohkem kaaliumi.

Selle tulemusena kipub kaalium vastavalt lihtsa difusiooni seadustele rakust lahkuma ja naatrium difundeerub rakku. Erinevalt lihtsast difusioonist pumpab naatrium-kaaliumpump pidevalt rakust välja naatriumi ja süstib kaaliumi: kolme väljapaisatud naatriumi molekuli kohta on rakku kaks kaaliumimolekuli.

Selle naatrium-kaaliumioonide transpordi tagab ATP-sõltuv ensüüm, mis paikneb membraanis nii, et see läbib kogu selle paksuse.Naatrium ja ATP sisenevad sellesse ensüümi membraani seest, kaalium aga membraani sisemusest. väljaspool.

Naatriumi ja kaaliumi ülekanne läbi membraani toimub konformatsiooniliste muutuste tulemusena, mille läbib naatrium-kaalium-sõltuv ATPaas, mis aktiveerub, kui naatriumi kontsentratsioon rakus või kaaliumi kontsentratsioon keskkonnas suureneb.

Selle pumba toiteks on vaja ATP hüdrolüüsi. Seda protsessi tagab sama ensüüm, naatrium-kaalium sõltuv ATP-aas. Samal ajal kulub üle kolmandiku puhkeolekus loomaraku tarbitavast ATP-st naatrium-kaaliumpumba tööle.

Naatrium-kaaliumpumba nõuetekohase toimimise rikkumine põhjustab mitmesuguseid tõsiseid haigusi.

Selle pumba kasutegur ületab 50%, mida ei saavuta inimese loodud kõige arenenumad masinad.

Paljusid aktiivseid transpordisüsteeme juhib pigem ioonsetes gradientides salvestatud energia kui ATP otsene hüdrolüüs. Kõik need toimivad kaastranspordisüsteemidena (hõlbustades madala molekulmassiga ühendite transporti). Näiteks teatud suhkrute ja aminohapete aktiivne transport loomarakkudesse määratakse naatriumioonide gradiendi järgi ja mida kõrgem on naatriumioonide gradient, seda suurem on glükoosi imendumise kiirus. Ja vastupidi, kui naatriumi kontsentratsioon rakkudevahelises ruumis märkimisväärselt väheneb, peatub glükoosi transport. Sel juhul peab naatrium ühinema naatriumist sõltuva glükoosikandjavalguga, millel on kaks seondumiskohta: üks glükoosile ja teine ​​naatriumile. Rakku tungivad naatriumioonid aitavad kaasa kandevalgu sisenemisele rakku koos glükoosiga. Koos glükoosiga rakku sisenenud naatriumioonid pumbatakse välja naatrium-kaalium-sõltuv ATPaas, mis naatriumikontsentratsiooni gradienti säilitades kontrollib kaudselt glükoosi transporti.

Ainete transport membraanpakendis. Suured biopolümeeride molekulid ei suuda praktiliselt läbi plasmalemma tungida ühegi ülalkirjeldatud ainete rakku transportimise mehhanismi abil. Need püütakse kinni raku poolt ja imenduvad membraanipakendisse, mida nimetatakse endotsütoos. Viimane jaguneb formaalselt fagotsütoosiks ja pinotsütoosiks. Tahkete osakeste püüdmine raku poolt on fagotsütoos ja vedelik - pinotsütoos. Endotsütoosi ajal täheldatakse järgmisi etappe:

    imendunud aine vastuvõtmine rakumembraani retseptorite tõttu;

    membraani invaginatsioon koos mulli (vesiikulite) moodustumisega;

    endotsüütilise vesiikuli eraldamine membraanist energiakuluga - fagosoomide moodustumine ja membraani terviklikkuse taastamine;

Fagosoomi sulandumine lüsosoomiga ja moodustumine fagolüsosoomid (seedetrakti vakuool), milles toimub imendunud osakeste seedimine;

    fagolüsosoomi seedimata materjali eemaldamine rakust ( eksotsütoos).

Loomade maailmas endotsütoos on iseloomulik paljude ainuraksete organismide toitumisviis (näiteks amööbides) ja mitmerakuliste organismide hulgas leidub seda tüüpi toiduosakeste seedimist endodermaalsetes rakkudes koelenteraatides. Imetajate ja inimeste puhul on neil retikulo-histio-endoteliaalne rakusüsteem, millel on võime endotsütoosiks. Näiteks vere leukotsüüdid ja maksa Kupfferi rakud. Viimased ääristavad maksa nn sinusoidseid kapillaare ja püüavad kinni mitmesuguseid veres hõljuvaid võõrosakesi. Eksotsütoos- see on ka viis, kuidas eemaldada mitmerakulise organismi rakust tema poolt eritatav substraat, mis on vajalik teiste rakkude, kudede ja elundite talitluseks.

Selle paksus on 8-12 nm, mistõttu on seda võimatu valgusmikroskoobiga uurida. Membraani struktuuri uuritakse elektronmikroskoobi abil.

Plasmamembraani moodustavad kaks lipiidide kihti – lipiidikiht ehk kaksikkiht. Iga molekul koosneb hüdrofiilsest peast ja hüdrofoobsest sabast ning bioloogilistes membraanides paiknevad lipiidid pead väljapoole, sabad sissepoole.

Arvukad valgumolekulid on sukeldatud bilipiidkihti. Mõned neist asuvad membraani pinnal (välimisel või sisemisel), teised tungivad läbi membraani.

Plasmamembraani funktsioonid

Membraan kaitseb raku sisu kahjustuste eest, hoiab raku kuju, suunab selektiivselt rakku vajalikke aineid ja eemaldab ainevahetusprodukte ning tagab ka rakkudevahelise suhtluse.

Membraani piiritlev funktsioon tagab kahekordse lipiidikihi. See ei lase raku sisul levida, seguneda keskkonna ega rakkudevahelise vedelikuga ning takistab ohtlike ainete tungimist rakku.

Mitmed tsütoplasmaatilise membraani kõige olulisemad funktsioonid täidetakse sellesse sukeldatud valkude tõttu. Retseptorvalkude abil suudab ta oma pinnal tajuda erinevaid ärritusi. Transpordivalgud moodustavad kõige õhemad kanalid, mille kaudu kaalium, kaltsium ja muud väikese läbimõõduga ioonid rakku sisenevad ja sealt välja lähevad. Valgud – tagavad iseenesest elutähtsad protsessid.

Suured toiduosakesed, mis ei suuda läbida õhukesi membraanikanaleid, sisenevad rakku fagotsütoosi või pinotsütoosi teel. Nende protsesside üldnimetus on endotsütoos.

Kuidas tekib endotsütoos – suurte toiduosakeste tungimine rakku

Toiduosake puutub kokku raku välismembraaniga ja sellesse kohta tekib invaginatsioon. Seejärel siseneb membraaniga ümbritsetud osake rakku, moodustub seedimine ja seedeensüümid tungivad moodustunud vesiikulisse.

Valgeid vereliblesid, mis suudavad võõraid baktereid püüda ja seedida, nimetatakse fagotsüütideks.

Pinotsütoosi korral ei haara membraani invaginatsioon tahkeid osakesi, vaid vedeliku tilgad koos selles lahustunud ainetega. See mehhanism on üks peamisi ainete rakku tungimise teid.

Membraaniga kaetud rakuseina tahke kihiga kaetud taimerakud ei ole võimelised fagotsütoosiks.

Endotsütoosi pöördprotsess on eksotsütoos. Sünteesitud ained (näiteks hormoonid) pakitakse membraani vesiikulitesse, lähenevad, sisestatakse sellesse ja vesiikuli sisu väljutatakse rakust. Seega saab rakk vabaneda ka ebavajalikest ainevahetusproduktidest.

Kõik elusorganismid Maal koosnevad rakkudest ja iga rakku ümbritseb kaitsekesta – membraan. Kuid membraani funktsioonid ei piirdu ainult organellide kaitsmise ja ühe raku teisest eraldamisega. Rakumembraan on keeruline mehhanism, mis on otseselt seotud paljunemise, regeneratsiooni, toitumise, hingamise ja paljude teiste oluliste rakufunktsioonidega.

Mõistet "rakumembraan" on kasutatud umbes sada aastat. Sõna "membraan" tähendab ladina keelest "filmi". Aga rakumembraani puhul oleks õigem rääkida kahe teatud viisil omavahel ühendatud kile kombinatsioonist, pealegi on nende kilede erinevatel külgedel erinevad omadused.

Rakumembraan (tsütolemma, plasmalemma) on kolmekihiline lipoproteiini (rasvvalk) kest, mis eraldab iga raku naaberrakkudest ja keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust rakkude ja keskkonna vahel.

Selles määratluses ei ole määrav mitte see, et rakumembraan eraldaks ühe raku teisest, vaid see, et see tagab selle koostoime teiste rakkude ja keskkonnaga. Membraan on väga aktiivne, pidevalt töötav raku struktuur, millele on looduse poolt määratud palju funktsioone. Meie artiklist saate teada kõike rakumembraani koostise, struktuuri, omaduste ja funktsioonide kohta, samuti rakumembraanide talitlushäiretest tulenevate ohtude kohta inimeste tervisele.

Rakumembraanide uurimise ajalugu

1925. aastal suutsid kaks Saksa teadlast Gorter ja Grendel viia läbi kompleksse eksperimendi inimese punaste vereliblede ehk erütrotsüütidega. Osmootse šoki abil said teadlased nn "varjud" - punaste vereliblede tühjad kestad, seejärel panid need ühte hunnikusse ja mõõtsid pindala. Järgmine samm oli lipiidide hulga arvutamine rakumembraanis. Atsetooni abil eraldasid teadlased "varjudest" lipiidid ja tegid kindlaks, et neist piisab kahekordse pideva kihi jaoks.

Katse käigus tehti aga kaks jämedat viga:

    Atsetooni kasutamine ei võimalda kõiki lipiide membraanidest eraldada;

    "Varjude" pindala arvutati kuivkaalu järgi, mis on samuti vale.

Kuna esimene viga andis arvutustes miinuse, teine ​​aga plussi, osutus koondtulemus üllatavalt täpseks ning Saksa teadlased tõid teadusmaailma olulisima avastuse - rakumembraani lipiidide kaksikkihi.

1935. aastal jõudis teine ​​teadlaste paar Danielly ja Dawson pärast pikki katseid bilipiidkiledega järeldusele, et rakumembraanides leidub valke. Ei olnud muud võimalust seletada, miks neil kiledel on nii suur pindpinevus. Teadlased on avalikkuse ette toonud võileivalaadse rakumembraani skemaatilise mudeli, kus saiaviilude rolli täidavad homogeensed lipiid-valgukihid ning nende vahel on õli asemel tühjus.

1950. aastal leidis esimese elektronmikroskoobi abil Danielly-Dawsoni teooria osaliselt kinnitust – rakumembraani mikrofotodel oli selgelt näha kaks kihti, mis koosnesid lipiidi- ja valgupeadest ning nende vahel läbipaistev ruum, mis oli täidetud ainult lipiidide sabadega ja valgud.

1960. aastal töötas Ameerika mikrobioloog J. Robertson nendest andmetest juhindudes välja teooria rakumembraanide kolmekihilise struktuuri kohta, mida peeti pikka aega ainsaks tõeseks. Teaduse arenedes tekkis aga üha enam kahtlusi nende kihtide homogeensuses. Termodünaamika seisukohalt on selline struktuur äärmiselt ebasoodne - rakkudel oleks väga raske transportida aineid kogu “võileiva” kaudu sisse ja välja. Lisaks on tõestatud, et erinevate kudede rakumembraanid on erineva paksuse ja kinnitusviisiga, mis on tingitud elundite erinevatest funktsioonidest.

1972. aastal leidsid mikrobioloogid S.D. Laulja ja G.L. Nicholson suutis kõik Robertsoni teooria ebakõlad selgitada rakumembraani uue vedeliku-mosaiikmudeli abil. Teadlased on leidnud, et membraan on heterogeenne, asümmeetriline, vedelikuga täidetud ja selle rakud on pidevas liikumises. Ja selle moodustavad valgud on erineva struktuuri ja eesmärgiga, lisaks paiknevad nad membraani bilipiidkihi suhtes erinevalt.

Rakumembraanid sisaldavad kolme tüüpi valke:

    Perifeerne - kinnitatud kile pinnale;

    poolintegraalne- tungida osaliselt läbi bilipiidkihi;

    Integraalne - tungib täielikult läbi membraani.

Perifeersed valgud on elektrostaatilise interaktsiooni kaudu seotud membraani lipiidide peadega ja nad ei moodusta kunagi pidevat kihti, nagu varem arvati. Ja poolintegraalsed ja integraalsed valgud transpordivad rakku hapnikku ja toitaineid, samuti eemaldavad lagunemise. selle tooteid ja palju muud mitmete oluliste funktsioonide jaoks, millest saate hiljem teada.


Rakumembraan täidab järgmisi funktsioone:

    Barjäär – membraani läbilaskvus erinevat tüüpi molekulide puhul ei ole ühesugune.Rakumembraanist möödasõiduks peab molekul olema kindla suurusega, keemilised omadused ja elektrilaeng. Kahjulikud või sobimatud molekulid ei saa rakumembraani barjäärifunktsiooni tõttu lihtsalt rakku siseneda. Näiteks kaitseb membraan peroksiidreaktsiooni abil tsütoplasmat talle ohtlike peroksiidide eest;

    Transport – membraani läbib passiivne, aktiivne, reguleeritud ja selektiivne vahetus. Passiivne ainevahetus sobib väga väikestest molekulidest koosnevatele rasvlahustuvatele ainetele ja gaasidele. Sellised ained tungivad difusiooni teel vabalt rakku ja sealt välja ilma energiakuluta. Vajadusel aktiveeritakse rakumembraani aktiivne transpordifunktsioon, kuid raskesti transporditavaid aineid on vaja rakku sisse või sealt välja viia. Näiteks need, kellel on suur molekulaarne suurus või mis ei suuda hüdrofoobsuse tõttu bilipiidkihti ületada. Seejärel hakkavad tööle valgupumbad, sealhulgas ATPaas, mis vastutab kaaliumiioonide imendumise eest rakku ja naatriumioonide väljutamise eest. Reguleeritud transport on oluline sekretsiooni ja fermentatsiooni funktsioonide jaoks, näiteks kui rakud toodavad ja eritavad hormoone või maomahla. Kõik need ained lahkuvad rakkudest spetsiaalsete kanalite kaudu ja etteantud mahus. Ja selektiivne transpordifunktsioon on seotud väga integreeritud valkudega, mis tungivad läbi membraani ja toimivad kanalina rangelt määratletud tüüpi molekulide sisenemiseks ja väljumiseks;

    Maatriks – rakumembraan määrab ja fikseerib organellide paiknemise üksteise suhtes (tuum, mitokondrid, kloroplastid) ning reguleerib nendevahelist vastasmõju;

    Mehaaniline - tagab ühe raku piiramise teisest ja samal ajal rakkude õige ühendamise homogeenseks koeks ja elundite vastupidavuse deformatsioonile;

    Kaitsev - nii taimedes kui loomades on rakumembraan kaitseraami ehitamise aluseks. Näiteks kõva puit, tihe koor, torkivad okkad. Loomamaailmas on ka palju näiteid rakumembraanide kaitsefunktsioonist – kilpkonna kest, kitiinkarp, kabjad ja sarved;

    Energia - fotosünteesi ja rakuhingamise protsessid oleksid võimatud ilma rakumembraani valkude osaluseta, sest rakud vahetavad energiat just valgukanalite abil;

    Retseptor – rakumembraani põimitud valkudel võib olla veel üks oluline funktsioon. Need toimivad retseptoritena, mille kaudu rakk saab signaali hormoonidelt ja neurotransmitteritelt. Ja see on omakorda vajalik närviimpulsside juhtimiseks ja hormonaalsete protsesside normaalseks kulgemiseks;

    Ensümaatiline - veel üks oluline funktsioon, mis on omane mõnedele rakumembraanide valkudele. Näiteks sooleepiteelis sünteesitakse selliste valkude abil seedeensüüme;

    Biopotentsiaal- kaaliumiioonide kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja naatriumiioonide kontsentratsioon, vastupidi, on suurem väljaspool kui sees. See seletab potentsiaalset erinevust: raku sees on laeng negatiivne, väljastpoolt positiivne, mis aitab kaasa ainete liikumisele rakku ja sealt välja ükskõik millises kolmest ainevahetustüübist – fagotsütoos, pinotsütoos ja eksotsütoos;

    Märgistus - rakumembraanide pinnal on nn "märgised" - glükoproteiinidest koosnevad antigeenid (valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidsed kõrvalahelad). Kuna külgahelatel võib olla väga erinevaid konfiguratsioone, saab iga rakutüüp oma ainulaadse märgise, mis võimaldab teistel keharakkudel neid "nägemise järgi" ära tunda ja neile õigesti reageerida. Seetõttu tunnevad näiteks inimese immuunrakud, makrofaagid, kehasse sattunud välismaalase (infektsioon, viirus) kergesti ära ja püüavad seda hävitada. Sama juhtub haigete, muteerunud ja vanade rakkudega – nende rakumembraanil muutub silt ja keha vabaneb neist.

Rakuvahetus toimub läbi membraanide ja seda saab läbi viia kolme peamise reaktsioonitüübi kaudu:

    Fagotsütoos on rakuline protsess, mille käigus membraani sisseehitatud fagotsüütrakud püüavad kinni ja seedivad toitainete tahkeid osakesi. Inimkehas viivad fagotsütoosi läbi kahte tüüpi rakkude membraanid: granulotsüüdid (granuleeritud leukotsüüdid) ja makrofaagid (immuunsuse tapjarakud);

    Pinotsütoos on vedelate molekulide hõivamine, mis puutuvad sellega kokku rakumembraani pinna kaudu. Pinotsütoosi tüübi järgi toitumiseks kasvatab rakk oma membraanile õhukesed kohevad väljakasvud antennide kujul, mis ümbritsevad justkui vedelikutilka, ja tekib mull. Esiteks ulatub see vesiikul membraani pinnast kõrgemale ja seejärel "alla neelatakse" - see peidab end raku sees ja selle seinad ühinevad rakumembraani sisepinnaga. Pinotsütoos esineb peaaegu kõigis elusrakkudes;

    Eksotsütoos on pöördprotsess, mille käigus tekivad raku sees vesiikulid sekretoorse funktsionaalse vedelikuga (ensüüm, hormoon), mis tuleb kuidagi rakust keskkonda eemaldada. Selleks sulandub mull esmalt rakumembraani sisepinnaga, seejärel pundub väljapoole, lõhkeb, ajab sisu välja ja sulandub uuesti membraani pinnaga, seekord väljastpoolt. Eksotsütoos toimub näiteks sooleepiteeli ja neerupealiste koore rakkudes.

Rakumembraanid sisaldavad kolme lipiidide klassi:

    fosfolipiidid;

    glükolipiidid;

    Kolesterool.

Fosfolipiidid (rasvade ja fosfori kombinatsioon) ja glükolipiidid (rasvade ja süsivesikute kombinatsioon) koosnevad omakorda hüdrofiilsest peast, millest ulatub välja kaks pikka hüdrofoobset saba. Kuid kolesterool hõivab mõnikord nende kahe saba vahelise ruumi ega lase neil painduda, mis muudab mõne raku membraanid jäigaks. Lisaks muudavad kolesterooli molekulid sujuvamaks rakumembraanide struktuuri ja takistavad polaarsete molekulide üleminekut ühest rakust teise.

Kuid kõige olulisem komponent, nagu võib näha eelmisest rakumembraanide funktsioone käsitlevast jaotisest, on valgud. Nende koostis, otstarve ja asukoht on väga mitmekesised, kuid on midagi ühist, mis neid kõiki ühendab: rõngakujulised lipiidid paiknevad alati rakumembraanide valkude ümber. Need on spetsiaalsed rasvad, mis on selgelt struktureeritud, stabiilsed, nende koostises on rohkem küllastunud rasvhappeid ja mis vabanevad membraanidest koos "sponsoreeritud" valkudega. See on omamoodi isiklik kaitsekesta valkude jaoks, ilma milleta need lihtsalt ei töötaks.

Rakumembraani struktuur on kolmekihiline. Keskel on suhteliselt homogeenne vedel bilipiidkiht ja valgud katavad seda mõlemalt poolt omamoodi mosaiigiga, tungides osaliselt paksusesse. See tähendab, et oleks vale arvata, et rakumembraanide välimised valgukihid on pidevad. Valgud on lisaks nende keerukatele funktsioonidele vajalikud membraanis selleks, et rakkudesse siseneda ja sealt välja transportida need ained, mis ei suuda rasvakihti tungida. Näiteks kaaliumi- ja naatriumioonid. Nende jaoks on ette nähtud spetsiaalsed valgustruktuurid - ioonkanalid, mida käsitleme üksikasjalikumalt allpool.

Kui vaadata rakumembraani läbi mikroskoobi, on näha kõige väiksematest sfäärilistest molekulidest moodustunud lipiidide kihti, mida mööda hõljuvad sarnaselt merega suured erineva kujuga valgurakud. Täpselt samad membraanid jagavad iga raku siseruumi osadeks, milles tuum, kloroplastid ja mitokondrid mugavalt paiknevad. Kui raku sees ei oleks eraldi “ruume”, kleepuksid organellid kokku ega suudaks oma funktsioone õigesti täita.

Rakk on membraanidega struktureeritud ja piiritletud organellide kogum, mis osaleb energia-, ainevahetus-, informatsiooni- ja paljunemisprotsesside kompleksis, mis tagavad organismi elutegevuse.

Nagu sellest määratlusest näha, on membraan iga raku kõige olulisem funktsionaalne komponent. Selle tähtsus on sama suur kui tuuma, mitokondrite ja teiste rakuorganellide oma. Ja membraani ainulaadsed omadused tulenevad selle struktuurist: see koosneb kahest erilisel viisil kokku kleepunud kilest. Fosfolipiidide molekulid membraanis paiknevad hüdrofiilsete peadega väljapoole ja hüdrofoobsete sabadega sissepoole. Seetõttu on kile üks pool veest märjaks, teine ​​aga mitte. Niisiis on need kiled üksteisega ühendatud mittemärguvate külgedega sissepoole, moodustades bilipiidkihi, mida ümbritsevad valgumolekulid. See on rakumembraani "sandwich" struktuur.

Rakumembraanide ioonikanalid

Vaatleme üksikasjalikumalt ioonkanalite tööpõhimõtet. Milleks neid vaja on? Fakt on see, et läbi lipiidmembraani võivad vabalt tungida ainult rasvlahustuvad ained - need on gaasid, alkoholid ja rasvad ise. Nii näiteks toimub punastes verelibledes pidev hapniku ja süsihappegaasi vahetus ning selleks ei pea meie keha kasutama mingeid täiendavaid nippe. Aga mis siis, kui on vaja transportida vesilahuseid, näiteks naatriumi- ja kaaliumisoolasid, läbi rakumembraani?

Sellistele ainetele oleks bilipiidkihis võimatu teed sillutada, kuna augud tõmbuksid kohe kokku ja kleepuksid kokku tagasi, selline on iga rasvkoe struktuur. Kuid loodus, nagu alati, leidis olukorrast väljapääsu ja lõi spetsiaalsed valgu transpordistruktuurid.

Juhtivaid valke on kahte tüüpi:

    Transporterid on poolintegreeritud valgupumbad;

    Kanaloformerid on lahutamatud valgud.

Esimest tüüpi valgud on osaliselt sukeldatud rakumembraani bilipiidkihti ja vaatavad oma peaga välja ning soovitud aine juuresolekul hakkavad nad käituma nagu pump: tõmbavad molekuli ligi ja imevad selle endasse. kamber. Ja teist tüüpi, integraalsed valgud on pikliku kujuga ja asuvad rakumembraani bilipiidkihiga risti, tungides selle läbi ja läbi. Nende kaudu, nagu ka tunnelite kaudu, liiguvad rakku sisse ja sealt välja ained, mis ei suuda rasvast läbi minna. Ioonikanalite kaudu tungivad kaaliumiioonid rakku ja kogunevad sinna, naatriumioonid aga vastupidi. Elektrilistes potentsiaalides on erinevus, mis on nii vajalik meie keha kõigi rakkude nõuetekohaseks toimimiseks.

Olulisemad järeldused rakumembraanide ehituse ja funktsioonide kohta

Teooria tundub alati huvitav ja paljutõotav, kui seda saab praktikas kasulikult rakendada. Inimkeha rakumembraanide struktuuri ja funktsioonide avastamine võimaldas teadlastel teha tõelise läbimurde teaduses üldiselt ja eriti meditsiinis. Pole juhus, et oleme ioonkanalitel nii üksikasjalikult peatunud, sest just siin peitub vastus meie aja ühele kõige olulisemale küsimusele: miks haigestuvad inimesed üha sagedamini onkoloogiasse?

Vähk nõuab igal aastal maailmas umbes 17 miljonit inimelu ja on kõigi surmade põhjuste hulgas neljas. WHO andmetel kasvab vähki haigestumine pidevalt ning 2020. aasta lõpuks võib see ulatuda 25 miljonini aastas.

Mis seletab tõelist vähiepideemiat ja kuidas on sellega pistmist rakumembraanide funktsioon? Te ütlete: põhjuseks on halvad keskkonnatingimused, alatoitumus, halvad harjumused ja raske pärilikkus. Ja muidugi on teil õigus, aga kui probleemist täpsemalt rääkida, siis põhjuseks on inimkeha hapestumine. Eespool loetletud negatiivsed tegurid põhjustavad rakumembraanide häireid, pärsivad hingamist ja toitumist.

Seal, kus peaks olema pluss, tekib miinus ja rakk ei saa normaalselt toimida. Kuid vähirakud ei vaja ei hapnikku ega leeliselist keskkonda - nad on võimelised kasutama anaeroobset tüüpi toitumist. Seetõttu muteeruvad terved rakud hapnikuvaeguse ja skaalavälise pH-taseme tingimustes, soovides keskkonnaga kohaneda ja muutuvad vähirakkudeks. Nii haigestub inimene vähki. Selle vältimiseks peate lihtsalt iga päev jooma piisavalt puhast vett ja loobuma kantserogeenidest toidus. Kuid reeglina on inimesed kahjulikest toodetest ja kvaliteetse vee vajadusest teadlikud ega tee midagi - nad loodavad, et hädad lähevad neist mööda.

Teades erinevate rakkude rakumembraanide struktuuri ja funktsioonide omadusi, saavad arstid seda teavet kasutada, et pakkuda kehale sihipärast ja sihipärast ravitoimet. Paljud kaasaegsed ravimid, sattudes meie kehasse, otsivad õiget "sihtmärki", milleks võivad olla rakumembraanide ioonkanalid, ensüümid, retseptorid ja biomarkerid. See ravimeetod võimaldab saavutada paremaid tulemusi minimaalsete kõrvalmõjudega.

Viimase põlvkonna antibiootikumid ei tapa verre sattudes kõiki rakke järjest, vaid otsivad täpselt üles patogeeni rakud, keskendudes selle rakumembraanides olevatele markeritele. Uusimad migreenivastased ravimid, triptaanid, ahendavad ainult aju põletikulisi veresooni, avaldamata peaaegu mingit mõju südamele ja perifeersele vereringesüsteemile. Ja nad tunnevad vajalikud veresooned ära täpselt oma rakumembraanide valkude järgi. Selliseid näiteid on palju, seega võime kindlalt väita, et teadmised rakumembraanide ehitusest ja funktsioonidest on tänapäevase arstiteaduse arengu aluseks ning päästavad igal aastal miljoneid elusid.


Haridus: Moskva meditsiiniinstituut. I. M. Sechenov, eriala - "Meditsiin" 1991. aastal, 1993. aastal "Kutsehaigused", 1996. aastal "Teraapia".

Kellelegi pole saladus, et kõik meie planeedi elusolendid koosnevad nende rakkudest, nendest lugematutest "" orgaanilistest ainetest. Rakke omakorda ümbritseb spetsiaalne kaitsemembraan – membraan, mis mängib raku elus väga olulist rolli ning rakumembraani funktsioonid ei piirdu ainult raku kaitsmisega, vaid kujutavad endast kõige keerulisemat sellega seotud mehhanismi. rakkude paljunemisel, toitumisel ja taastumisel.

Mis on rakumembraan

Sõna "membraan" ise on ladina keelest tõlgitud kui "kile", kuigi membraan ei ole lihtsalt kile, millesse rakk on mähitud, vaid kahe omavahel ühendatud ja erinevate omadustega kile kombinatsioon. Tegelikult on rakumembraan kolmekihiline lipoproteiini (rasvvalk) kest, mis eraldab iga raku naaberrakkudest ja keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust rakkude ja keskkonna vahel, see on raku akadeemiline määratlus. membraan on.

Membraani väärtus on lihtsalt tohutu, sest see mitte ainult ei eralda üht rakku teisest, vaid tagab ka raku koostoime nii teiste rakkudega kui ka keskkonnaga.

Rakumembraanide uurimise ajalugu

Olulise panuse rakumembraani uurimisse andsid kaks Saksa teadlast Gorter ja Grendel juba 1925. aastal. Siis õnnestus neil punaste vereliblede - erütrotsüütidega läbi viia kompleksne bioloogiline katse, mille käigus said teadlased nn "varjud", tühjad erütrotsüütide kestad, mis volditi üheks hunnikuks ja mõõdeti pindala, ja ka arvutas neis sisalduvate lipiidide koguse. Saadud lipiidide hulga põhjal jõudsid teadlased järeldusele, et neist piisab täpselt rakumembraani topeltkihi jaoks.

1935. aastal tegi teine ​​paar rakumembraani-uurijaid, seekord ameeriklased Daniel ja Dawson, pärast mitmeid pikki katseid kindlaks valgusisalduse rakumembraanis. Muidu oli võimatu seletada, miks membraanil on nii suur pindpinevus. Teadlased esitasid nutikalt võileiva kujul oleva rakumembraani mudeli, milles leiva rolli täidavad homogeensed lipiid-valgukihid ja nende vahel või asemel tühjus.

1950. aastal, Danieli ja Dawsoni elektroonilise teooria tulekuga, oli juba võimalik praktilisi tähelepanekuid kinnitada - rakumembraani mikrograafidel olid selgelt näha lipiidide ja valgupeade kihid ning ka tühi ruum nende vahel.

1960. aastal töötas Ameerika bioloog J. Robertson välja teooria rakumembraanide kolmekihilise struktuuri kohta, mida peeti pikka aega ainsaks tõeseks, kuid teaduse edasise arenguga hakkasid tekkima kahtlused selle eksimatus. Nii et näiteks rakkude seisukohalt oleks vajalike kasulike ainete transportimine läbi kogu “võileiva” keeruline ja töömahukas.

Ja alles 1972. aastal suutsid Ameerika bioloogid S. Singer ja G. Nicholson selgitada Robertsoni teooria ebakõlasid rakumembraani uue vedeliku-mosaiikmudeli abil. Eelkõige leidsid nad, et rakumembraan ei ole koostiselt homogeenne, pealegi on see asümmeetriline ja vedelikuga täidetud. Lisaks on rakud pidevas liikumises. Ja rakumembraani moodustavatel kurikuulsatel valkudel on erinev struktuur ja funktsioonid.

Rakumembraani omadused ja funktsioonid

Vaatame nüüd, milliseid funktsioone rakumembraan täidab:

Rakumembraani barjäärfunktsioon – membraan kui tõeline piirivalvur seisab valvel raku piiride üle, viivitab, ei lase läbi kahjulikke või lihtsalt sobimatuid molekule

Rakumembraani transpordifunktsioon - membraan ei ole ainult piirivalve raku väravates, vaid ka omamoodi tollipunkt, mida läbib pidevalt kasulike ainete vahetus teiste rakkude ja keskkonnaga.

Maatriksifunktsioon - see on rakumembraan, mis määrab üksteise suhtes asukoha, reguleerib nendevahelist interaktsiooni.

Mehaaniline funktsioon - vastutab ühe raku piiramise eest teisest ja paralleelselt rakkude õige ühendamise eest üksteisega, nende moodustumise eest homogeenseks koeks.

Rakumembraani kaitsefunktsioon on raku kaitsekilbi ehitamise aluseks. Looduses võib selle funktsiooni näideteks olla kõva puit, tihe nahk, kaitsekesta, kõik tänu membraani kaitsefunktsioonile.

Ensümaatiline funktsioon on veel üks oluline funktsioon, mida mõned rakuvalgud täidavad. Näiteks selle funktsiooni tõttu toimub seedeensüümide süntees sooleepiteelis.

Lisaks kõigele sellele toimub rakumembraani kaudu rakkude ainevahetus, mis võib toimuda kolme erineva reaktsiooni kaudu:

  • Fagotsütoos on rakuvahetus, mille käigus membraani sisseehitatud fagotsüütrakud püüavad kinni ja seedivad erinevaid toitaineid.
  • Pinotsütoos - on rakumembraani, sellega kokkupuutes olevate vedelikumolekulide kinnipüüdmise protsess. Selleks moodustuvad membraani pinnale spetsiaalsed kõõlused, mis justkui ümbritsevad vedelikutilka, moodustades mulli, mille membraan hiljem “alla neelab”.
  • Eksotsütoos – on pöördprotsess, mille käigus rakk vabastab sekretoorse funktsionaalse vedeliku läbi membraani pinnale.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraanis on kolm lipiidide klassi:

  • fosfolipiidid (need on rasvade ja fosfori kombinatsioon),
  • glükolipiidid (rasvade ja süsivesikute kombinatsioon),
  • kolesterooli.

Fosfolipiidid ja glükolipiidid koosnevad omakorda hüdrofiilsest peast, millesse ulatuvad kaks pikka hüdrofoobset saba. Kolesterool seevastu hõivab nende sabade vahelise ruumi, takistades nende paindumist, kõik see muudab teatud rakkude membraani teatud juhtudel väga jäigaks. Lisaks kõigele sellele reguleerivad kolesterooli molekulid rakumembraani struktuuri.

Kuid olgu kuidas on, rakumembraani ehituse kõige olulisem osa on valk, õigemini erinevad valgud, mis täidavad erinevaid olulisi rolle. Vaatamata membraanis sisalduvate valkude mitmekesisusele, on midagi, mis neid ühendab – rõngakujulised lipiidid paiknevad kõigi membraanivalkude ümber. Rõngakujulised lipiidid on spetsiaalsed struktureeritud rasvad, mis toimivad valkude kaitsekestana, ilma milleta need lihtsalt ei töötaks.

Rakumembraani struktuur on kolmekihiline: rakumembraani aluseks on homogeenne vedel lipiidikiht. Valgud katavad seda mõlemalt poolt nagu mosaiik. Just valgud täidavad lisaks ülalkirjeldatud funktsioonidele ka omapäraste kanalite rolli, mille kaudu membraani läbivad ained, mis ei suuda membraani vedelat kihti tungida. Nende hulka kuuluvad näiteks kaaliumi- ja naatriumioonid, nende membraanist läbitungimiseks pakub loodus rakumembraanide spetsiaalseid ioonikanaleid. Teisisõnu tagavad valgud rakumembraanide läbilaskvuse.

Kui vaatame rakumembraani läbi mikroskoobi, näeme lipiidide kihti, mis on moodustunud väikestest sfäärilistest molekulidest, millel hõljuvad valgud nagu merel. Nüüd teate, millised ained on rakumembraani osa.

Rakumembraan, video

Ja lõpuks õpetlik video rakumembraani kohta.