Сви живи организми на Земљи сачињени су од ћелија, а свака ћелија је окружена заштитном мембраном - мембраном. Међутим, функције мембрана нису ограничене на заштиту органоида и одвајање једне ћелије од друге. Ћелијска мембрана је комплексан механизам који је директно укључен у репродукцију, регенерацију, исхрану, дисање и многе друге важне функције ћелије..
Термин "ћелијска мембрана" се користи око стотину година. Реч "мембрана" у преводу са латинског значи "филм". Али у случају ћелијске мембране, биће исправније говорити о укупности два филма међусобно повезана на одређен начин, а различите стране тих филмова имају различита својства..
Ћелијска мембрана (цитолема, плазма мембрана) је трослојна мембрана липопротеина (масти-протеина) која одваја сваку ћелију од суседних ћелија и околине и спроводи контролисану размену између ћелија и околине..
Кључно у овој дефиницији није да ћелијски зид одваја једну ћелију од друге, већ да осигурава њену интеракцију са другим ћелијама и околином. Мембрана је веома активна, константно радна ћелијска структура, на којој природа има многе функције. Из нашег чланка ћете сазнати све о саставу, структури, својствима и функцијама ћелијске мембране, као ио опасности коју људске мембране узрокују људском здрављу..
Садржај чланка:
- Историја истраживања ћелијске мембране
- Својства и функције ћелијске мембране
- Структура ћелијске мембране
- Најважнији закључци о структури и функцији ћелијских мембрана
Историја истраживања ћелијске мембране
Године 1925, два немачка научника, Гортер и Грендел, били су у стању да изведу најсложенији експеримент на црвеним крвним зрнцима људске крви, црвених крвних зрнаца. Помоћу осмотског штрајка, истраживачи су добили тзв. “Сенке” - празне љуске црвених крвних зрнаца, које су затим пресавили у једну гомилу и измјерили површину. Следећи корак је био да се израчуна количина липида у ћелијској мембрани. Уз помоћ ацетона, научници су изоловали липиде из "сенки" и утврдили да су они довољни за двоструки континуирани слој.
Међутим, током експеримента, направљене су две велике грешке:
Употреба ацетона не дозвољава изолацију апсолутно свих липида из мембрана;
Површина "сенки" израчуната је сувом тежином, што је такође погрешно.
Пошто је прва грешка дала минус у прорачунима, а други - плус, укупни резултат је био изненађујуће тачан, а немачки научници донели су научном свету најважније откриће - липидни двослој ћелијске мембране.
Године 1935, још један пар истраживача, Даниелле и Давсон, након дугих експеримената на филмовима билипида, дошли су до закључка да су протеини присутни у станичним мембранама. Иначе, није било начина да се објасни зашто ови филмови имају тако високу површинску напетост. Научници су јавности представили шематски модел ћелијске мембране, сличан сендвичу, где хомогени липид-протеински слојеви играју улогу комада хлеба, а између њих уместо путера, празнина.
1950. године, користећи први електронски микроскоп, Даниелие-Давсон-ова теорија је делимично потврђена - микрографије ћелијске мембране јасно показују два слоја који се састоје од липидних и протеинских глава, а између њих је транспарентан простор испуњен само реповима липида и протеина.
1960. године, вођен овим подацима, амерички микробиолог Ј. Робертсон развио је теорију о трослојној структури ћелијских мембрана, која се дуго времена сматрала једином исправном. Међутим, како се наука развијала, све више и више се сумњало у хомогеност ових слојева. Са тачке гледишта термодинамике, таква структура је изузетно неповољна - ћелијама би било веома тешко да транспортују супстанце изнутра и ван кроз цео сендвич. Поред тога, доказано је да ћелијске мембране различитих ткива имају различиту дебљину и метод везивања, због различитих функција органа..
Године 1972. микробиолози СД Сингер и Г.Л. Ницхолсон је био у стању да објасни све недоследности Робертсонове теорије уз помоћ новог, течно-мозаичког модела ћелијске мембране. Научници су открили да је мембрана хетерогена, асиметрична, напуњена течношћу, а њене ћелије су у сталном покрету. И протеини укључени у његов састав имају различиту структуру и намену, поред тога, они су различито лоцирани у односу на билипидни слој мембране..
Ћелијске мембране садрже протеине три врсте:
Периферно - монтирано на површину филма;
Полу-интегрални - дјелимично продиру у слој билипида;
Интеграл - потпуно прожима мембрану.
Периферни протеини се повезују са главама мембранских липида путем електростатске интеракције, и никада не формирају континуирани слој, као што се раније сматрало, а полу-интегрални и интегрални протеини служе за транспорт кисеоника и нутријената у ћелију, као и за уклањање продуката разлагања и више. за неколико важних функција о којима ћете сазнати касније.
Опширније: Биолошке функције липида
Својства и функције ћелијске мембране
Ћелијска мембрана обавља следеће функције:
Пропустљивост баријере - мембране за различите типове молекула није иста: да би се заобишла ћелијска мембрана, молекул мора имати одређену величину, хемијска својства и електрични набој. Штетни или неприкладни молекули, због баријере ћелијске мембране, једноставно не могу продријети у ћелију. На пример, употребом пероксисне реакције, мембрана штити цитоплазму од пероксида који су опасни за њу;
Транспорт - кроз мембрану пролази пасивна, активна, регулисана и селективна размјена. Пасивна замена је погодна за материје растворљиве у мастима и гасове који се састоје од веома малих молекула. Такве супстанце продиру унутра и напуштају ћелију без енергије, слободно, дифузијом. Активна транспортна функција ћелијске мембране се активира када је неопходно извршити неопходне, али тешко транспортоване супстанце у или из ћелије. На пример, са великим молекулима, или неспособним да пређу билипидни слој због хидрофобности. Тада протеини пумпе почињу да раде, укључујући АТПазу, која је одговорна за апсорпцију калијумових јона у ћелију и избацивање натријумових јона из ње. Регулисана размена транспорта је неопходна за функције секреције и ферментације, на пример, када ћелије производе и луче хормоне или желучани сок. Све ове супстанце напуштају ћелије кроз посебне канале иу датој запремини. Функција селективног транспорта је повезана са веома интегралним протеинима који прожимају мембрану и служе као канал за улазак и излазак из добро дефинисаних типова молекула;
Матрица - ћелијска мембрана одређује и фиксира распоред органоида међусобно (нуклеус, митохондрије, хлоропласте) и регулише интеракцију између њих;
Механички - осигурава ограничавање једне ћелије од друге, а истовремено и исправну везу ћелија у хомогено ткиво и отпорност органа на деформацију;
Заштитна - и код биљака и код животиња, ћелијска мембрана служи као основа за изградњу заштитног оквира. Пример је чврсто дрво, густа кожа, трновити трње. У животињском свијету постоје и многи примјери заштитне функције станичних мембрана - љуске корњача, хитинусне шкољке, копита и рогова;
Енергетски - процеси фотосинтезе и ћелијске респирације не би били могући без учешћа протеина ћелијских мембрана, јер се кроз протеинске канале ћелије размјењују енергијом;
Рецепторски протеини уграђени у ћелијску мембрану могу имати другу важну функцију. Они служе као рецептори, захваљујући којима ћелија прима сигнал од хормона и неуротрансмитера. А то је, заузврат, неопходно за спровођење нервних импулса и нормалан ток хормонских процеса;
Ензиматски - још једна важна функција која је својствена одређеним протеинима ћелијских мембрана. На пример, у епителу црева, дигестивни ензими се синтетизују коришћењем таквих протеина;
Биопотенцијал - концентрација калијумових јона унутар ћелије је значајно виша него споља, а концентрација натријумових јона, напротив, споља је већа него унутра. Ово објашњава потенцијалну разлику: унутар ћелије, набој је негативан, споља је позитиван, што промовише кретање супстанци уи из ћелије током било које од три врсте метаболизма - фагоцитоза, пиноцитоза и егзоцитоза;
Означено - на површини ћелијских мембрана постоје тзв. "Етикете" - антигени који се састоје од гликопротеина (протеини са придруженим разгранатим бочним ланцима олигосахарида). Пошто бочни ланци могу имати велику разноликост конфигурација, сваки тип ћелије добија своју јединствену ознаку, која омогућава другим ћелијама тела да их препознају “по виђењу” и да на њих правилно реагују. Зато, на пример, људске имунске ћелије, макрофаги, лако препознају аутсајдера који је ушао у тело (инфекција, вирус) и покуша да га уништи. Исто се дешава са оболелим, мутираним и старим ћелијама - ознака на њиховој ћелијској мембрани се мења и тело их се отараси..
Ћелијски метаболизам се одвија кроз мембрану и може се извршити коришћењем три главне врсте реакција:
Фагоцитоза је ћелијски процес у којем фагоцитне ћелије уграђене у мембрану хватају и разграђују чврсте честице нутријената. У људском телу, фагоцитоза се изводи мембранама два типа ћелија: гранулоцитима (грануларни леукоцити) и макрофагима (ћелије имунолошких убица);
Пиноцитоза је процес хватања површине ћелијске мембране молекуле течности у контакту са њом. За исхрану у облику пиноцитозе, ћелија расте у танким пахуљастим изданцима у облику антена на својој мембрани, која, како је, окружује капљицу течности, и добија се мехур. Прво, овај мехурић испупче изнад површине мембране, а затим "прогута" - скрива се унутар ћелије, а његови зидови се стапају са унутрашњом површином ћелијске мембране. Пиноцитоза се јавља у готово свим живим ћелијама;
Егзоцитоза је обрнути процес у коме се унутар ћелије формирају мехурићи са секреторном функционалном текућином (ензим, хормон), и она се мора некако уклонити из ћелије у околину. Да би се то постигло, мехур се прво стапа са унутрашњом површином ћелијске мембране, затим избочује, пуца, избацује садржај и поново се спаја са површином мембране, овај пут споља. Егзоцитоза се јавља, на пример, у ћелијама цревног епитела и надбубрежне коре.
Структура ћелијске мембране
Ћелијске мембране садрже липиде три класе:
Фосфолипиди;
Глицолипидс;
Холестерол.
Фосфолипиди (комбинација масти и фосфора) и гликолипиди (комбинација масти и угљених хидрата), заузврат, се састоје од хидрофилне главе, од које одлазе два дуга хидрофобна репа. Али понекад холестерол заузима простор између ова два репа и не дозвољава им да се савијају, што чини мембране неких ћелија крутим. Поред тога, молекули холестерола уређују структуру ћелијских мембрана и спречавају прелазак поларних молекула из једне ћелије у другу..
Али најважнија компонента, као што се може видети из претходног одељка о функцијама ћелијских мембрана, су протеини. Њихов састав, намена и локација су веома разноврсни, али постоји нешто заједничко које их све уједињује: прстенасти липиди се увек налазе око протеина ћелијских мембрана. То су специјалне масти које су јасно структуриране, стабилне, имају више засићених масних киселина у свом саставу и ослобађају се из мембрана заједно са "закрпљеним" протеинима. Ово је нека врста личне заштитне љуске за протеине, без које они једноставно не би радили.
Структура ћелијске мембране је трослојна. У средини лежи релативно хомогени слој течног билипида, а протеини га прекривају са обе стране са сличношћу са мозаиком, делимично продирући у дебљину. То јест, било би погрешно мислити да су спољни протеински слојеви ћелијске мембране континуирани. Протеини, поред њихових комплексних функција, потребни су у мембрани да би прешли у ћелије и транспортовали од њих оне супстанце које нису у стању да продру у масни слој. На пример, калијум и натријум јони. За њих постоје специјалне протеинске структуре - ионски канали, о којима ћемо детаљније говорити у наставку.
Ако погледате ћелијску мембрану кроз микроскоп, можете видјети слој липида формираних ситним сферичним молекулима, дуж којих, као у мору, лебде велике протеинске ћелије различитих облика. Управо исте мембране раздвајају унутрашњи простор сваке ћелије у одељке у којима се удобно налазе језгра, хлоропласти и митохондрије. Не будите унутар ћелија појединачних "соба", органеле би се држале једна уз другу и не би могле правилно да извршавају своје функције..
Ћелија је скуп органоида структурираних и разграничених уз помоћ мембрана, која учествује у комплексу енергетских, метаболичких, информационих и репродуктивних процеса који осигуравају виталну активност организма..
Као што се може видети из ове дефиниције, мембрана је најважнија функционална компонента било које ћелије. Његова вредност је велика као вредност нуклеуса, митохондрија и других ћелијских органела. Јединствене особине мембране су због његове структуре: састоји се од два филма која су заједно обликована на посебан начин. Молекуле фосфолипида у мембрани су смештене хидрофилне главе, а унутра хидрофобни репови. Дакле, једна страна филма је навлажена водом, а друга није. Дакле, ови филмови су међусобно повезани невлаженим странама према унутра, формирајући билипидни слој окружен протеинским молекулима. Ово је веома "сендвич" структура ћелијске мембране.
Јонски канали ћелијских мембрана
Размотримо детаљније принцип деловања јонских канала. За шта су они? Чињеница је да само масно топљиве супстанце - гасови, алкохоли и саме масти - могу слободно да продру кроз липидну мембрану. На пример, у црвеним крвним зрнцима константно се размењују кисеоник и угљен диоксид, а за то наше тело не мора да прибегава никаквим додатним триковима. Али шта је онда када постоји потреба за транспортом водених раствора кроз ћелијску мембрану, као што су соли натријума и калијума??
Било би немогуће утрти пут за такве супстанце у слоју билипида, јер би се рупе одмах зацелиле и држале заједно, као што је структура било којег масног ткива. Али природа је, као и увек, нашла излаз из ситуације и створила посебне транспортне структуре протеина.
Постоје два типа проводних протеина:
Транспортери - полу-интегралне протеинске пумпе;
Цханнелформерс - интегрални протеини.
Протеини првог типа делимично су уроњени у билипидни слој ћелијске мембране, а глава гледа напоље, ау присуству жељене супстанце почињу да се понашају као пумпа: извлаче молекул и усисавају га у ћелију. И протеини другог типа, интегрални, имају издужени облик и лоцирани су окомито на слој билипидне ћелијске мембране, продирући кроз њега. Супстанце које нису у стању да прођу кроз маст, крећу се дуж њих, као кроз тунеле, у ћелију и ван ћелије. Кроз јонске канале у ћелију пролазе и акумулирају се калијумови јони, док се натријумови јони, напротив, извлаче. Постоји разлика у електричним потенцијалима, који су неопходни за правилан рад свих ћелија нашег тела..
Најважнији закључци о структури и функцији ћелијских мембрана
Теорија увек изгледа интересантно и обећавајуће, ако се може корисно применити у пракси. Откриће структуре и функција ћелијских мембрана људског тела омогућило је научницима да остваре прави напредак у науци уопште, а посебно у медицини. Није случајно да смо се тако детаљно зауставили на ионским каналима, јер управо ту лежи одговор на једно од најважнијих питања нашег времена: зашто људи све више болестају од онкологије?
Рак убија око 17 милиона људи широм свијета сваке године, и четврти је најчешћи узрок свих смртних случајева. Према ВХО, учесталост онкологије стално расте, а до краја 2020. године може достићи 25 милиона годишње..
Шта објашњава тренутну епидемију рака и где функционише ћелијска мембрана? Рећи ћете: разлог су лоши услови околине, лоша исхрана, лоше навике и озбиљно наслеђе. И, наравно, ви ћете бити у праву, али ако говоримо о проблему детаљније, разлог је закисељавање људског тела. Наведени негативни фактори доводе до поремећаја ћелијских мембрана, инхибиције дисања и исхране..
Тамо где треба да буде плус, формира се минус, а ћелија не може нормално да функционише. Али ћелије рака не требају ни кисеоник ни алкалну средину - могу користити анаеробни тип хране. Због тога, у условима кисиковог изгладњивања и нивоа пХ који прелази границе, здраве ћелије мутирају, желе се прилагодити околини и постати станице рака. Тако се оболијева од онкологије. Да бисте то избегли, потребно је да свакодневно конзумирате довољно чисте воде и да се одрекнете карциногена у храни. Али, по правилу, људи су свесни штетних производа и потребе за квалитетном водом, и не чине ништа - надају се да ће их проблем проћи.
Познавајући структуру и функције ћелијских мембрана различитих ћелија, лекари могу да користе ове информације како би обезбедили циљане, циљане терапијске ефекте на тело. Многи савремени лекови, улазећи у наше тело, траже жељену "мету", која може деловати као јонски канали, ензими, рецептори и биомаркери ћелијских мембрана. Овај метод третмана омогућава постизање бољих резултата уз минималне нуспојаве..
Најновија генерација антибиотика не убија све ћелије у низу када улазе у крв, али то су ћелије патогена које траже, фокусирајући се на маркере у њеним ћелијским зидовима. Најновији лекови против мигрене, триптани, сужавају само упаљене мождане крвне судове, али готово да немају ефекта на срце и периферни циркулациони систем. И они ће препознати неопходне судове управо помоћу протеина њихових ћелијских мембрана. Има много таквих примера, тако да је сигурно рећи да знање о структури и функцији ћелијских мембрана лежи у основи развоја савремене медицинске науке и сваке године штеди милионе живота..