În 1972, a fost prezentată teoria conform căreia o membrană parțial permeabilă înconjoară celula și îndeplinește o serie de sarcini vitale, iar structura și funcția membranelor celulare sunt probleme semnificative în ceea ce privește buna funcționare a tuturor celulelor din organism.. Teoria celulară s-a răspândit în secolul al XVII-lea, odată cu inventarea microscopului. A devenit cunoscut faptul că țesuturile vegetale și animale sunt compuse din celule, dar din cauza rezoluției scăzute a dispozitivului, era imposibil să se vadă bariere în jurul celulei animale. În secolul al XX-lea, natura chimică a membranei a fost studiată mai detaliat, s-a constatat că lipidele stau la baza acesteia.
Structura și funcția membranelor celulare
Membrana celulară înconjoară citoplasma celulelor vii, separând fizic componentele intracelulare de mediul extern. Ciupercile, bacteriile și plantele au, de asemenea, pereți celulari care oferă protecție și împiedică trecerea moleculelor mari. Membranele celulare joacă, de asemenea, un rol înformarea citoscheletului și atașarea la matricea extracelulară a altor particule vitale. Acest lucru este necesar pentru a le ține împreună, formând țesuturile și organele corpului. Caracteristicile structurale ale membranei celulare includ permeabilitatea. Funcția principală este protecția. Membrana constă dintr-un strat fosfolipidic cu proteine încorporate. Această parte este implicată în procese precum aderența celulară, conducerea ionică și sistemele de semnalizare și servește ca suprafață de atașare pentru mai multe structuri extracelulare, inclusiv peretele, glicocalixul și citoscheletul intern. Membrana menține, de asemenea, potențialul celulei, acționând ca un filtru selectiv. Este permeabil selectiv la ioni și molecule organice și controlează mișcarea particulelor.
Mecanisme biologice care implică membrana celulară
1. Difuzia pasivă: Unele substanțe (molecule mici, ioni), precum dioxidul de carbon (CO2) și oxigenul (O2), pot difuza prin membrana plasmatică. Învelișul acționează ca o barieră pentru anumite molecule și ioni care pot fi concentrați pe ambele părți.
2. Canal transmembranar și proteină transportoare: nutrienții precum glucoza sau aminoacizii trebuie să pătrundă în celulă, iar unele produse metabolice trebuie să părăsească.
3. Endocitoza este procesul prin care moleculele sunt preluate. În membrana plasmatică se creează o ușoară deformare (invaginare), în care substanța de transportat este înghițită. Necesitaenergie și, prin urmare, este o formă de transport activ.
4. Exocitoza: apare în diferite celule pentru a elimina reziduurile nedigerate ale substanțelor aduse de endocitoză pentru a secreta substanțe precum hormoni și enzime și a transporta substanța complet prin bariera celulară.
Structură moleculară
Membrana celulară este o membrană biologică, formată în principal din fosfolipide și care separă conținutul întregii celule de mediul extern. Procesul de formare are loc spontan în condiții normale. Pentru a înțelege acest proces și a descrie corect structura și funcțiile membranelor celulare, precum și proprietățile, este necesar să se evalueze natura structurilor fosfolipide, care se caracterizează prin polarizare structurală. Când fosfolipidele din mediul acvatic al citoplasmei ating o concentrație critică, se combină în micelii, care sunt mai stabile în mediul acvatic.
Proprietăți ale membranei
- Stabilitate. Aceasta înseamnă că, după formarea membranei, este puțin probabil să se prăbușească.
- Forță. Membrana lipidică este suficient de fiabilă pentru a împiedica trecerea unei substanțe polare; atât substanțele dizolvate (ioni, glucoză, aminoacizi) cât și moleculele mult mai mari (proteine) nu pot trece prin granița formată.
- Personaj dinamic. Aceasta este poate cea mai importantă proprietate atunci când luăm în considerare structura celulei. Membrana celulară poatepoate fi supus diverselor deformari, poate fi pliat si indoit fara sa se prabuseasca. În circumstanțe speciale, cum ar fi fuziunea veziculelor sau înmugurire, acesta poate fi rupt, dar numai temporar. La temperatura camerei, constituenții săi lipidici sunt într-o mișcare constantă, haotică, formând o limită stabilă de fluid.
Model de mozaic lichid
Vorbind despre structura și funcțiile membranelor celulare, este important de menționat că, în viziunea modernă, membrana ca model de mozaic lichid a fost considerată în 1972 de oamenii de știință Singer și Nicholson. Teoria lor reflectă trei caracteristici principale ale structurii membranei. Proteinele membranare integrale oferă un șablon mozaic pentru membrană și sunt capabile de mișcare laterală în plan datorită naturii variabile a organizării lipidelor. Proteinele transmembranare sunt, de asemenea, potențial mobile. O caracteristică importantă a structurii membranei este asimetria acesteia. Care este structura unei celule? Membrană celulară, nucleu, proteine și așa mai departe. Celula este unitatea de bază a vieții, iar toate organismele sunt formate din una sau mai multe celule, fiecare având o barieră naturală care o separă de mediul său. Această margine exterioară a celulei se mai numește și membrană plasmatică. Este format din patru tipuri diferite de molecule: fosfolipide, colesterol, proteine și carbohidrați. Modelul mozaic lichid descrie structura membranei celulare astfel: flexibil și elastic, asemănător ca consistență cu uleiul vegetal, astfel încât totulmoleculele individuale plutesc pur și simplu în mediul lichid și toate sunt capabile să se miște lateral în interiorul acelei învelișuri. Un mozaic este ceva care conține multe detalii diferite. În membrana plasmatică, este reprezentată de fosfolipide, molecule de colesterol, proteine și carbohidrați.
fosfolipide
Fosfolipidele formează structura de bază a membranei celulare. Aceste molecule au două capete distincte: un cap și o coadă. Capătul conține o grupare fosfat și este hidrofil. Aceasta înseamnă că este atras de moleculele de apă. Coada este formată din hidrogen și atomi de carbon numiți lanțuri de acizi grași. Aceste lanțuri sunt hidrofobe, nu le place să se amestece cu moleculele de apă. Acest proces este similar cu ceea ce se întâmplă atunci când turnați ulei vegetal în apă, adică nu se dizolvă în el. Caracteristicile structurale ale membranei celulare sunt asociate cu așa-numitul strat dublu lipidic, care constă din fosfolipide. Capetele de fosfat hidrofil sunt întotdeauna situate acolo unde există apă sub formă de lichid intracelular și extracelular. Cozile hidrofobe ale fosfolipidelor din membrană sunt organizate astfel încât să le țină departe de apă.
Colesterol, proteine și carbohidrați
Când oamenii aud cuvântul „colesterol”, oamenii cred de obicei că este rău. Cu toate acestea, colesterolul este de fapt o componentă foarte importantă a membranelor celulare. Moleculele sale constau din patru inele de hidrogen și atomi de carbon. Sunt hidrofobe și apar printre cozile hidrofobe din stratul dublu lipidic. Importanța lor constă înmenținând consistența, întăresc membranele, prevenind încrucișarea. Moleculele de colesterol împiedică, de asemenea, cozile fosfolipidelor să intre în contact și să se întărească. Acest lucru garantează fluiditate și flexibilitate. Proteinele membranei acționează ca enzime pentru a accelera reacțiile chimice, acționează ca receptori pentru anumite molecule sau transportă substanțe prin membrana celulară.
Carbohidrații sau zaharidele se găsesc numai pe partea extracelulară a membranei celulare. Împreună formează glicocalixul. Oferă amortizare și protecție membranei plasmatice. Pe baza structurii și tipului de carbohidrați din glicocalix, organismul poate recunoaște celulele și poate determina dacă acestea ar trebui să fie acolo sau nu.
Proteine din membrană
Structura membranei celulare a unei celule animale nu poate fi imaginată fără o componentă atât de importantă precum proteina. În ciuda acestui fapt, ele pot fi semnificativ inferioare ca dimensiune față de o altă componentă importantă - lipidele. Există trei proteine principale de membrană.
- Integral. Acopera complet bi-stratul, citoplasma și mediul extracelular. Acestea îndeplinesc o funcție de transport și semnalizare.
- Periferic. Proteinele sunt atașate de membrană prin legături electrostatice sau de hidrogen la suprafețele lor citoplasmatice sau extracelulare. Ele sunt implicate în primul rând ca mijloc de atașare pentru proteinele integrale.
- Transmembrană. Ele îndeplinesc funcții enzimatice și de semnalizare și, de asemenea, modulează structura de bază a bi-stratului lipidic al membranei.
Funcțiile membranelor biologice
Efectul hidrofob, care reglează comportamentul hidrocarburilor în apă, controlează structurile formate din lipidele membranei și proteinele membranei. Multe proprietăți ale membranelor sunt conferite de purtătorii straturilor duble lipidice, care formează structura de bază pentru toate membranele biologice. Proteinele membranare integrale sunt parțial ascunse în stratul dublu lipidic. Proteinele transmembranare au o organizare specializată a aminoacizilor în secvența lor primară.
Proteinele membranare periferice sunt foarte asemănătoare cu cele solubile, dar sunt și legate de membrană. Membranele celulare specializate au funcții celulare specializate. Cum afectează structura și funcțiile membranelor celulare organismul? Funcționalitatea întregului organism depinde de modul în care sunt aranjate membranele biologice. Din organele intracelulare, interacțiunile extracelulare și intercelulare ale membranelor se creează structurile necesare organizării și îndeplinirii funcțiilor biologice. Multe caracteristici structurale și funcționale sunt comune bacteriilor, celulelor eucariote și virușilor înveliți. Toate membranele biologice sunt construite pe un strat dublu lipidic, ceea ce determină prezența unui număr de caracteristici comune. Proteinele membranei au multe funcții specifice.
- Control. Membranele plasmatice ale celulelor definesc limitele interacțiunii celulei cu mediul.
- Transport. Membranele intracelulare ale celulelor sunt împărțite în mai multe blocuri funcționale cu diferitecompoziția internă, fiecare dintre acestea fiind susținută de funcția de transport necesară în combinație cu permeabilitatea de control.
- Transducția semnalului. Fuziunea membranei oferă un mecanism de notificare veziculară intracelulară și împiedică pătrunderea liberă a diferitelor tipuri de viruși în celulă.
Semnificație și concluzii
Structura membranei celulare exterioare afectează întregul corp. Joacă un rol important în protejarea integrității, permițând doar substanțelor selectate să pătrundă. De asemenea, este o bază bună pentru ancorarea citoscheletului și a peretelui celular, ceea ce ajută la menținerea formei celulei. Lipidele reprezintă aproximativ 50% din masa membranei majorității celulelor, deși acest lucru variază în funcție de tipul de membrană. Structura membranei celulare exterioare a mamiferelor este mai complexă, conține patru fosfolipide principale. O proprietate importantă a straturilor duble lipidice este că se comportă ca un fluid bidimensional în care moleculele individuale se pot roti liber și se pot mișca lateral. O astfel de fluiditate este o proprietate importantă a membranelor, care este determinată în funcție de temperatură și compoziția lipidică. Datorită structurii inelare de hidrocarburi, colesterolul joacă un rol în determinarea fluidității membranelor. Permeabilitatea selectivă a membranelor biologice la moleculele mici permite celulei să-și controleze și să-și mențină structura internă.
Având în vedere structura celulei (membrană celulară, nucleu și așa mai departe), putem concluziona căcă organismul este un sistem de autoreglare care nu se poate dăuna singur fără ajutor extern și va căuta întotdeauna modalități de a restaura, proteja și funcționa corect fiecare celulă.
