Die Struktur der Zellmembran kurz. Zellmembran: Definition, Funktionen von Membranen, physikalische Eigenschaften

Die grundlegende Struktureinheit eines lebenden Organismus ist die Zelle, ein differenzierter Abschnitt des Zytoplasmas, der von einer Zellmembran umgeben ist. Da die Zelle viele wichtige Funktionen wie Fortpflanzung, Ernährung und Bewegung erfüllt, muss die Membran plastisch und dicht sein.

Geschichte der Entdeckung und Erforschung der Zellmembran

Im Jahr 1925 führten Grendel und Gorder ein erfolgreiches Experiment durch, um die „Schatten“ roter Blutkörperchen oder leerer Membranen zu identifizieren. Trotz einiger schwerwiegender Fehler entdeckten Wissenschaftler die Lipiddoppelschicht. Ihre Arbeit wurde 1935 von Danielli, Dawson und 1960 von Robertson fortgesetzt. Als Ergebnis langjähriger Arbeit und der Anhäufung von Argumenten erstellten Singer und Nicholson 1972 ein Fluid-Mosaik-Modell der Membranstruktur. Weitere Experimente und Studien bestätigten die Arbeiten der Wissenschaftler.

Bedeutung

Was ist eine Zellmembran? Dieses Wort wurde vor mehr als hundert Jahren verwendet; aus dem Lateinischen übersetzt bedeutet es „Film“, „Haut“. So wird die Zellgrenze bezeichnet, die eine natürliche Barriere zwischen dem inneren Inhalt und der äußeren Umgebung darstellt. Die Struktur der Zellmembran impliziert eine Halbdurchlässigkeit, wodurch Feuchtigkeit und Nährstoffe und Zersetzungsprodukte können ungehindert passieren. Diese Hülle kann als Hauptstrukturbestandteil der Zellorganisation bezeichnet werden.

Betrachten wir die Hauptfunktionen der Zellmembran

1. Trennt den inneren Inhalt der Zelle von den Komponenten der äußeren Umgebung.

2. Trägt zur Aufrechterhaltung einer konstanten chemischen Zusammensetzung der Zelle bei.

3. Reguliert den richtigen Stoffwechsel.

4. Bietet Kommunikation zwischen Zellen.

5. Erkennt Signale.

6. Schutzfunktion.

„Plasmahülle“

Die äußere Zellmembran, auch Plasmamembran genannt, ist ein ultramikroskopischer Film mit einer Dicke von fünf bis sieben Nanomillimetern. Es besteht hauptsächlich aus Proteinverbindungen, Phospholiden und Wasser. Der Film ist elastisch, nimmt leicht Wasser auf und stellt nach einer Beschädigung schnell seine Integrität wieder her.

Es hat eine universelle Struktur. Diese Membran nimmt eine Grenzposition ein, beteiligt sich am Prozess der selektiven Permeabilität, der Entfernung von Zerfallsprodukten und synthetisiert diese. Beziehung zu Nachbarn und zuverlässiger Schutz Der Schutz des inneren Inhalts vor Schäden macht es zu einem wichtigen Bestandteil beispielsweise der Zellstruktur. Zellmembran Tierische Organismen sind manchmal mit einer dünnen Schicht bedeckt – der Glykokalyx, die Proteine ​​und Polysaccharide enthält. Pflanzenzellen außerhalb der Membran werden durch eine Zellwand geschützt, die als Stütze dient und ihre Form beibehält. Der Hauptbestandteil seiner Zusammensetzung sind Ballaststoffe (Zellulose) – ein wasserunlösliches Polysaccharid.

Somit hat die äußere Zellmembran die Funktion der Reparatur, des Schutzes und der Interaktion mit anderen Zellen.

Struktur der Zellmembran

Die Dicke dieser beweglichen Hülle variiert zwischen sechs und zehn Nanomillimetern. Die Zellmembran einer Zelle hat eine besondere Zusammensetzung, deren Grundlage eine Lipiddoppelschicht ist. Hydrophobe Schwänze, die gegenüber Wasser inert sind, werden mit platziert innen, während die hydrophilen Köpfe, die mit Wasser interagieren, nach außen zeigen. Jedes Lipid ist ein Phospholipid, das aus der Wechselwirkung von Substanzen wie Glycerin und Sphingosin entsteht. Das Lipidgerüst ist eng von Proteinen umgeben, die in einer nicht kontinuierlichen Schicht angeordnet sind. Einige von ihnen tauchen in die Lipidschicht ein, der Rest passiert sie. Dadurch entstehen wasserdurchlässige Bereiche. Die Funktionen dieser Proteine ​​sind unterschiedlich. Einige davon sind Enzyme, der Rest sind Transportproteine, die transportieren verschiedene Substanzen von der äußeren Umgebung zum Zytoplasma und zurück.

Die Zellmembran ist von integralen Proteinen durchdrungen und eng mit ihnen verbunden, während die Verbindung mit peripheren Proteinen weniger stark ist. Diese Proteine ​​erfüllen eine wichtige Funktion, nämlich die Aufrechterhaltung der Membranstruktur sowie den Empfang und die Umwandlung von Signalen Umfeld, Stofftransport, Katalyse von Reaktionen, die auf Membranen ablaufen.

Verbindung

Die Basis der Zellmembran ist eine bimolekulare Schicht. Dank ihrer Kontinuität verfügt die Zelle über Barriere- und mechanische Eigenschaften. An unterschiedliche Bühnen Die lebenswichtige Aktivität dieser Doppelschicht kann gestört sein. Dadurch entstehen strukturelle Defekte durchgehender hydrophiler Poren. In diesem Fall können sich absolut alle Funktionen einer Komponente wie der Zellmembran ändern. Der Kern kann unter äußeren Einflüssen leiden.

Eigenschaften

Die Zellmembran einer Zelle hat interessante Funktionen. Aufgrund ihrer Fließfähigkeit ist diese Membran keine starre Struktur und der Großteil der Proteine ​​und Lipide, aus denen sie besteht, bewegt sich frei auf der Ebene der Membran.

Im Allgemeinen ist die Zellmembran asymmetrisch, sodass die Zusammensetzung der Protein- und Lipidschichten unterschiedlich ist. Plasmamembranen in tierischen Zellen verfügen auf ihrer Außenseite über eine Glykoproteinschicht, die Rezeptor- und Signalfunktionen übernimmt und auch eine große Rolle beim Zusammenschluss von Zellen zu Gewebe spielt. Die Zellmembran ist polar, d. h. draußen Die Ladung ist positiv und im Inneren negativ. Darüber hinaus verfügt die Zellmembran über selektive Einblicke.

Das bedeutet, dass neben Wasser nur eine bestimmte Gruppe von Molekülen und Ionen gelöster Stoffe in die Zelle gelangen. Die Konzentration einer Substanz wie Natrium ist in den meisten Zellen viel niedriger als in Außenumgebung. Kaliumionen haben ein anderes Verhältnis: Ihre Menge in der Zelle ist viel höher als in der Umwelt. Dabei neigen Natriumionen dazu, die Zellmembran zu durchdringen, während Kaliumionen eher nach außen abgegeben werden. Unter diesen Umständen aktiviert die Membran ein spezielles System, das eine „Pump“-Funktion übernimmt und die Konzentration der Substanzen ausgleicht: Natriumionen werden an die Oberfläche der Zelle gepumpt und Kaliumionen werden in das Innere der Zelle gepumpt. Dieses Feature ist an den wichtigsten Funktionen der Zellmembran beteiligt.

Diese Tendenz von Natrium- und Kaliumionen, von der Oberfläche nach innen zu wandern, spielt eine große Rolle beim Transport von Zucker und Aminosäuren in die Zelle. Durch die aktive Entfernung von Natriumionen aus der Zelle schafft die Membran Bedingungen für die neue Aufnahme von Glukose und Aminosäuren im Inneren. Im Gegenteil, bei der Übertragung von Kaliumionen in die Zelle wird die Zahl der „Transporter“ von Zerfallsprodukten aus dem Inneren der Zelle in die äußere Umgebung wieder aufgefüllt.

Wie erfolgt die Zellernährung durch die Zellmembran?

Viele Zellen nehmen Stoffe durch Prozesse wie Phagozytose und Pinozytose auf. Bei der ersten Option erzeugt eine flexible Außenmembran eine kleine Vertiefung, in der das eingefangene Partikel landet. Der Durchmesser der Aussparung wird dann größer, bis das eingeschlossene Partikel in das Zytoplasma der Zelle gelangt. Durch die Phagozytose werden einige Protozoen, beispielsweise Amöben, sowie Blutzellen – Leukozyten und Phagozyten – ernährt. Ebenso absorbieren Zellen Flüssigkeit, die das Notwendige enthält nützliches Material. Dieses Phänomen wird Pinozytose genannt.

Die äußere Membran ist eng mit dem endoplasmatischen Retikulum der Zelle verbunden.

Viele Arten von Hauptgewebebestandteilen weisen Vorsprünge, Falten und Mikrovilli auf der Oberfläche der Membran auf. Pflanzenzellen auf der Außenseite dieser Schale sind mit einer anderen, dicken und unter dem Mikroskop deutlich sichtbaren Hülle bedeckt. Die Fasern, aus denen sie bestehen, tragen dazu bei, Pflanzengewebe wie Holz zu stützen. Auch tierische Zellen verfügen über eine Reihe äußerer Strukturen, die auf der Zellmembran sitzen. Sie haben ausschließlich schützenden Charakter, ein Beispiel hierfür ist Chitin, das in den Hautzellen von Insekten enthalten ist.

Neben der Zellmembran gibt es eine intrazelluläre Membran. Seine Funktion besteht darin, die Zelle in mehrere spezialisierte geschlossene Kompartimente – Kompartimente oder Organellen – zu unterteilen, in denen eine bestimmte Umgebung aufrechterhalten werden muss.

Daher kann die Rolle eines solchen Bestandteils der Grundeinheit eines lebenden Organismus wie der Zellmembran nicht überschätzt werden. Struktur und Funktionen lassen auf eine deutliche Erweiterung schließen Gesamtfläche Zelloberfläche, Verbesserung der Stoffwechselprozesse. Diese molekulare Struktur besteht aus Proteinen und Lipiden. Die Membran trennt die Zelle von der äußeren Umgebung und gewährleistet ihre Integrität. Mit ihrer Hilfe interzelluläre Verbindungen werden auf einem ziemlich starken Niveau gehalten und bilden Gewebe. In diesem Zusammenhang können wir den Schluss ziehen, dass die Zellmembran eine der wichtigsten Rollen in der Zelle spielt. Die Struktur und die von ihr ausgeführten Funktionen unterscheiden sich in den verschiedenen Zellen je nach Zweck radikal. Durch diese Merkmale werden vielfältige physiologische Aktivitäten der Zellmembranen und ihre Rolle bei der Existenz von Zellen und Geweben erreicht.

Die Zellmembran hat eine ziemlich komplexe Struktur, die mit einem Elektronenmikroskop betrachtet werden kann. Grob gesagt besteht es aus einer Doppelschicht aus Lipiden (Fetten), in der verschiedene Orte verschiedene Peptide (Proteine) enthalten. Die Gesamtdicke der Membran beträgt etwa 5–10 nm.

Gesamtplan Der Aufbau der Zellmembran ist für die gesamte Lebewelt universell. Allerdings enthalten tierische Membranen Cholesterineinschlüsse, die ihre Steifigkeit bestimmen. Die Unterschiede zwischen den Membranen verschiedener Organismenreiche betreffen hauptsächlich die Übermembranformationen (Schichten). Bei Pflanzen und Pilzen befindet sich also oberhalb der Membran (auf der Außenseite) eine Zellwand. Bei Pflanzen besteht es hauptsächlich aus Zellulose und bei Pilzen hauptsächlich aus Chitin. Bei Tieren wird die Supramembranschicht Glykokalyx genannt.

Ein anderer Name für die Zellmembran Zytoplasmamembran oder Plasmamembran.

Eine eingehendere Untersuchung der Struktur der Zellmembran enthüllt viele ihrer Merkmale, die mit den von ihr ausgeübten Funktionen zusammenhängen.

Die Lipiddoppelschicht besteht hauptsächlich aus Phospholipiden. Dabei handelt es sich um Fette, deren eines Ende einen Phosphorsäurerest enthält, der hydrophile Eigenschaften hat (das heißt, er zieht Wassermoleküle an). Das zweite Ende des Phospholipids besteht aus Fettsäureketten mit hydrophoben Eigenschaften (sie bilden keine Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser).

Phospholipidmoleküle in der Zellmembran sind in zwei Reihen angeordnet, sodass ihre hydrophoben „Enden“ innen und ihre hydrophilen „Köpfe“ außen liegen. Das Ergebnis ist eine ziemlich starke Struktur, 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 reden Flüssigkeitsmosaikstruktur der Zellmembran.

Je nachdem, wie das Protein in die Membran eingebunden ist, werden drei Arten von Proteinen unterschieden: integrale, semi-integrale und periphere Proteine. Integrale Proteine ​​​​durchdringen die gesamte Dicke der Membran und ihre Enden ragen auf beiden Seiten daraus hervor. Sie erfüllen hauptsächlich eine Transportfunktion. Bei halbintegralen Proteinen befindet sich ein Ende in der Dicke der Membran und das zweite geht nach außen (von außen oder innen). Führen Sie Enzym- und Rezeptorfunktionen aus. Periphere Proteine ​​finden sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Membran.

Die Strukturmerkmale der Zellmembran weisen darauf hin, dass sie der Hauptbestandteil des Zelloberflächenkomplexes ist, aber nicht der einzige. Seine weiteren Bestandteile sind die Supramembranschicht und die Submembranschicht.

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

Neben der Glykokalyx verfügen tierische Zellen auch über andere supramembranäre Gebilde: Schleim, Chitin, Perilemma (membranartig).

Die supramembranäre Struktur bei Pflanzen und Pilzen ist die Zellwand.

Die Submembranschicht der Zelle ist das Oberflächenzytoplasma (Hyaloplasma) mit dem darin enthaltenen unterstützenden und kontraktilen System der Zelle, dessen Fibrillen mit in der Zellmembran enthaltenen Proteinen interagieren. Über solche molekularen Verbindungen werden verschiedene Signale übertragen.

Die Zellmembran ist die Struktur, die die Außenseite der Zelle bedeckt. Es wird auch Zytolemma oder Plasmalemma genannt.

Diese Formation besteht aus einer Bilipidschicht (Doppelschicht) mit darin eingebauten Proteinen. Die Kohlenhydrate, aus denen das Plasmalemma besteht, liegen in gebundenem Zustand vor.

So sieht die Verteilung der Hauptbestandteile des Plasmalemmas aus auf die folgende Weise: Mehr als die Hälfte der chemischen Zusammensetzung besteht aus Proteinen, ein Viertel wird von Phospholipiden eingenommen und ein Zehntel ist Cholesterin.

Zellmembran und ihre Typen

Die Zellmembran ist ein dünner Film, dessen Basis aus Schichten von Lipoproteinen und Proteinen besteht.

Je nach Lokalisation werden Membranorganellen unterschieden, die in pflanzlichen und tierischen Zellen einige Merkmale aufweisen:

• Mitochondrien;
• Kern;
• endoplasmatisches Retikulum;
• Golgi-Komplex;
• Lysosomen;
• Chloroplasten (in Pflanzenzellen).

Es gibt auch eine innere und äußere (Plasmolemma-)Zellmembran.

Struktur der Zellmembran

Die Zellmembran enthält Kohlenhydrate, die sie in Form einer Glykokalyx umhüllen. Dabei handelt es sich um eine supramembranäre Struktur, die eine Barrierefunktion übernimmt. Die hier befindlichen Proteine ​​befinden sich in einem freien Zustand. Ungebundene Proteine ​​​​sind an enzymatischen Reaktionen beteiligt und sorgen für den extrazellulären Abbau von Substanzen.

Proteine ​​der Zytoplasmamembran werden durch Glykoproteine ​​dargestellt. Von chemische Zusammensetzung sezernieren Proteine, die in der Lipidschicht enthalten sind, vollständig (über ihre gesamte Länge) – integrale Proteine. Auch peripher und erreicht keine der Oberflächen des Plasmalemmas.

Erstere fungieren als Rezeptoren und binden an Neurotransmitter, Hormone und andere Substanzen. Insertionsproteine ​​sind für den Aufbau von Ionenkanälen notwendig, durch die der Transport von Ionen und hydrophilen Substraten erfolgt. Letztere sind Enzyme, die intrazelluläre Reaktionen katalysieren.

Grundlegende Eigenschaften der Plasmamembran

Die Lipiddoppelschicht verhindert das Eindringen von Wasser. Lipide sind hydrophobe Verbindungen, die in der Zelle durch Phospholipide repräsentiert werden. Die Phosphatgruppe ist nach außen gerichtet und besteht aus zwei Schichten: der äußeren, die auf die extrazelluläre Umgebung gerichtet ist, und der inneren, die den intrazellulären Inhalt abgrenzt.

Wasserlösliche Bereiche werden hydrophile Köpfe genannt. Die Fettsäurestellen werden in Form hydrophober Schwänze in die Zelle geleitet. Der hydrophobe Teil interagiert mit benachbarten Lipiden und sorgt so für deren Bindung aneinander. Die Doppelschicht weist in verschiedenen Bereichen eine selektive Durchlässigkeit auf.

In der Mitte ist die Membran also für Glukose und Harnstoff undurchlässig; hydrophobe Substanzen passieren hier ungehindert: Kohlendioxid, Sauerstoff, Alkohol. Cholesterin ist wichtig; dessen Gehalt bestimmt die Viskosität des Plasmalemmas.

Funktionen der äußeren Zellmembran

Die Eigenschaften der Funktionen sind in der Tabelle kurz aufgeführt:

Welche Bedeutung hat die Zellmembran?

Aufgrund der hohen Selektivität der in die Zelle ein- und austretenden Substanzen (in der Biologie wird dies als selektive Permeabilität bezeichnet) ist die Zellmembran an der Aufrechterhaltung der Homöostase beteiligt.

Auswüchse des Plasmalemmas unterteilen die Zelle in Kompartimente (Kompartimente), die für die Ausführung bestimmter Funktionen verantwortlich sind. Speziell entwickelte Membranen, die dem Fluid-Mosaik-Muster entsprechen, gewährleisten die Integrität der Zelle.

Abgrenzung ( Barriere) – Zellinhalte von der äußeren Umgebung trennen;

Regulieren Sie den Austausch zwischen der Zelle und der Umwelt.

Sie unterteilen Zellen in Kompartimente oder Kompartimente, die für bestimmte spezialisierte Stoffwechselwege bestimmt sind ( teilen);

Es ist der Ort einiger chemischer Reaktionen (Lichtreaktionen der Photosynthese in Chloroplasten, oxidative Phosphorylierung während der Atmung in Mitochondrien);

Sorgen Sie für die Kommunikation zwischen Zellen im Gewebe vielzelliger Organismen;

Transport- führt den Transmembrantransport durch.

Rezeptor- sind die Standorte von Rezeptorstellen, die äußere Reize erkennen.

Transport von Stoffen durch die Membran - eine der Hauptfunktionen der Membran, die den Stoffaustausch zwischen der Zelle und der äußeren Umgebung gewährleistet. Abhängig vom Energieverbrauch für die Stoffübertragung werden unterschieden:

passiver Transport oder erleichterte Diffusion;

aktiver (selektiver) Transport unter Beteiligung von ATP und Enzymen.

Transport in Membranverpackung. Es gibt Endozytose (in die Zelle hinein) und Exozytose (aus der Zelle heraus) – Mechanismen, die große Partikel und Makromoleküle durch die Membran transportieren. Bei der Endozytose bildet die Plasmamembran eine Einstülpung, ihre Ränder verschmelzen und ein Vesikel wird in das Zytoplasma freigesetzt. Das Vesikel wird vom Zytoplasma durch eine einzelne Membran abgegrenzt, die Teil der äußeren Zytoplasmamembran ist. Es gibt Phagozytose und Pinozytose. Unter Phagozytose versteht man die Aufnahme großer Partikel, die ziemlich hart sind. Zum Beispiel die Phagozytose von Lymphozyten, Protozoen usw. Bei der Pinozytose werden Flüssigkeitströpfchen mit darin gelösten Substanzen eingefangen und absorbiert.

Exozytose ist der Prozess der Entfernung verschiedener Substanzen aus der Zelle. Während der Exozytose verschmilzt die Membran der Vesikel oder Vakuole mit der äußeren Zytoplasmamembran. Der Inhalt der Vesikel wird über die Zelloberfläche hinaus entfernt und die Membran wird in die äußere Zytoplasmamembran eingeschlossen.

Im Kern passiv Der Transport ungeladener Moleküle liegt im Unterschied zwischen den Konzentrationen von Wasserstoff und Ladungen, d.h. elektrochemischer Gradient. Stoffe bewegen sich von einem Bereich mit höherem Gefälle in einen Bereich mit niedrigerem Gefälle. Die Transportgeschwindigkeit hängt vom Unterschied der Steigungen ab.

Unter einfacher Diffusion versteht man den Transport von Stoffen direkt durch die Lipiddoppelschicht. Charakteristisch für Gase, unpolare oder kleine ungeladene polare Moleküle, die in Fetten löslich sind. Wasser dringt schnell in die Doppelschicht ein, weil sein Molekül ist klein und elektrisch neutral. Die Diffusion von Wasser durch Membranen wird Osmose genannt.

Unter Diffusion durch Membrankanäle versteht man den Transport geladener Moleküle und Ionen (Na, K, Ca, Cl), die aufgrund der Anwesenheit spezieller kanalbildender Proteine, die Wasserporen bilden, durch die Membran dringen.

Unter erleichterter Diffusion versteht man den Transport von Stoffen mithilfe spezieller Transportproteine. Jedes Protein ist für ein genau definiertes Molekül oder eine Gruppe verwandter Moleküle verantwortlich, interagiert mit diesem und bewegt sich durch die Membran. Zum Beispiel Zucker, Aminosäuren, Nukleotide und andere polare Moleküle.

Aktiven Transport erfolgt durch Trägerproteine ​​(ATPase) gegen einen elektrochemischen Gradienten unter Energieverbrauch. Seine Quelle sind ATP-Moleküle. Natrium ist beispielsweise eine Kaliumpumpe.

Die Konzentration von Kalium innerhalb der Zelle ist viel höher als außerhalb und Natrium – umgekehrt. Daher diffundieren Kalium- und Natriumkationen entlang eines Konzentrationsgradienten passiv durch die Wasserporen der Membran. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass die Permeabilität der Membran für Kaliumionen höher ist als für Natriumionen. Dementsprechend diffundiert Kalium schneller aus der Zelle als Natrium in die Zelle. Für eine normale Zellfunktion ist jedoch ein bestimmtes Verhältnis von 3 Kalium- und 2 Natriumionen notwendig. Daher befindet sich in der Membran eine Natrium-Kalium-Pumpe, die aktiv Natrium aus der Zelle und Kalium in die Zelle pumpt. Diese Pumpe ist ein Transmembranmembranprotein, das zu Konformationsumlagerungen fähig ist. Daher kann es sowohl Kalium- als auch Natriumionen an sich binden (Antiport). Der Prozess ist energieintensiv:

Von der Innenseite der Membran gelangen Natriumionen und ein ATP-Molekül in das Pumpprotein, Kaliumionen kommen von außen.

Natriumionen verbinden sich mit einem Proteinmolekül und das Protein erhält ATPase-Aktivität, d. h. die Fähigkeit, eine ATP-Hydrolyse zu bewirken, die mit der Freisetzung von Energie einhergeht, die die Pumpe antreibt.

Das bei der ATP-Hydrolyse freigesetzte Phosphat lagert sich an das Protein an, d.h. phosphoryliert das Protein.

Die Phosphorylierung führt zu Konformationsänderungen im Protein; es ist nicht mehr in der Lage, Natriumionen zurückzuhalten. Sie werden freigesetzt und bewegen sich aus der Zelle heraus.

Die neue Konformation des Proteins fördert die Anlagerung von Kaliumionen daran.

Die Zugabe von Kaliumionen bewirkt eine Dephosphorylierung des Proteins. Es ändert erneut seine Konformation.

Eine Änderung der Proteinkonformation führt zur Freisetzung von Kaliumionen innerhalb der Zelle.

Das Protein ist wieder bereit, Natriumionen an sich zu binden.

In einem Betriebszyklus pumpt die Pumpe 3 Natriumionen aus der Zelle und pumpt 2 Kaliumionen hinein.

Zytoplasma– ein obligatorischer Bestandteil der Zelle, der sich zwischen dem Oberflächenapparat der Zelle und dem Zellkern befindet. Hierbei handelt es sich um einen komplexen heterogenen Strukturkomplex bestehend aus:

Hyaloplasma

Organellen (permanente Bestandteile des Zytoplasmas)

Einschlüsse sind temporäre Bestandteile des Zytoplasmas.

Zytoplasmatische Matrix(Hyaloplasma) ist der innere Inhalt der Zelle – eine farblose, dicke und transparente kolloidale Lösung. Die Bestandteile der zytoplasmatischen Matrix führen Biosyntheseprozesse in der Zelle durch und enthalten Enzyme, die für die Energieerzeugung, hauptsächlich aufgrund der anaeroben Glykolyse, notwendig sind.

Grundlegende Eigenschaften der zytoplasmatischen Matrix.

Bestimmt die kolloidalen Eigenschaften der Zelle. Zusammen mit den intrazellulären Membranen des Vakuolensystems kann es als hochgradig heterogenes oder mehrphasiges kolloidales System betrachtet werden.

Sorgt für eine Änderung der Viskosität des Zytoplasmas, einen Übergang von einem Gel (dicker) zu einem Sol (flüssiger), der unter dem Einfluss äußerer und innerer Faktoren erfolgt.

Sorgt für Zyklose, Amöbenbewegung, Zellteilung und Pigmentbewegung in Chromatophoren.

Bestimmt die Polarität der Lage intrazellulärer Komponenten.

Bietet mechanische Eigenschaften Zellen – Elastizität, Verschmelzungsfähigkeit, Steifheit.

Organellen– permanente Zellstrukturen, die dafür sorgen, dass die Zelle bestimmte Funktionen erfüllt. Je nach Strukturmerkmalen werden unterschieden:

Membranorganellen – haben eine Membranstruktur. Sie können einmembranig sein (ER, Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen von Pflanzenzellen). Doppelmembran (Mitochondrien, Plastiden, Kern).

Nichtmembranorganellen – haben keine Membranstruktur (Chromosomen, Ribosomen, Zellzentrum, Zytoskelett).

Allzweckorganellen sind charakteristisch für alle Zellen: Zellkern, Mitochondrien, Zellzentrum, Golgi-Apparat, Ribosomen, EPS, Lysosomen. Wenn Organellen für bestimmte Zelltypen charakteristisch sind, werden sie Spezialorganellen genannt (z. B. Myofibrillen, die eine Muskelfaser kontrahieren).

Endoplasmatisches Retikulum- eine einzige durchgehende Struktur, deren Membran viele Einstülpungen und Falten bildet, die wie Röhrchen, Mikrovakuolen und große Zisternen aussehen. Die ER-Membranen sind einerseits mit der Zytoplasmamembran der Zelle und andererseits mit der Außenhülle der Kernmembran verbunden.

Es gibt zwei Arten von EPS – raues und glattes.

Im rauen oder körnigen ER sind Zisternen und Tubuli mit Ribosomen verbunden. ist die Außenseite der Membran. Glattes oder agranuläres ER hat keine Verbindung zu Ribosomen. Dies ist die Innenseite der Membran.

Zellmembran auch Plasmamembran (oder Zytoplasmamembran) und Plasmalemma genannt. Diese Struktur trennt nicht nur den inneren Inhalt der Zelle von der äußeren Umgebung, sondern ist auch Teil der meisten Zellorganellen und des Zellkerns und trennt diese wiederum vom Hyaloplasma (Zytosol) – dem viskos-flüssigen Teil des Zytoplasmas. Lassen Sie uns einen Anruf vereinbaren Zytoplasmamembran derjenige, der den Inhalt der Zelle von der äußeren Umgebung trennt. Die restlichen Begriffe bezeichnen alle Membranen.

Struktur der Zellmembran

Die Struktur der zellulären (biologischen) Membran basiert auf Doppelschicht Lipide (Fette). Die Bildung einer solchen Schicht hängt mit den Eigenschaften ihrer Moleküle zusammen. Lipide lösen sich nicht in Wasser, sondern kondensieren darin auf ihre eigene Weise. Ein Teil eines einzelnen Lipidmoleküls ist ein polarer Kopf (er wird von Wasser angezogen, d. h. hydrophil), und der andere Teil besteht aus einem Paar langer unpolarer Schwänze (dieser Teil des Moleküls wird von Wasser abgestoßen, d. h. hydrophob). Diese Struktur der Moleküle führt dazu, dass sie ihre Schwänze vor dem Wasser „verstecken“ und ihre Polköpfe dem Wasser zuwenden.

Das Ergebnis ist eine Lipiddoppelschicht, bei der die unpolaren Schwänze nach innen (einander zugewandt) und die Polköpfe nach außen (in Richtung der äußeren Umgebung und des Zytoplasmas) zeigen. Die Oberfläche einer solchen Membran ist hydrophil, im Inneren jedoch hydrophob.

In Zellmembranen überwiegen Phospholipide unter den Lipiden (gehören zu komplexe Lipide). Ihre Köpfe enthalten einen Phosphorsäurerest. Neben Phospholipiden gibt es Glykolipide (Lipide + Kohlenhydrate) und Cholesterin (verwandt mit Sterolen). Letzteres verleiht der Membran Steifheit, da sie sich in ihrer Dicke zwischen den Enden der übrigen Lipide befindet (Cholesterin ist vollständig hydrophob).

Aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkung heften sich einige Proteinmoleküle an die geladenen Lipidköpfe, die zu Oberflächenmembranproteinen werden. Andere Proteine ​​interagieren mit unpolaren Schwänzen, sind teilweise in der Doppelschicht vergraben oder dringen durch diese hindurch.

Somit besteht die Zellmembran aus einer Doppelschicht aus Lipiden, Oberflächenproteinen (peripher), eingebetteten (semiintegralen) und durchdringenden (integralen) Proteinen. Darüber hinaus sind einige Proteine ​​und Lipide an der Außenseite der Membran mit Kohlenhydratketten verbunden.

Das Fluidmosaikmodell der Membranstruktur wurde in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts vorgeschlagen. Bisher ging man von einem Sandwich-Strukturmodell aus, bei dem sich im Inneren die Lipiddoppelschicht befindet und die Membran innen und außen mit durchgehenden Schichten von Oberflächenproteinen bedeckt ist. Die Anhäufung experimenteller Daten widerlegte diese Hypothese jedoch.

Die Dicke der Membranen verschiedener Zellen beträgt etwa 8 nm. Membranen (sogar verschiedene Seiten derselben) unterscheiden sich prozentual verschiedene Arten Lipide, Proteine, enzymatische Aktivität usw. Einige Membranen sind flüssiger und durchlässiger, andere sind dichter.

Aufgrund der physikalisch-chemischen Eigenschaften der Lipiddoppelschicht verschmelzen Zellmembranbrüche leicht. In der Ebene der Membran bewegen sich Lipide und Proteine ​​(sofern sie nicht im Zytoskelett verankert sind).

Funktionen der Zellmembran

Die meisten in die Zellmembran eingebetteten Proteine ​​​​üben eine enzymatische Funktion aus (sie sind Enzyme). Oft (insbesondere in den Membranen von Zellorganellen) befinden sich Enzyme in einer bestimmten Reihenfolge, so dass die von einem Enzym katalysierten Reaktionsprodukte zum zweiten, dann zum dritten usw. gelangen. Es entsteht ein Förderer, der durch Oberflächenproteine ​​stabilisiert wird, weil Sie verhindern, dass die Enzyme entlang der Lipiddoppelschicht schweben.

Die Zellmembran erfüllt eine abgrenzende (Barriere-)Funktion gegenüber der Umgebung und gleichzeitig Transportfunktionen. Wir können sagen, dass dies sein wichtigster Zweck ist. Die Zytoplasmamembran sorgt aufgrund ihrer Stärke und selektiven Permeabilität für die Konstanz der inneren Zusammensetzung der Zelle (ihre Homöostase und Integrität).

Dabei kommt es zum Transport von Stoffen verschiedene Wege. Beim Transport entlang eines Konzentrationsgradienten handelt es sich um die Bewegung von Stoffen von einem Bereich mit höherer Konzentration zu einem Bereich mit niedrigerer Konzentration (Diffusion). Beispielsweise diffundieren Gase (CO 2 , O 2 ).

Es gibt auch einen Transport gegen ein Konzentrationsgefälle, allerdings unter Energieverbrauch.

Der Transport kann passiv und erleichtert sein (wenn er von einem Transportunternehmen unterstützt wird). Für fettlösliche Substanzen ist eine passive Diffusion durch die Zellmembran möglich.

Es gibt spezielle Proteine, die Membranen für Zucker und andere wasserlösliche Substanzen durchlässig machen. Solche Träger binden an transportierte Moleküle und ziehen sie durch die Membran. Auf diese Weise wird Glukose in den roten Blutkörperchen transportiert.

Fadenproteine ​​bilden zusammen eine Pore für die Bewegung bestimmter Substanzen durch die Membran. Solche Träger bewegen sich nicht, sondern bilden einen Kanal in der Membran und wirken ähnlich wie Enzyme, indem sie eine bestimmte Substanz binden. Der Transfer erfolgt aufgrund einer Änderung der Proteinkonformation, die zur Bildung von Kanälen in der Membran führt. Ein Beispiel ist die Natrium-Kalium-Pumpe.

Die Transportfunktion der eukaryotischen Zellmembran wird ebenfalls durch Endozytose (und Exozytose) realisiert. Dank dieser Mechanismen gelangen große Moleküle von Biopolymeren, sogar ganze Zellen, in die Zelle (und aus ihr heraus). Endo- und Exozytose sind nicht für alle eukaryotischen Zellen charakteristisch (Prokaryoten haben sie überhaupt nicht). So wird Endozytose bei Protozoen und niederen Wirbellosen beobachtet; Bei Säugetieren nehmen Leukozyten und Makrophagen Schadstoffe und Bakterien auf, d. h. die Endozytose übernimmt eine Schutzfunktion für den Körper.

Endozytose ist unterteilt in Phagozytose(Zytoplasma umhüllt große Partikel) und Pinozytose(Auffangen von Flüssigkeitströpfchen mit darin gelösten Stoffen). Der Mechanismus dieser Prozesse ist ungefähr der gleiche. Auf der Zelloberfläche aufgenommene Stoffe sind von einer Membran umgeben. Es bildet sich ein Vesikel (Phagozytär oder Pinozytär), das dann in die Zelle wandert.

Exozytose ist die Entfernung von Substanzen aus der Zelle (Hormone, Polysaccharide, Proteine, Fette usw.) durch die Zytoplasmamembran. Diese Stoffe sind in Membranvesikeln enthalten, die zur Zellmembran passen. Beide Membranen verschmelzen und der Inhalt erscheint außerhalb der Zelle.

Die Zytoplasmamembran übernimmt eine Rezeptorfunktion. Dazu befinden sich auf seiner Außenseite Strukturen, die einen chemischen oder physikalischen Reiz erkennen können. Einige der Proteine, die das Plasmalemma durchdringen, sind von außen mit Polysaccharidketten verbunden (Bildung von Glykoproteinen). Dabei handelt es sich um besondere molekulare Rezeptoren, die Hormone einfangen. Wenn ein bestimmtes Hormon an seinen Rezeptor bindet, verändert es seine Struktur. Dies wiederum löst den zellulären Reaktionsmechanismus aus. In diesem Fall können sich Kanäle öffnen und bestimmte Substanzen können beginnen, in die Zelle einzudringen oder sie zu verlassen.

Die Rezeptorfunktion von Zellmembranen ist anhand der Wirkung des Hormons Insulin gut untersucht. Wenn Insulin an seinen Glykoproteinrezeptor bindet, wird der katalytische intrazelluläre Teil dieses Proteins (Adenylatcyclase-Enzym) aktiviert. Das Enzym synthetisiert zyklisches AMP aus ATP. Es aktiviert oder unterdrückt bereits verschiedene Enzyme des Zellstoffwechsels.

Zur Rezeptorfunktion der Zytoplasmamembran gehört auch die Erkennung benachbarter Zellen des gleichen Typs. Solche Zellen sind durch verschiedene interzelluläre Kontakte miteinander verbunden.

In Geweben mit interzelluläre Kontakte Mithilfe speziell synthetisierter niedermolekularer Substanzen können Zellen untereinander Informationen austauschen. Ein Beispiel für eine solche Interaktion ist die Kontakthemmung, wenn Zellen aufhören zu wachsen, nachdem sie die Information erhalten haben, dass freier Raum belegt ist.

Interzelluläre Kontakte können einfach sein (die Membranen verschiedener Zellen liegen nebeneinander), Verriegelungen (Invaginationen der Membran einer Zelle in eine andere) und Desmosomen (wenn die Membranen durch Bündel von Querfasern verbunden sind, die das Zytoplasma durchdringen). Darüber hinaus gibt es eine Variante interzellulärer Kontakte aufgrund von Mediatoren (Vermittlern) – Synapsen. In ihnen wird das Signal nicht nur chemisch, sondern auch übertragen elektrisch. Synapsen übertragen Signale zwischen Nervenzellen, sowie von nervös bis muskulös.