Plazminio membrana: plazmos membranos struktūra ir funkcijos
Perskaitykite šį straipsnį, kad sužinotumėte apie membranos struktūrą, transportavimo modifikacijas ir plazmos membranos funkcijas!
Plazmos membrana:
Plazmos membrana arba plazmos lemma yra biologinė membrana, kuri atsiranda citoplazmos išorėje tiek prokariotuose, tiek eukariotinėse ląstelėse.
Jis atskiria ląstelių protoplazmą nuo jos išorinės aplinkos. Prokariotinės ląstelės neturi vidinių membraninių pertvarų. Pastarieji įvyksta eukariotinėse ląstelėse kaip kelių ląstelių organelių, pvz., Branduolio, mitochondrijų, plastidų, lizosomų, Golgi kūnų, peroksisomų ir kt.
Bio membranos jungia endoplazminį tinklelį. Jie taip pat pasitaiko tylakoidų viduje plastidų viduje arba mitochondrijos viduje. Vacuolai yra atskirti nuo citoplazmos membrana, vadinama tonoplastu. Visos biologinės membranos yra dinamiškos, nuolat rodo jų formos, dydžio, struktūros ir funkcijos pokyčius. Plazmos membraną aptiko Schwann (1838). Nageli ir Cramer (1855) pavadino jį kaip ląstelių membraną. Plowe (1931) membranai buvo suteiktas plazmos lemmos pavadinimas.
Cheminė membranų prigimtis:
Chemiškai biologinė membrana susideda iš lipidų (20–40%), baltymų (59–75%) ir angliavandenių (1–5%). Svarbūs membranos lipidai yra fosfolipidai (apie 100 tipų), steroliai (pvz., Cholesterolis), glikolipidai, sfingolipidai (pvz., Sfingomielinas, cerebrosidai).
Membranoje esantys angliavandeniai yra šakotieji arba nepramoniniai oligosacharidai, pvz., Heksozė, fukozė, heksoaminas, sialo rūgštis ir tt. Baltymai gali būti pluoštiniai arba globuliniai, struktūriniai, nešikliai, receptoriai arba fermentiniai. Apie 30 rūšių fermentų buvo užregistruoti skirtingose biologinėse membranose, pvz., Fosfatazėse, ATP-ase esterazėse, nukleazėse ir kt.
Lipidų molekulės yra amfiatinės arba amfipatinės, ty jos turi ir poliarinį hidrofilinį (vandenį), ir ne polinius hidrofobinius (vandens atstumiančius) galus. Hidrofilinis regionas yra galvos formos, o hidrofobinėje dalyje yra dvi riebalų rūgščių uodegos.
Hidrofobinės uodegos paprastai atsiranda link membranos centro. Baltymų molekulėse taip pat yra ir polinių, ir ne polinių šoninių grandinių. Paprastai jų poliariniai hidrofiliniai ryšiai yra link išorinės pusės. Ne poliariniai arba hidrofobiniai ryšiai yra laikomi sulankstyti arba naudojami ryšiams su hidrofobine lipidų dalimi nustatyti. Biomasės struktūros paaiškinimui buvo pateikti keli modelių tipai. Kuo svarbiau yra „Lamellar“ ir „Mosaic“.
Lameliniai modeliai (= „Sandwich“ modeliai):
Jie yra ankstyvieji molekuliniai biologinių membranų modeliai. Remiantis šiais modeliais, manoma, kad biologinės membranos turi stabilų sluoksniuotą struktūrą.
Danielli ir Davson modelis:
Pirmąjį plokštelinį modelį 1935 m. Pasiūlė James Danielli ir Hugh Davson, remdamiesi jų fiziologiniais tyrimais. Pasak Danielio ir Davsono, biomembrane yra keturi molekuliniai sluoksniai, du fosfolipidai ir du baltymai. Fosfolipidai sudaro dvigubą sluoksnį.
Fosfolipidų dvigubą sluoksnį abiejose pusėse padengia hidratuotų globulinių arba a-baltymų molekulių sluoksnis. Fosfolipidinių molekulių hidrofilinės polinės galvos yra nukreiptos į baltymus. Abi yra kartu su elektrostatinėmis jėgomis. Dviejų lipidinių sluoksnių hidrofobinės ne poliarinės uodegos yra nukreiptos į centrą, kur jas kartu sujungia hidrofobinės jungtys ir van der Waals jėgos.
Robertsono modelis:
J. Davidas Robertsonas (1959) modifikavo Danielli ir Davson modelį, siūlydamas, kad lipidų dvigubas sluoksnis būtų padengtas dviem paviršiais išplėstomis arba (3-baltymų molekulėmis. Taip pat buvo pasiūlytas skirtumas tarp išorinių ir vidinių sluoksnių baltymų). pvz., mukoprotinas išorinėje pusėje ir ne-gleivinės baltymas vidinėje pusėje.
Robertsonas dirbo raudonųjų kraujo kūnelių plazmos membranoje elektronų mikroskopu. Jis pateikė vieneto membranos sąvoką, o tai reiškia, kad:
(i) Visos citoplazminės membranos struktūros yra panašios į tris sluoksnius, kai elektronų skaidrus fosfolipidinis dvigubas sluoksnis yra smėliu, tarp dviejų elektronų tankių baltymų sluoksnių,
(ii) Visos biologinės membranos yra pagamintos iš vieneto membranos arba vienetinės membranos kartotinės. Robertsono vieneto membrana taip pat vadinama trailaminarine membrana. Jo storis yra apie 75 Å, o centrinis lipidinis sluoksnis yra 35 A storio ir du periferiniai baltymų sluoksniai, kurių sudėtyje yra 20Aeach. Pasak Robertsono, jei membranoje yra daugiau nei trys sluoksniai arba yra storesnis nei 75A, jis turi būti vieneto membranos daugiklis.
Mozaikinis modelis:
Skysčio mozaikos modelis. Tai naujausias Bio membranos modelis, kurį pasiūlė Singeris ir Nikolonas 1972 m.
1. Pagal šį modelį membrana neturi vienodų lipidų ir baltymų išdėstymo, bet yra dviejų jų mozaikos. Be to, membrana nėra kieta, bet yra beveik skysčio.
2. Joje teigiama, kad lipidų molekulės yra klampiame dvigubame sluoksnyje, kaip ir sluoksniuotame modelyje. Baltymų molekulės atsiranda vietose tiek išorinėje, tiek išorinėje lipidų dvigubo sluoksnio pusėje. Vidiniai baltymai vadinami vidiniais arba integruotais proteinais, o išoriniai - žinomi kaip išoriniai arba periferiniai baltymai.
Integriniai arba vidiniai baltymai sudaro 70% visų membraninių baltymų ir į lipidų dvisluoksnį sluoksnį patenka į skirtingus gylius. Kai kurie iš jų paleisti per lipidų dvigubą sluoksnį. Jie vadinami tunelio baltymais, kurie atskirai arba grupėje sudaro kanalus, skirtus vandens ir vandenyje tirpių medžiagų ištraukimui.
3. Baltymai suteikia struktūrinį ir funkcinį membranų specifiškumą. Be to, kadangi lipidų dvigubas sluoksnis yra kvazifluidinis, membraniniai baltymai gali nukreipti į šoną ir nuo jo suteikia membranai lankstumą ir dinamiką.
Daugelis membraninių baltymų veikia kaip fermentai, kai kurie iš jų elgiasi kaip per-tamsiai, palengvinti difuziją, ir keli baltymai veikia kaip nešikliai, nes jie aktyviai perneša įvairias medžiagas per membraną. Kai kurie kiti baltymai veikia kaip hormonų, atpažinimo centrų ir antigenų receptoriai. Kai kurie lipidai išoriniame paviršiuje yra sujungti su karbo hidratais, kad susidarytų glikolipidai arba glikokalizoksas.
Ląstelių membranos modifikacijos:
1. Microvilli:
Jie yra pirštais panašūs evaginacijos, kurių ilgis yra 0, 6–0, 8 μm ir skersmuo 0, 1 µm, kurie randami laisvo absorbcijos ląstelių paviršiuje, pvz., Žarnyno ląstelėse, kepenų ląstelėse, mezotelio ląstelėse, šlapimo vamzdeliuose. Paviršius, turintis mikrovillų, vadinamas ištemptu kraštu arba šepečio siena.
Microvilli kelis kartus padidina paviršiaus plotą. Juos palaiko mikrofilamentų tinklas, aktinas ir miozinas, tropomysoinas, spektrinas ir pan. Siauros erdvės tarp mikroviliukų dalyvauja pinocitozėje.
2. Mesosomos:
Jie yra bakterijų aptikimo plazminemoje. Vienas mezosomų tipas yra prijungtas prie nukleoido. Jis reikalingas nukleotidų replikacijai ir ląstelių dalijimui.
3. Junkciniai kompleksai:
Tai yra ryšiai tarp gretimų ląstelių, kurios gyvūnų ląstelių atveju yra atskirtos 150-200 Å erdvėmis, pripildytomis audinių skysčiu. Svarbiausi yra:
i) Sąveikos:
Tarp dviejų gretimų ląstelių yra pirštais panašių membranų augimas. Interdigitacijos padidina kontaktų tarp dviejų ląstelių plotą keičiantis medžiagomis.
ii) tarpląsteliniai tiltai:
Su gretimų ląstelių projekcijomis susiduria sparčiai dirginantys dirgikliai.
iii) storos sankryžos:
(Zonulae Occludentes, vienaskaita - Zonula Occludens). Čia dviejų gretimų ląstelių plazmos membranos yra sulietos taškų serijoje su griovelių arba sandarinimo sričių tinklu. Eterijoje, kurioje yra didelis elektrinis pasipriešinimas ir kai filtravimas vyksta per ląsteles, pvz., Kapiliarais, smegenų ląstelėmis, inkstų ląstelėmis, įvyksta įtemptos sąsajos.
(iv) Gapo funkcijos:
Gretimos ląstelės turi protoplazminius ryšius per specialius baltymų cilindrus, vadinamus connexons. Kiekvienas priedas yra sudarytas iš šešių identiškų baltymų subvienetų aplink hidrofilinį kanalą.
v) Plasmodesmata:
Jie yra protoplazminiai tiltai tarp ląstelių sienelių duobių ar porų.
(vi) desmosomos:
(Maculae Adherentes, vienaskaita - Macula Adherens). Gretimose membranose yra disko formos storis apie 0, 5 (am diametras, daug tonofibrilių (= tonofilamentų) ir trans-membraninių jungčių, įterptų į tankią tarpląstelinę medžiagą. Desmosomos veikia kaip taškiniai suvirinimo siūlai ir todėl vadinami dėmomis. sutrikdyti.
vii) terminalų strypai:
(Belt desmosomes, Zonulae Adherentes, vienaskaita - Zonula Adherens. Tarpinė jungtis). Terminalo strypai yra desmosomai be tonofibrilių. Ant vidinio membranos paviršiaus atsiranda tankinimo juostos. Juostose yra mikrofilmų ir tarpinių gijų.
Ląstelių membranų funkcijos:
1. Pagrindinė ląstelių membranų funkcija yra suskaldymas. Kaip plazmos membranos jie atskiria ląsteles nuo išorinės aplinkos. Kaip organelių dangos, jos leidžia ląstelių organeliams išlaikyti savo tapatybę, specifinę vidinę aplinką ir funkcinį individualumą.
2. membranos leidžia medžiagų ir informacijos srautą tarp skirtingų tos pačios ląstelės organelių, taip pat tarp vieno langelio ir kito.
3. Biologinės membranos, kaip plazmodezės ir atotrūkio sankryžos, suteikia organines jungtis tarp gretimų ląstelių.
4. Plazmos membranos ir kitos organelių membranos turi selektyvų pralaidumą, tai yra, jos leidžia tik pasirinktoms medžiagoms patekti į pasirinktus laipsnius. Membranos yra nepralaidžios kitiems.
5. Bio membranos turi retentyvumo savybę, ty jos neleidžia įvežti medžiagų, kurios jau yra leidžiamos.
6. Plazminės membranos paviršiuje yra specifinių medžiagų, kurios veikia kaip atpažinimo centrai ir tvirtinimo vietos.
7. Medžiagos, prijungtos prie ląstelių membranos, nustato antigeno specifiškumą. Glikoforinai, esantys eritrocitų paviršiuje, veikia kaip antigenų determinantai. Histocompatibilumo antigenai rodo, ar reikia įtraukti ar atmesti svetimkūnį ar audinį.
8. Ląstelių membranoje yra tam tikrų hormonų receptorių. Hormonas sujungia su savo specifiniais receptoriais ir keičia membranos pralaidumą arba aktyvuoja adenilato ciklazės fermentą, gamindamas ciklinį AMP iš ATP. cAMP tada sukelia fermentų rinkinį tam, kad atliktų tam tikrą funkciją.
9. Membranose yra nešančiųjų baltymų aktyviam transportavimui.
10. Ląstelių membranose yra fermentų tam tikroms reakcijoms atlikti jų paviršiuje, pvz., ATP-ase (ATP sintezei ir energijos iš ATP), fosfatazių, esterazių ir kt.
11. Tam tikros ląstelių membranos (pvz., Bakterijų plazmos membrana, chloroplastų tylakoidinės membranos, vidinė mitochondrijų membrana) turi elektronų transportavimo sistemas.
12. Membraniniai įklotai naudojami masės suvartojimui endocitoze.
Membranų transportavimas:
Cheminių medžiagų pernešimas į biologines membranas ar ląstelių membranas atsiranda dėl šių metodų:
A. Vandens vežimas:
(I) Osmosas:
Osmosas - tai vandens ar tirpiklių molekulių sklaida per plazmos membraną nuo mažo osmosinio slėgio iki didelio osmotinio slėgio, ty nuo didelio vandens kiekio iki mažo vandens kiekio. Plazminė membrana veikia kaip diferencinė membrana, leidžianti vandens molekulių judėjimą ir iš jo išlikimą.
B. Jonų ir mažų molekulių vežimas:
(II) Pasyvus transportas:
Tai membraninio transportavimo būdas, kai ląstelė neišleidžia energijos ir nerodo jokios specialios veiklos. Transportavimas priklauso nuo koncentracijos gradiento. Tai dviejų tipų pasyvioji difuzija ir palengvinta difuzija.
a) Pasyvus difuzija arba transportavimas per ląstelių membranas:
Čia ląstelių membrana atlieka pasyvų vaidmenį transportuojant medžiagas. Pasyvus difuzija gali vykti per membranos lipidinę matricą arba naudojant kanalus.
i) Lipidų tirpios medžiagos: \ t
Overtonas (1900 m.) Nustatė, kad lipidų tirpios medžiagos greitai pereina per ląstelių membraną pagal jų koncentracijos gradientą. Remiantis šia išvada, Overtonas pasiūlė, kad ląstelių membranos būtų pagamintos iš lipidų.
(ii) kanalo transportavimas:
Membrana turi kanalų, naudojamų tunelių baltymų pavidalu, kurie neturi jokio krūvio. Jie leidžia vandens ir tirpių dujų (CO 2 ir O 2 ) prasiskverbti pagal jų koncentracijos gradientą. Osmosas yra tokio transporto pavyzdys.
Jei du skirtingų koncentracijų tirpalai yra atskirti pusiau laidia membrana, tirpiklio molekulės per mažiau membraną koncentruojasi į labiau koncentruotą tirpalą. Šis procesas - tirpiklių molekulių difuzija į regioną, kuriame yra didesnė tirpiklio koncentracija, kuriai membrana yra nepralaidi, vadinama osmoze.
Filtravimas yra difuzija esant slėgiui per membraną, turinčią minutės poras. Ultra filtravimas vyksta per glomerulinį filtravimą inkstų viduje. Dializė yra mažų dalelių (pvz., Kristalinių tirpiklių) atskyrimo nuo didesnių (pvz., Koloidų) procesas, nes difuzijos greitis per membraną, turinčią labai mažas poras, yra skirtingas.
b) supaprastinta difuzija:
Tai vyksta per specialiųjų membraninių baltymų, vadinamų permeazais, agentūrą. Kai toks vežėjas tarpininkauja iš didesnės koncentracijos zonos, energija nereikalinga ir procesas vadinamas palengvinta difuzija. Dėl to transporto greitis yra specifinis.
Gliukozės patekimas į raudonuosius kraujo kūnelius yra palengvinta difuzija.
Supaprastintos sklaidos procesas apima šiuos veiksmus:
1. Difuzinės molekulės sujungia su specifinėmis nešiklio baltymų molekulėmis, sudarančiomis nešiklio-baltymų kompleksus.
2. Vežėjo baltymų molekulės forma keičiasi reaguojant į difuzinę molekulę taip, kad membranai susietas nešiklio baltymų kompleksas formuojasi kanalais.
3. Vežėjo baltymų molekulės forma keičiasi reaguojant į difuzinę molekulę, leidžiant molekulei kirsti plazmos membraną.
4. Kai difuzinė molekulė pasiekia kitą pusę, nešiklio molekulės (konformacinių pokyčių) formos pakeitimas mažina jo afinitetą su difuzuojančia molekule ir leidžia ją išleisti.
5. Išlaisvinus difuzinę molekulę, nešiklio baltymų molekulė vėl pradeda formuotis.
Supaprastinta difuzija leidžia molekulėms kirsti kitaip nepralaidžią arba prastai pralaidžią membraną.
Supaprastinta difuzija skiriasi nuo paprastos difuzijos šiose savybėse:
i) Supaprastinta difuzija yra specifinė stereo (tiek L, tiek D izomerą).
(ii) Jis rodo sotumo kinetiką.
(iii) Siekiant palengvinti difuziją reikia nešiklio transportuoti per membraną. Šiluminės difuzijos būdu nešiklio baltymų molekulės perkelia į membraną ir per ją.
(III) Aktyvus transportas:
Tai medžiagų judėjimas per membranas, kur tirpios dalelės juda prieš jų cheminę koncentraciją arba elektrocheminį gradientą. Šiai transporto rūšiai reikalinga energija, kurią teikia beveik vien ATP hidrolizė.
Aktyvus transportavimas vyksta tiek jonų, tiek ne elektrolitų atveju, pvz., Druskos įsisavinimas augalų ląstelėse, jonuose, gliukozėje ir fenolftaleinu inkstų kanalėlių, natrio ir kalio atveju nervų ląstelių atveju ir tt Tai patvirtina įvairūs įrodymai:
(a) Sumažėja ar sustabdomas sugerties poveikis, kai sumažėja aplinkos aplinkoje esantis deguonies kiekis.
b) Metaboliniai inhibitoriai, tokie kaip cianidai, slopina absorbciją.
c) Ląstelės dažnai sukaupia druskas ir kitas medžiagas nuo jų koncentracijos gradiento.
(d) Aktyvus transportavimas rodo soties kinetiką, tai yra, transporto greitis didėja didėjant tirpalo koncentracijai, kol pasiekiamas maksimalus. Be šios vertės, membranos transportavimo greitis nepadidėja, o tai rodo, kad ji vyksta per specialias organines molekules, vadinamas nešiklio molekulėmis, nešiklio dalelėmis ar nešikliais.
Vežėjų molekulės yra ATP ases, fermentai, katalizuojantys ATP hidrolizę. Svarbiausia iš šių ATPazių yra Na + -K + ATP ase, kuris taip pat žinomas kaip Na + -K + siurblys. Be to, yra skrandžio gleivinės ir inkstų kanalėlių H + -K + ATPazės.
Kiekvienai kietųjų dalelių daliai yra speciali nešiklio molekulė. Vežėjas turi susijungimo vietą dviejuose membranos paviršiuose. Tirpios dalelės su nešikliu sujungia suformuoja nešiklio tirpalo kompleksą. Susietoje būsenoje nešiklis patiria konformacinį pokytį, kuris perneša tirpiklį į kitą membranos pusę. Energija naudojama konformaciniam vežėjo pakeitimui. Ją teikia ATP. Proceso metu ATP yra defosforilintas, kad susidarytų ADP. Carrier baltymai yra trijų tipų.
1. Uniport:
Jie transportuoja tik vieną medžiagą.
2. „Symports“:
Tam tikrais atvejais transportui reikalingas daugiau nei vienos medžiagos prijungimas prie transporto baltymų ir medžiagos gabenamos per membraną. Pavyzdžiui, žarnyno gleivinės simportas, kuris yra atsakingas už bendrą transportavimą, palengvina Na + ir gliukozės difuziją iš žarnyno liumenų į gleivinės ląsteles.
3. Antikvariatas:
Jie keičia vieną medžiagą kitam. Na + -K + ATPazė yra tipiškas antiportas.
Daugelis gyvūnų ląstelių veikia natrio-kalio mainų siurblį savo plazmos membranoje. Panašus protonų siurblys veikia chloroplastuose, mitochondrijose ir bakterijose Na + -K + mainų siurblys veikia naudojant fermentą ATP-ase, kuris taip pat veikia kaip nešiklio molekulė.
Fermentas hidrolizuoja ATP, kad atlaisvintų energiją. Energija naudojama konformaciniams vežėjo pokyčiams. Kiekvienai hidrolizuotai ATP molekulei išsiurbiami trys Na + jonai ir du K + jonai pumpuojami į vidų.
„Na + - K +“ mainų siurblys atlieka šias funkcijas: (i) palaiko teigiamą potencialą išorinėje membranos pusėje ir santykinai elektroninį potencialą vidinėje pusėje;
(ii) Siurblys sukuria nervų ląstelėse potencialą,
(iii) Siurblys palaiko gyvų ląstelių vandens pusiausvyrą.
(iv) padeda šlapimo susidarymui;
v) jis dalyvauja druskos išsiskyrime kaip ir jūros gyvūnams. Jūros kirai ir pingvinai geria jūros vandenį. Jie išskiria druskos perteklių per nosies liaukas. Nosies druskos liaukose yra natrio-kalio siurblys jų ląstelių membranose. Na + jonai aktyviai išsiurbiami. Chloro jonai praeina pasyviai. Dviejų paukščių nosies sekrecija turi 1, 5–3, 0 karto didesnę NaCl koncentraciją nei kraujo.
(vi) ekstraląsteliniame skystyje esantys nepranešti ir neskaidrieji Na + jonai turi tendenciją praeiti atgal į ląsteles. Kitos medžiagos sujungiamos su natrio jonais ir juda į vidų kartu su jomis, pvz., Gliukozės, amino rūgštys žarnyne. Šis reiškinys vadinamas antriniu aktyviu transportu, lyginant su Na + -K + mainų siurbliu, kuris vadinamas pirminiu aktyviu transportu.
Kiti svarbūs siurbliai yra kalcio siurblys (RBC, raumenys), K + siurblys, CP siurblys, K + -H + mainų siurbliai. Paskutinis įvyksta apsauginėse ląstelėse.
Aktyvus transportavimas - tai priemonė (i) daugumos maistinių medžiagų absorbcijai iš žarnyno (ii) naudingos medžiagos absorbcija iš šlapimo vamzdžių (iii) greitas ir selektyvus maistinių medžiagų absorbavimas ląstelėse (iv) palaikant membranos potencialą (v) ramybės potencialas nervų ląstelėse (vi) palaikyti vandens ir jonų pusiausvyrą tarp ląstelių ir ekstraląstelinio skysčio, vii) druskos liaukų išskyrimą.
C. Kietųjų dalelių gabenimas (masinis transportas):
Masinis transportas į vidų ir į išorę vyksta per plazmos membraną, įsiskverbiant ir išvengiant membranos. Masinis transportas yra naudingas, kai vežama didelės molekulės, kurioms esant sunku pereiti pro ląstelių membraną. Endocitozė ir eksocitozė yra du būdai, kuriais atliekami birūs kroviniai.
(IV) Endocitozė yra didelių maistinių medžiagų arba pašalinių medžiagų dalelių įsisavinimo procesas. Pagal medžiagų pobūdį, endocitozė gali būti:
(i) Pinocitozės ar ląstelių gerinimas yra procesas, kai ląstelė suvartoja skysčio medžiagą.
(ii) Mikro pinocitozė yra subcelluliarinio arba submikroskopinio lygio pinocitozė.
iii) Rofeocitozė yra mažų citoplazmos kiekių perdavimas kartu su jų įtraukimu.
(iv) Fagocitozė yra didelių kietųjų maisto dalelių arba kietos medžiagos dalijimasis ląstelėje.
(V) Eksocitozė yra sekretorių produktų išsiskyrimo į ląstelių citoplazmą procesas. Jis taip pat žinomas kaip emeicitozė arba ląstelių vėmimas. Kasos ląstelėse vakuinai, kuriuose yra fermentų, pereina nuo citoplazmos vidų į paviršių. Čia jie sujungia su plazmos membrana ir išleidžia jų turinį į išorę.
