Caratteristiche della struttura della membrana plasmatica e sue funzioni. Membrana plasmatica, struttura e funzioni. Strutture formate dalla membrana plasmatica. Struttura della membrana plasmatica

Qual è la struttura della membrana plasmatica? Quali sono le sue funzioni?

La base dell'organizzazione strutturale della cellula sono le membrane biologiche. La membrana plasmatica (plasmalemma) è la membrana che circonda il citoplasma di una cellula vivente. Le membrane sono composte da lipidi e proteine. I lipidi (principalmente fosfolipidi) formano un doppio strato, in cui le “code” idrofobe delle molecole sono rivolte verso l'interno della membrana e quelle idrofile sono rivolte verso le sue superfici. Le molecole proteiche possono trovarsi sulla superficie esterna ed interna della membrana, possono essere parzialmente immerse nello strato lipidico o penetrare attraverso di esso. La maggior parte proteine ​​di membrana immerse - enzimi. Questo è un modello a mosaico fluido della struttura della membrana plasmatica. Le molecole proteiche e lipidiche sono mobili, il che garantisce il dinamismo della membrana. Le membrane comprendono anche carboidrati sotto forma di glicolipidi e glicoproteine ​​(glicocalice), situati sulla superficie esterna della membrana. L'insieme di proteine ​​e carboidrati sulla superficie della membrana di ciascuna cellula è specifico ed è una sorta di indicatore del tipo cellulare.

Funzioni della membrana:

1. Divisione. Consiste nella formazione di una barriera tra il contenuto interno della cellula e l'ambiente esterno.
2. Garantire lo scambio di sostanze tra il citoplasma e l'ambiente esterno. Acqua, ioni, molecole inorganiche e organiche entrano nella cellula (funzione di trasporto). I prodotti formati nella cellula vengono rilasciati nell'ambiente esterno (funzione secretoria).
3. Trasporto. Il trasporto attraverso la membrana può avvenire in diversi modi. Il trasporto passivo avviene senza dispendio energetico, per semplice diffusione, osmosi o diffusione facilitata con l'aiuto di proteine ​​trasportatrici. Il trasporto attivo viene effettuato utilizzando proteine ​​trasportatrici e richiede energia (ad esempio la pompa sodio-potassio).

Grandi molecole di biopolimeri entrano nella cellula a seguito dell'endocitosi. Si divide in fagocitosi e pinocitosi. La fagocitosi è la cattura e l'assorbimento di particelle di grandi dimensioni da parte di una cellula. Il fenomeno fu descritto per la prima volta da I.I. Mechnikov. Dapprima le sostanze aderiscono alla membrana plasmatica, a specifiche proteine ​​recettrici, poi la membrana si piega formando una depressione.

Si forma un vacuolo digestivo. Digerisce le sostanze che entrano nella cellula. Nell'uomo e negli animali, i leucociti sono capaci di fagocitosi. I globuli bianchi assorbono batteri e altro materiale particolato.

La pinocitosi è il processo di cattura e assorbimento di goccioline di liquido con sostanze disciolte in esso. Le sostanze si attaccano alle proteine ​​della membrana (recettori) e una goccia di soluzione è circondata da una membrana, formando un vacuolo. La pinocitosi e la fagocitosi si verificano con il dispendio di energia ATP.

1. Secretario. La secrezione è il rilascio da parte di una cellula di sostanze sintetizzate nella cellula nell'ambiente esterno. Ormoni, polisaccaridi, proteine ​​e goccioline di grasso sono contenuti in vescicole delimitate da una membrana e si avvicinano al plasmalemma. Le membrane fondono e il contenuto della vescicola viene rilasciato nell'ambiente circostante la cellula.
2. Connessione di cellule nel tessuto (a causa di escrescenze piegate).
3. Recettore. Le membrane contengono un gran numero di recettori, proteine ​​speciali il cui ruolo è trasmettere segnali dall'esterno all'interno della cellula.

La membrana è costituita da due strati di molecole lipidiche (doppio strato), nei quali sono incorporate le proteine. Ad alcune molecole di lipidi e proteine ​​sono attaccati carboidrati. Non ce ne sono molti. Lo spessore della membrana è di circa 10 nm (0,00001 mm). La parte principale della membrana è uno strato continuo di molecole di fosfolipidi. In ciò liquido strato immerso in molecole di molecole proteiche di diversa struttura e funzione. Le proteine ​​non ricoprono completamente il doppio strato lipidico, ma si trovano in esso singolarmente o in gruppi. Nel complesso questo mi ricorda mosaico(Fig. 2. B. C). A questo proposito, viene chiamato il modello a membrana attualmente accettato mosaico liquido. Le proteine ​​sono capaci mossa lungo lo strato lipidico. Anche le molecole dello strato lipidico si muovono. È chiaro che il movimento delle molecole della membrana modifica le caratteristiche fisico-chimiche di queste ultime e questo, a sua volta, modifica le caratteristiche funzionali della membrana. Va notato che la membrana plasmatica della maggior parte delle cellule non ha la forma di una sfera perfetta. Al contrario, presenta molte sporgenze e depressioni che cambiano costantemente forma e dimensione. Ricevuto Ultimamente i risultati hanno apportato alcune modifiche alla teoria della struttura della membrana. È stato dimostrato che non tutte le proteine ​​di membrana sono capaci di movimento e che alcune regioni della membrana differiscono nella struttura dal classico doppio strato lipidico.

La molecola di fosfolipide appare come una testa con due code (Fig. 2 A). La testa (glicerolo) è solubile in acqua, idrofila, le code (acidi grassi) sono insolubili in acqua, idrofobi. Pertanto, essendo in acqua, molecole spontaneamente occupano una certa posizione rispetto alla fase acquosa. Partendo dalle molecole d'acqua, le code si trovano in profondità nello strato lipidico e le teste idrosolubili sono rivolte verso l'esterno e verso l'interno ambiente acquatico(Fig. 2.B). Il doppio strato lipidico è chiamato matrice. Di particolare rilievo è la presenza di lipidi nelle membrane cellulari, la cui coda contiene acidi grassi presenti nella loro struttura doppi legami, situato attraverso il gruppo CH 2 (– CH = CH – CH = CH – CH –). Tali acidi grassi sono chiamati insaturi. Questi acidi sono più suscettibili agli effetti delle specie reattive dell'ossigeno (ROS), che sono costantemente presenti nel corpo di tutti gli esseri viventi. Il loro numero aumenta soprattutto in varie malattie. Ciò può portare a conseguenze negative, come discuteremo di seguito.

Le proteine ​​incorporate nella matrice (Fig. 2 B) si trovano in modo diverso. Alcune sulla superficie interna ed esterna dello strato lipidico sono proteine ​​vicine alla membrana o di superficie, altre sono semi-immerse nella membrana - proteine ​​semi-integrali, e altre permeano l'intera membrana - proteine ​​integrali. Le proteine ​​semi-integrali e integrali sono solitamente combinate sotto lo stesso termine, proteine ​​intrinseche, perché sono difficili da distinguere le une dalle altre. Le proteine ​​integrali si trovano più spesso nelle membrane. Possono essere rappresentati da una molecola e svolgere qualsiasi funzione, oppure da un gruppo (insieme) di proteine. Ogni membro dell'ensemble svolge un ruolo rigorosamente definito. Questi complessi svolgono anche una o più funzioni terminali.

Riso. 2. Struttura schematica della membrana plasmatica.

Va notato che le proteine ​​enzimatiche integrali e di superficie che funzionano nella membrana spesso cambiano la loro posizione. In alcuni casi è difficile determinare a quale tipo (superficiale o integrale) appartiene una particolare proteina di membrana. Ad esempio, l'enzima fosfolipasi A, depositato sulla membrana, è una proteina di superficie, ma poi si attiva, diventa una proteina integrale e, interagendo con i lipidi del doppio strato, forma da essi acido arachidonico (Fig. 3). Quest'ultimo lascia la membrana e viene convertito in altri composti attivi che partecipano allo sviluppo di vari processi patologici.

Na + , K + - ATPasi Adrenorecettore Adenilato ciclasi

Ca2+-ATPasi

Fosfolipasi

Na+, K+ Ca 2+ Arachidonico

Glicogeno acido della proteina G

Riso. 3. Schema ipotetico di localizzazione di alcune proteine ​​di membrana

Al contrario, le proteine ​​coinvolte nel movimento delle sostanze attraverso la membrana lo sono ad esempio, le proteine ​​​​coinvolte nella diffusione facilitata di Na +, K + -ATPasi o Ca 2+ -ATPasi, di regola, non cambiano la loro posizione, funzionando come proteine ​​integrali (Fig. 3). E infine, come abbiamo già detto, la membrana può contenere complessi complessi di più proteine, collegate in un unico insieme con un compito. Tali complessi includono proteine ​​che prendono parte alla conduzione del segnale informativo attraverso la membrana (Fig. 3). Quest'ultimo comprende un complesso contenente tre proteine: recettore adrenergico, proteina G e adenilato ciclasi. Tutte queste proteine ​​sono essenziali per il normale funzionamento della cellula e in patologia. Ne parleremo di seguito.

Oltre ai lipidi e alle proteine, la membrana contiene carboidrati, ma questi non si trovano come componenti indipendenti, ma come componenti di lipidi (glicolipidi) o proteine ​​(glicoproteine). I carboidrati si trovano sulla superficie esterna del plasmalemma.

1. Barriera- fornisce un metabolismo regolato, selettivo, passivo e attivo con l'ambiente.

Le membrane cellulari hanno permeabilità selettiva: glucosio, amminoacidi, acidi grassi, glicerolo e ioni si diffondono lentamente attraverso di essi, le membrane stesse regolano attivamente questo processo - alcune sostanze passano, ma altre no.

2. Trasporti- Il trasporto delle sostanze dentro e fuori la cellula avviene attraverso la membrana. Il trasporto attraverso le membrane garantisce: l'apporto di nutrienti, la rimozione dei prodotti finali del metabolismo, la secrezione di varie sostanze, la creazione di gradienti ionici, il mantenimento del pH appropriato e della concentrazione ionica nella cellula, necessari per il funzionamento degli enzimi cellulari.

Esistono quattro meccanismi principali per l'ingresso delle sostanze nella cellula o la loro rimozione dalla cellula verso l'esterno:

a) Passivo (diffusione, osmosi) (non richiede energia)

Diffusione

La distribuzione di molecole o atomi di una sostanza tra le molecole o atomi di un'altra, portando all'equalizzazione spontanea delle loro concentrazioni in tutto il volume occupato. In alcune situazioni, una delle sostanze ha già una concentrazione equalizzata e si parla di diffusione di una sostanza in un'altra. In questo caso la sostanza viene trasferita da un'area ad alta concentrazione ad un'area a bassa concentrazione (lungo il vettore del gradiente di concentrazione (Fig. 2.4).

Riso. 2.4. Schema del processo di diffusione

Osmosi

Il processo di diffusione unidirezionale delle molecole di solvente attraverso una membrana semipermeabile verso una concentrazione di soluto più elevata da un volume con una concentrazione di soluto inferiore (Fig. 2.5).

Riso. 2.5. Schema del processo di osmosi

b) Trasporto attivo (richiede dispendio energetico)

Pompa sodio-potassio- un meccanismo di trasporto transmembrana accoppiato attivo di ioni sodio (fuori dalla cellula) e ioni potassio (all'interno della cellula), che fornisce un gradiente di concentrazione e una differenza di potenziale transmembrana. Quest'ultimo funge da base per molte funzioni di cellule e organi: secrezione delle cellule ghiandolari, contrazione muscolare, conduzione degli impulsi nervosi, ecc. (Fig. 2.6).

Riso. 2.6. Schema di funzionamento della pompa potassio-sodio

Nella prima fase, l'enzima Na + /K + -ATPasi attacca tre ioni Na + al lato interno della membrana. Questi ioni modificano la conformazione del centro attivo dell'ATPasi. Successivamente, l'enzima è in grado di idrolizzare una molecola di ATP. L'energia rilasciata dopo l'idrolisi viene spesa per modificare la conformazione del trasportatore, per cui sul lato esterno della membrana compaiono tre ioni Na + e uno ione PO 4 3− (fosfato). Qui gli ioni Na+ vengono scissi e PO4 3− viene sostituito da due ioni K+. Successivamente l'enzima ritorna alla sua conformazione originale e gli ioni K+ compaiono sul lato interno della membrana. Qui gli ioni K+ vengono scissi e il trasportatore è di nuovo pronto per il lavoro.

Di conseguenza, nell'ambiente extracellulare viene creata un'alta concentrazione di ioni Na + e all'interno della cellula viene creata un'alta concentrazione di K +. Questa differenza di concentrazione viene utilizzata nelle cellule quando si conduce un impulso nervoso.

c) Endocitosi (fagocitosi, pinocitosi)

Fagocitosi(mangiare da parte di una cellula) è il processo di assorbimento da parte di una cellula di oggetti solidi, come cellule eucariotiche, batteri, virus, resti di cellule morte, ecc. Attorno all'oggetto assorbito si forma un grande vacuolo intracellulare (fagosoma). La dimensione dei fagosomi è di 250 nm e oltre. Dalla fusione del fagosoma con il lisosoma primario si forma un lisosoma secondario. In un ambiente acido, gli enzimi idrolitici scompongono le macromolecole intrappolate nel lisosoma secondario. I prodotti di degradazione (amminoacidi, monosaccaridi e altre sostanze utili) vengono poi trasportati attraverso la membrana lisosomiale nel citoplasma cellulare. La fagocitosi è molto diffusa. Negli animali e negli esseri umani altamente organizzati, il processo di fagocitosi svolge un ruolo protettivo. L'attività fagocitaria dei leucociti e dei macrofagi ha grande valore nel proteggere il corpo dai microbi patogeni e da altre particelle indesiderate che vi entrano. La fagocitosi fu descritta per la prima volta dallo scienziato russo I. I. Mechnikov (Fig. 2.7)

Pinocitosi(bere da parte della cellula) - il processo di assorbimento della fase liquida da parte della cellula ambiente contenenti sostanze solubili, comprese molecole di grandi dimensioni (proteine, polisaccaridi, ecc.). Durante la pinocitosi, piccole vescicole chiamate endosomi vengono rilasciate dalla membrana nella cellula. Sono più piccoli dei fagosomi (la loro dimensione arriva fino a 150 nm) e di solito non contengono particelle di grandi dimensioni. Dopo la formazione dell'endosoma, il lisosoma primario si avvicina ad esso e queste due vescicole di membrana si fondono. L'organello risultante è chiamato lisosoma secondario. Il processo di pinocitosi è costantemente eseguito da tutte le cellule eucariotiche. (Fig.7)

Endocitosi mediata da recettori - un processo attivo specifico in cui la membrana cellulare si gonfia all'interno della cellula, formando fosse delimitate. Il lato intracellulare della fossa delimitata contiene un insieme di proteine ​​adattative. Le macromolecole che si legano a recettori specifici sulla superficie cellulare passano verso l'interno a una velocità molto più elevata rispetto alle sostanze che entrano nelle cellule attraverso la pinocitosi.

Riso. 2.7. Endocitosi

d) Esocitosi (fagocitosi negativa e pinocitosi)

Processo cellulare in cui le vescicole intracellulari (vescicole di membrana) si fondono con la membrana cellulare esterna. Durante l'esocitosi, il contenuto delle vescicole secretorie (vescicole di esocitosi) viene rilasciato e la loro membrana si fonde con la membrana cellulare. Quasi tutti i composti macromolecolari (proteine, ormoni peptidici, ecc.) vengono rilasciati dalla cellula in questo modo (figura 2.8)

Riso. 2.8. Schema di esocitosi

3. Generazione e conduzione di biopotenziali- con l'aiuto della membrana, nella cellula viene mantenuta una concentrazione costante di ioni: la concentrazione dello ione K+ all'interno della cellula è molto più alta che all'esterno, e la concentrazione di Na+ è molto più bassa, il che è molto importante, poiché questo assicura il mantenimento della differenza di potenziale sulla membrana e la generazione di un impulso nervoso.

4. Meccanico- garantisce l'autonomia della cellula, delle sue strutture intracellulari, nonché la connessione con altre cellule (nei tessuti).

5. Energia- durante la fotosintesi nei cloroplasti e la respirazione cellulare nei mitocondri, nelle loro membrane operano sistemi di trasferimento di energia, a cui partecipano anche le proteine;

6. Recettore- alcune proteine ​​situate nella membrana sono recettori (molecole con l'aiuto delle quali la cellula percepisce determinati segnali).

7. Enzimatico- Le proteine ​​di membrana sono spesso enzimi. Ad esempio, le membrane plasmatiche delle cellule epiteliali intestinali contengono enzimi digestivi.

8. Matrice- garantisce una certa posizione relativa e orientamento delle proteine ​​di membrana, la loro interazione ottimale;

9. Marcatura delle celle- sulla membrana sono presenti antigeni che fungono da marcatori - “etichette” che permettono di identificare la cellula. Si tratta di glicoproteine ​​(cioè proteine ​​a cui sono attaccate catene laterali oligosaccaridiche ramificate) che svolgono il ruolo di “antenne”. Con l'aiuto dei marcatori, le cellule possono riconoscere altre cellule e agire di concerto con loro, ad esempio, nella formazione di organi e tessuti. Ciò consente anche al sistema immunitario di riconoscere antigeni estranei.

Inclusioni cellulari

Le inclusioni cellulari includono carboidrati, grassi e proteine. Tutte queste sostanze si accumulano nel citoplasma della cellula sotto forma di gocce e granelli di varie dimensioni e forme. Vengono periodicamente sintetizzati nella cellula e utilizzati nel processo metabolico.

Citoplasma

Fa parte di una cellula vivente (protoplasto) senza membrana plasmatica o nucleo. La composizione del citoplasma comprende: la matrice citoplasmatica, il citoscheletro, gli organelli e le inclusioni (a volte le inclusioni e il contenuto dei vacuoli non sono considerati la sostanza vivente del citoplasma). Separato dall'ambiente esterno dalla membrana plasmatica, il citoplasma è l'ambiente semiliquido interno delle cellule. Il citoplasma delle cellule eucariotiche contiene il nucleo e vari organelli. Contiene anche varie inclusioni: prodotti dell'attività cellulare, vacuoli, nonché minuscoli tubi e filamenti che formano lo scheletro della cellula. Le proteine ​​predominano nella composizione della sostanza principale del citoplasma.

Funzioni del citoplasma

1) in esso avvengono i principali processi metabolici.

2) unisce il nucleo e tutti gli organelli in un tutt'uno, garantisce la loro interazione.

3) mobilità, irritabilità, metabolismo e riproduzione.

La mobilità si presenta in varie forme:

Movimento intracellulare del citoplasma cellulare.

Movimento ameboide. Questa forma di movimento si esprime nella formazione di pseudopodi da parte del citoplasma verso o lontano da un particolare stimolo. Questa forma di movimento è inerente all'ameba, ai leucociti del sangue e anche ad alcune cellule dei tessuti.

Movimento tremolante. Appare sotto forma di percosse di minuscole escrescenze protoplasmatiche: ciglia e flagelli (ciliati, cellule epiteliali di animali multicellulari, sperma, ecc.).

Movimento contrattivo. È assicurato dalla presenza nel citoplasma di uno speciale organello di miofibrille, il cui accorciamento o allungamento contribuisce alla contrazione e al rilassamento della cellula. La capacità di contrarsi è maggiormente sviluppata nelle cellule muscolari.

L'irritabilità si esprime nella capacità delle cellule di rispondere all'irritazione modificando metabolismo ed energia.

Citoscheletro

Uno di caratteristiche distintive Una cellula eucariotica è la presenza nel suo citoplasma di formazioni scheletriche sotto forma di microtubuli e fasci di fibre proteiche. Gli elementi citoscheletrici, strettamente associati alla membrana citoplasmatica esterna e all'involucro nucleare, formano trame complesse nel citoplasma.

Il citoscheletro è formato da microtubuli, microfilamenti e dal sistema microtrabecolare. Il citoscheletro determina la forma della cellula, partecipa ai movimenti cellulari, alla divisione e al movimento della cellula stessa, e al trasporto intracellulare degli organelli.

Microtubuli si trovano in tutte le cellule eucariotiche e sono cilindri cavi e non ramificati, il cui diametro non supera i 30 nm e lo spessore della parete è di 5 nm. Possono raggiungere diversi micrometri di lunghezza. Si disintegra e rimonta facilmente. La parete dei microtubuli è composta principalmente da subunità elicoidali della proteina tubulina (Fig. 2.09)

Funzioni dei microtubuli:

1) svolgere una funzione di supporto;

2) formare un fuso; garantire la divergenza dei cromosomi rispetto ai poli della cellula; responsabile del movimento degli organelli cellulari;

3) prendere parte al trasporto intracellulare, alla secrezione e alla formazione della parete cellulare;

4) sono una componente strutturale di ciglia, flagelli, corpi basali e centrioli.

Microfilamenti sono rappresentati da filamenti del diametro di 6 nm, costituiti da proteina actina, vicina all'actina muscolare. L'actina costituisce il 10-15% delle proteine ​​totali della cellula. Nella maggior parte delle cellule animali, appena sotto la membrana plasmatica si forma una fitta rete di filamenti di actina e proteine ​​associate.

Oltre all'actina, nella cellula si trovano anche filamenti di miosina. Tuttavia, il loro numero è molto più piccolo. L'interazione tra actina e miosina provoca la contrazione muscolare. I microfilamenti sono associati al movimento dell'intera cellula o delle sue singole strutture al suo interno. In alcuni casi il movimento è assicurato solo dai filamenti di actina, in altri dall'actina insieme alla miosina.

Funzioni dei microfilamenti

1) resistenza meccanica

2) consente alla cellula di cambiare forma e muoversi.

Riso. 2.09. Citoscheletro

Organelli (o organelli)

Sono divisi in non membrana, a membrana singola e a doppia membrana.

A organelli non di membrana Le cellule eucariotiche includono organelli che non hanno una propria membrana chiusa, vale a dire: ribosomi e organelli costruiti sulla base dei microtubuli di tubulina - centro cellulare (centrioli) E organelli di movimento (flagelli e ciglia). Nelle cellule della maggior parte degli organismi unicellulari e nella stragrande maggioranza delle piante superiori (terrestri), i centrioli sono assenti.

A organelli a membrana singola relazionare: reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, lisosomi, perossisomi, sferosomi, vacuoli e alcuni altri. Tutti gli organelli a membrana singola sono interconnessi in un unico sistema cellulare. Le cellule vegetali hanno lisosomi speciali e le cellule animali hanno vacuoli speciali: digestivi, escretori, contrattili, fagocitici, autofagocitici, ecc.

A organelli a doppia membrana relazionare mitocondri e plastidi.

Organelli non di membrana

A) Ribosomi- organelli presenti nelle cellule di tutti gli organismi. Si tratta di piccoli organelli, rappresentati da particelle globulari del diametro di circa 20 nm. I ribosomi sono costituiti da due subunità di dimensioni disuguali: grande e piccola. I ribosomi contengono proteine ​​e RNA ribosomiale (rRNA). Esistono due tipi principali di ribosomi: eucariotici (80S) e procariotici (70S).

A seconda della posizione nella cellula, nel citoplasma ci sono ribosomi liberi che sintetizzano proteine ​​e ribosomi attaccati - ribosomi collegati da grandi subunità alla superficie esterna delle membrane dell'ER, sintetizzando proteine ​​che entrano nel complesso del Golgi e vengono poi secrete dal cellula. Durante la biosintesi delle proteine, i ribosomi possono combinarsi in complessi: poliribosomi (polisomi).

I ribosomi eucariotici si formano nel nucleolo. Innanzitutto, gli rRNA vengono sintetizzati sul DNA nucleolare, che viene poi ricoperto da proteine ​​ribosomiali provenienti dal citoplasma, scisse alla dimensione richiesta e formando subunità ribosomiali. Nel nucleo non sono presenti ribosomi completamente formati. La combinazione delle subunità in un intero ribosoma avviene nel citoplasma, solitamente durante la biosintesi delle proteine.

I ribosomi si trovano nelle cellule di tutti gli organismi. Ciascuno è costituito da due particelle, piccola e grande. I ribosomi contengono proteine ​​e RNA.

Funzioni

sintesi proteica.

Le proteine ​​sintetizzate si accumulano dapprima nei canali e nelle cavità del reticolo endoplasmatico e vengono poi trasportate negli organelli e nei siti cellulari. L'EPS e i ribosomi situati sulle sue membrane rappresentano un unico apparato per la biosintesi e il trasporto delle proteine (Fig. 2.10-2.11).

Riso. 2.10. Struttura ribosomiale

Riso. 2.11. Struttura dei ribosomi

B) Centro della cellula (centrioli)

Il centriolo è un cilindro (0,3 µm di lunghezza e 0,1 µm di diametro), la cui parete è formata da nove gruppi di tre microtubuli fusi (9 triplette), interconnessi a determinati intervalli mediante legami incrociati. Spesso i centrioli sono combinati in coppie dove si trovano ad angolo retto tra loro. Se il centriolo si trova alla base del ciglio o del flagello, viene chiamato corpo basale.

Quasi tutte le cellule animali hanno una coppia di centrioli, che sono l'elemento centrale del centro cellulare.

Prima della divisione, i centrioli divergono ai poli opposti e vicino a ciascuno di essi appare un centriolo figlio. Dai centrioli situati ai diversi poli della cellula si formano microtubuli che crescono l'uno verso l'altro.

Funzioni

1) formano un fuso mitotico, facilitando la distribuzione uniforme del materiale genetico tra le cellule figlie,

2) sono il centro di organizzazione del citoscheletro. Alcuni fili del fuso sono attaccati ai cromosomi.

I centrioli sono organelli autoreplicanti del citoplasma. Nascono come risultato della duplicazione di quelli esistenti. Ciò si verifica quando i centrioli si separano. Il centriolo immaturo contiene 9 singoli microtubuli; Apparentemente ciascun microtubulo è uno stampo per l'assemblaggio di triplette caratteristiche di un centriolo maturo (Fig. 2.12).

I cetrioli si trovano nelle cellule delle piante inferiori (alghe).

Riso. 2.12. Centrioli del centro cellulare

Organelli a membrana singola

D) Reticolo endoplasmatico (RE)

L'intera zona interna del citoplasma è piena di numerosi piccoli canali e cavità, le cui pareti sono membrane simili nella struttura alla membrana plasmatica. Questi canali si ramificano, si collegano tra loro e formano una rete chiamata reticolo endoplasmatico. Il reticolo endoplasmatico è eterogeneo nella sua struttura. Ne esistono due tipi conosciuti: granulare E liscio.

Sulle membrane dei canali e delle cavità della rete granulare sono presenti numerosi piccoli corpi rotondi - ribosomi, che conferiscono alle membrane un aspetto ruvido. Le membrane del reticolo endoplasmatico liscio non portano ribosomi sulla loro superficie. L'EPS svolge molte funzioni diverse.

Funzioni

La funzione principale del reticolo endoplasmatico granulare è la partecipazione alla sintesi proteica, che avviene nei ribosomi. La sintesi di lipidi e carboidrati avviene sulle membrane del reticolo endoplasmatico liscio. Tutti questi prodotti di sintesi si accumulano nei canali e nelle cavità e vengono poi trasportati nei vari organelli della cellula, dove vengono consumati o si accumulano nel citoplasma come inclusioni cellulari. L'EPS collega tra loro i principali organelli della cellula (Fig. 2.13).

Riso. 2.13. La struttura del reticolo endoplasmatico (ER) o reticolo

D) Apparato del Golgi

La struttura di questo organello è simile nelle cellule degli organismi vegetali e animali, nonostante la diversità della sua forma. Svolge molte funzioni importanti.

Organello a membrana singola. Si tratta di pile di “cisterne” appiattite e con bordi espansi, alle quali è associato un sistema di piccole vescicole monomembrana (vescicole di Golgi). Le vescicole del Golgi sono concentrate principalmente sul lato adiacente al RE e lungo la periferia dei cataste. Si ritiene che trasferiscano proteine ​​e lipidi all'apparato del Golgi, le cui molecole, spostandosi di serbatoio in serbatoio, subiscono modifiche chimiche.

Tutte queste sostanze prima si accumulano, diventano chimicamente complesse, quindi entrano nel citoplasma sotto forma di bolle grandi e piccole e vengono utilizzate nella cellula stessa durante la sua vita, oppure vengono rimosse da essa e utilizzate nel corpo (Fig. 2.14-2.15).

Riso. 2.14. Struttura dell'apparato del Golgi

Funzioni:

Modificazione e accumulo di proteine, lipidi, carboidrati;

Imballaggio in vescicole di membrana (vescicole) del ricevuto materia organica;

Luogo di formazione dei lisosomi;

Funzione secretoria, quindi l'apparato del Golgi è ben sviluppato nelle cellule secretorie.

Riso. 2.15. Complesso di Golgi

E) Lisosomi

Sono piccoli corpi rotondi. All'interno del lisosoma ci sono enzimi che scompongono proteine, grassi, carboidrati e acidi nucleici. I lisosomi si avvicinano a una particella di cibo che è entrata nel citoplasma, si fondono con essa e si forma un vacuolo digestivo, all'interno del quale si trova una particella di cibo circondata da enzimi lisosomiali.

Gli enzimi lisosomiali vengono sintetizzati nel RE ruvido e si spostano nell'apparato di Golgi, dove vengono modificati e impacchettati nelle vescicole di membrana dei lisosomi. Un lisosoma può contenere da 20 a 60 tipi diversi di enzimi idrolitici. Viene chiamata la scomposizione delle sostanze mediante enzimi lisi.

Esistono lisosomi primari e secondari. I lisosomi che originano dall'apparato del Golgi sono detti primari.

I secondari sono chiamati lisosomi formati come risultato della fusione dei lisosomi primari con vacuoli endocitici. In questo caso digeriscono le sostanze che entrano nella cellula attraverso la fagocitosi o la pinocitosi, per questo possono essere chiamati vacuoli digestivi.

Funzioni dei lisosomi:

1) digestione di sostanze o particelle catturate dalla cellula durante l'endocitosi (batteri, altre cellule),

2) autofagia: distruzione di strutture non necessarie per la cellula, ad esempio durante la sostituzione di vecchi organelli con nuovi o la digestione di proteine ​​e altre sostanze prodotte all'interno della cellula stessa,

3) autolisi - autodigestione di una cellula, che porta alla sua morte (a volte questo processo non è patologico, ma accompagna lo sviluppo dell'organismo o la differenziazione di alcune cellule specializzate) (Fig. 2.16-2.17).

Esempio: Quando un girino si trasforma in una rana, i lisosomi situati nelle cellule della coda lo digeriscono: la coda scompare e le sostanze formate durante questo processo vengono assorbite e utilizzate da altre cellule del corpo.

Riso. 2.16. Formazione dei lisosomi

Riso. 2.17. Funzionamento dei lisosomi

G) Perossisomi

Organelli simili nella struttura ai lisosomi, vescicole con un diametro fino a 1,5 micron con una matrice omogenea contenente circa 50 enzimi.

La catalasi provoca la degradazione del perossido di idrogeno 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 e previene la perossidazione lipidica

I perossisomi si formano per gemmazione da quelli già esistenti, ad es. appartengono ad organelli autoreplicanti, nonostante non contengano DNA. Crescono per apporto di enzimi; gli enzimi perossisomiali si formano sul RE ruvido e nello ialoplasma (Fig. 2.18).

Riso. 2.18. Perossisoma (nucleoide cristallino al centro)

H) Vacuoli

Organelli a membrana singola. I vacuoli sono “contenitori” riempiti con soluzioni acquose di sostanze organiche e inorganiche. Il RE e l'apparato del Golgi partecipano alla formazione dei vacuoli.

Le cellule giovani delle piante contengono molti piccoli vacuoli che poi, man mano che le cellule crescono e si differenziano, si fondono tra loro e formano un grande vacuolo centrale.

Il vacuolo centrale può occupare fino al 95% del volume di una cellula matura; il nucleo e gli organelli vengono spinti verso la membrana cellulare. Si chiama la membrana che delimita il vacuolo della pianta tonoplasto.

Il liquido che riempie il vacuolo della pianta è chiamato linfa cellulare. La composizione della linfa cellulare comprende sali organici e inorganici idrosolubili, monosaccaridi, disaccaridi, aminoacidi, prodotti metabolici finali o tossici (glicosidi, alcaloidi) e alcuni pigmenti (antociani).

Gli zuccheri e le proteine ​​sono spesso immagazzinati da sostanze organiche. Gli zuccheri sono spesso sotto forma di soluzioni, le proteine ​​entrano sotto forma di vescicole del RE e dell'apparato di Golgi, dopodiché i vacuoli vengono disidratati trasformandosi in granuli di aleurone.

Le cellule animali contengono piccoli vacuoli digestivi e autofagici, che appartengono al gruppo dei lisosomi secondari e contengono enzimi idrolitici. Gli animali unicellulari possiedono anche vacuoli contrattili che svolgono la funzione di osmoregolazione ed escrezione.

Funzioni

Nelle piante

1) accumulo di liquidi e mantenimento del turgore,

2) accumulo di nutrienti di riserva e sali minerali,

3) colorare fiori e frutti e attirare così impollinatori e distributori di frutti e semi.

Negli animali:

4) vacuoli digestivi: distruggono le macromolecole organiche;

5) i vacuoli contrattili regolano la pressione osmotica della cellula e rimuovono le sostanze non necessarie dalla cellula

6) i vacuoli fagocitici si formano durante la fagocitosi degli antigeni da parte delle cellule immunitarie

7) i vacuoli autofagocitici si formano durante la fagocitosi dei propri tessuti da parte delle cellule immunitarie

Organelli a doppia membrana (mitocondri e plastidi)

Questi organelli sono semiautonomi perché hanno un proprio DNA e un proprio apparato per la sintesi delle proteine. I mitocondri si trovano in quasi tutte le cellule eucariotiche. I plastidi si trovano solo nelle cellule vegetali.

I) Mitocondri

Questi sono organelli che forniscono energia ai processi metabolici nella cellula. Nello ialoplasma i mitocondri sono solitamente distribuiti in modo diffuso, ma nelle cellule specializzate sono concentrati in quelle aree dove c'è maggiore bisogno di energia. Ad esempio, nelle cellule muscolari, un gran numero di mitocondri sono concentrati lungo le fibrille contrattili, lungo il flagello spermatico, nell'epitelio dei tubuli renali, nell'area delle sinapsi, ecc. Questa disposizione dei mitocondri garantisce una minore perdita di ATP durante la sua diffusione.

La membrana esterna separa il mitocondrio dal citoplasma, è chiusa su se stessa e non forma invaginazioni. La membrana interna limita il contenuto interno dei mitocondri: la matrice. Caratteristica– la formazione di numerose invaginazioni – creste, a causa delle quali aumenta l’area delle membrane interne. Il numero e il grado di sviluppo delle creste dipende dall'attività funzionale del tessuto. I mitocondri hanno il proprio materiale genetico (Fig. 2.19).

Il DNA mitocondriale è una molecola circolare chiusa a doppio filamento; nelle cellule umane ha una dimensione di 16.569 coppie di nucleotidi, ovvero circa 105 volte più piccola del DNA localizzato nel nucleo. I mitocondri hanno un proprio sistema di sintesi proteica, ma il numero di proteine ​​tradotte dall'mRNA mitocondriale è limitato. Il DNA mitocondriale non può codificare per tutte le proteine ​​mitocondriali. La maggior parte delle proteine ​​mitocondriali sono sotto il controllo genetico del nucleo.

Riso. 2.19. La struttura dei mitocondri

Funzioni dei mitocondri

1) Formazione di ATP

2) sintesi proteica

3) partecipazione a sintesi specifiche, ad esempio la sintesi di ormoni steroidei (ghiandole surrenali)

4) i mitocondri esausti possono anche accumulare prodotti di escrezione e sostanze nocive, ad es. capace di assumere le funzioni di altri organelli cellulari

K) Plastidi

Plastidi-organelli caratteristici solo delle piante.

Esistono tre tipi di plastidi:

1) cloroplasti(plastidi verdi);

2) cromoplasti(plastidi gialli, arancioni o rossi)

3) leucoplasti(plastidi incolori).

Tipicamente, in una cellula si trova un solo tipo di plastide.

Cloroplasti

Questi organelli si trovano nelle cellule delle foglie e di altri organi verdi delle piante, nonché in una varietà di alghe. Nelle piante superiori, una cellula contiene solitamente diverse dozzine di cloroplasti. Il colore verde dei cloroplasti dipende dal contenuto del pigmento clorofilliano in essi contenuto.

Il cloroplasto è il principale organello delle cellule vegetali in cui avviene la fotosintesi, cioè la formazione di sostanze organiche (carboidrati) da sostanze inorganiche (CO 2 e H 2 O) utilizzando l'energia della luce solare. I cloroplasti hanno una struttura simile ai mitocondri.

I cloroplasti hanno una struttura complessa. Sono separati dallo ialoplasma da due membrane: esterna e interna. I contenuti interni vengono chiamati stroma. La membrana interna forma all'interno del cloroplasto un sistema complesso e rigorosamente ordinato di membrane sotto forma di bolle piatte chiamate tilacoidi.

I tilacoidi sono raccolti in pile - cereali, simili a colonne di monete . I grana sono interconnessi da tilacoidi stromali che li attraversano lungo il plastidio. (Fig. 2.20-2.22). La clorofilla e i cloroplasti si formano solo con la luce.

Riso. 2.20. Cloroplasti al microscopio ottico

Riso. 2.21. Struttura di un cloroplasto al microscopio elettronico

Riso. 2.22. Struttura schematica dei cloroplasti

Funzioni

1) fotosintesi(formazione di sostanze organiche da sostanze inorganiche per effetto dell'energia luminosa). La clorofilla gioca un ruolo centrale in questo processo. Assorbe l'energia luminosa e la dirige per svolgere le reazioni di fotosintesi. Nei cloroplasti, come nei mitocondri, avviene la sintesi di ATP.

2) partecipare alla sintesi di aminoacidi e acidi grassi,

3) fungere da deposito per riserve temporanee di amido.

Leucoplasti- piccoli plastidi incolori che si trovano nelle cellule degli organi nascosti dalla luce solare (radici, rizomi, tuberi, semi). La loro struttura è simile alla struttura dei cloroplasti (Fig. 2.23).

Tuttavia, a differenza dei cloroplasti, i leucoplasti hanno un sistema di membrane interne poco sviluppato, perché sono coinvolti nella sintesi e nell'accumulo di nutrienti di riserva: amido, proteine ​​e lipidi. Alla luce, i leucoplasti possono trasformarsi in cloroplasti.

Riso. 2.23. Struttura del leucoplasto

Cromoplasti- plastidi di arancione, rosso e colore giallo, che è causato da pigmenti appartenenti al gruppo dei carotenoidi. I cromoplasti si trovano nelle cellule dei petali di molte piante, nei frutti maturi e raramente negli ortaggi a radice, così come nei foglie d'autunno. Il sistema di membrana interna nei cromoplasti è solitamente assente (Fig.24).

Riso. 2.24. Struttura cromoplastica

Il significato dei cromoplasti non è stato ancora completamente chiarito. La maggior parte di loro sono plastidi invecchiati. Di norma si sviluppano dai cloroplasti, mentre nei plastidi la clorofilla e la struttura della membrana interna vengono distrutte e i carotenoidi si accumulano. Ciò si verifica quando i frutti maturano e le foglie ingialliscono in autunno. Significato biologico cromoplasti è che provocano il colore brillante dei fiori e dei frutti, che attira gli insetti per l'impollinazione incrociata e altri animali per la distribuzione dei frutti. I leucoplasti possono anche trasformarsi in cromoplasti.

Funzioni dei plastidi

Sintesi di sostanze organiche in clorofilla da composti inorganici semplici: anidride carbonica e acqua in presenza di quanti di luce solare - fotosintesi, Sintesi di ATP durante la fase leggera della fotosintesi

Sintesi proteica sui ribosomi (tra le membrane interne del cloroplasto si trovano DNA, RNA e ribosomi, quindi nei cloroplasti, così come nei mitocondri, avviene la sintesi delle proteine ​​necessarie per l'attività di questi organelli).

La presenza di cromoplasti spiega il colore giallo, arancione e rosso delle corolle di fiori, frutti e foglie autunnali.

I leucoplasti contengono sostanze di deposito (negli steli, nelle radici, nei tuberi).

Cloroplasti, cromoplasti e leucoplasti sono capaci di scambio cellulare. Quindi, quando i frutti maturano o le foglie cambiano colore in autunno, i cloroplasti si trasformano in cromoplasti e i leucoplasti possono trasformarsi in cloroplasti, ad esempio, quando i tuberi di patata diventano verdi.

In senso evolutivo, il tipo primario e originale di plastide è il cloroplasto, da cui hanno avuto origine i plastidi degli altri due tipi. I plastidi ne hanno molti caratteristiche comuni con i mitocondri, distinguendoli dagli altri componenti del citoplasma. Si tratta, prima di tutto, di un guscio di due membrane e di una relativa autonomia genetica dovuta alla presenza dei propri ribosomi e del DNA. Questa unicità degli organelli costituì la base per l'idea che i predecessori dei plastidi e dei mitocondri fossero batteri, che nel processo di evoluzione furono incorporati in una cellula eucariotica e gradualmente trasformati in cloroplasti e mitocondri (Fig. 2.25).

Riso. 2.25. Formazione di mitocondri e cloroplasti secondo la teoria della simbiogenesi

La cellula è stata a lungo definita come l’unità strutturale di tutti gli esseri viventi. E infatti lo è. Dopotutto, miliardi di queste strutture, come i mattoni, formano piante e animali, batteri e microrganismi e esseri umani. Ogni organo, tessuto, sistema corporeo: tutto è costruito a partire da cellule.

Pertanto, è molto importante conoscerne tutte le sottigliezze struttura interna, composizione chimica e biografia fluente reazioni chimiche. In questo articolo vedremo cos'è la membrana plasmatica, le funzioni che svolge e la sua struttura.

Organelli cellulari

Gli organelli sono le parti strutturali più piccole che si trovano all'interno di una cellula e che ne forniscono la struttura e le funzioni vitali. Questi includono molti rappresentanti diversi:

1. Membrana plasmatica.
2. Nucleo e nucleoli con materiale cromosomico.
3. Citoplasma con inclusioni.
4. Lisosomi.
5. Mitocondri.
6. Ribosomi.
7. Vacuoli e cloroplasti, se la cellula è vegetale.

Ciascuna delle strutture elencate ha una propria struttura complessa, formata da sostanze ad alto peso molecolare (HMC), svolge funzioni strettamente definite e prende parte a un complesso di reazioni biochimiche che garantiscono le funzioni vitali dell'intero organismo nel suo insieme.

Struttura generale della membrana

La struttura della membrana plasmatica è stata studiata fin dal XVIII secolo. Fu allora che fu scoperta per la prima volta la sua capacità di trasferire o trattenere selettivamente le sostanze. Con lo sviluppo della microscopia, lo studio della struttura fine e della struttura della membrana è diventato più possibile, e quindi oggi si sa quasi tutto.

Un sinonimo del suo nome principale è plasmalemma. La composizione della membrana plasmatica è rappresentata da tre tipi principali di IUD:

• proteine;
• lipidi;
• carboidrati.

Il rapporto tra questi composti e la loro posizione possono variare nelle cellule di diversi organismi (vegetali, animali o batterici).

Modello a mosaico fluido della struttura

Molti scienziati hanno cercato di fare ipotesi su come i lipidi e le proteine ​​si trovano nella membrana. Tuttavia, fu solo nel 1972 che gli scienziati Singer e Nicholson proposero un modello ancora attuale oggi, che riflette la struttura della membrana plasmatica. Si chiama mosaico liquido e la sua essenza è la seguente: vari tipi di lipidi sono disposti in due strati, orientati con le estremità idrofobe delle molecole verso l'interno e le estremità idrofile verso l'esterno. Inoltre, l'intera struttura, come un mosaico, è permeata di diversi tipi di molecole proteiche, oltre a una piccola quantità di esosi (carboidrati).

L'intero sistema proposto è in costante dinamica. Le proteine ​​sono in grado non solo di penetrare completamente nello strato bilipide, ma anche di orientarsi su uno dei suoi lati, rimanendo incastrate al suo interno. O anche “camminare” liberamente lungo la membrana, cambiando posizione.

I dati dell’analisi microscopica forniscono prove per supportare e giustificare questa teoria. Nelle fotografie in bianco e nero, gli strati della membrana sono chiaramente visibili, la parte superiore e quella inferiore sono ugualmente scure e quella centrale è più chiara. Sono stati inoltre effettuati numerosi esperimenti che dimostrano che gli strati sono basati proprio su lipidi e proteine.

Proteine ​​della membrana plasmatica

Se consideriamo percentuale lipidi e proteine ​​nella membrana di una cellula vegetale, quindi sarà approssimativamente lo stesso: 40/40%. Nel plasmalemma animale fino al 60% è costituito da proteine, nel plasmalemma batterico fino al 50%.

La membrana plasmatica è costituita da tipi diversi proteine, e anche le funzioni di ciascuna di esse sono specifiche.

1. Molecole periferiche. Queste sono proteine ​​orientate sulla superficie delle parti interne o esterne del doppio strato lipidico. I principali tipi di interazioni tra la struttura molecolare e lo strato sono i seguenti:

• legami di idrogeno;
• interazioni ioniche o ponti salini;
• attrazione elettrostatica.

Le proteine ​​periferiche stesse sono composti idrosolubili, quindi non è difficile separarle dal plasmalemma senza danni. Quali sostanze appartengono a queste strutture? La più comune e numerosa è la proteina fibrillare spettrina. Può arrivare fino al 75% nella massa di tutte le proteine ​​di membrana nei singoli plasmalemmi cellulari.

Perché sono necessari e in che modo la membrana plasmatica dipende da essi? Le funzioni sono le seguenti:

• formazione del citoscheletro cellulare;
• mantenere la forma costante;
• limitazione della mobilità eccessiva delle proteine ​​integrali;
• coordinamento e implementazione del trasporto ionico attraverso il plasmalemma;
• possono legarsi alle catene degli oligosaccaridi e partecipare alla segnalazione dei recettori da e verso la membrana.

2. Proteine ​​semi-integrali. Tali molecole sono quelle che sono completamente o parzialmente immerse nel doppio strato lipidico, a profondità variabili. Gli esempi includono batteriorodopsina, citocromo ossidasi e altri. Sono anche chiamate proteine ​​“ancorate”, cioè come attaccate all'interno dello strato. Con cosa possono entrare in contatto e come mettono radici e si mantengono? Molto spesso grazie a molecole speciali, che possono essere acidi miristico o palmitico, isoprene o steroli. Ad esempio, nel plasmalemma degli animali sono presenti proteine ​​semi-integrali associate al colesterolo. Questi non sono stati ancora trovati nelle piante o nei batteri.

3. Proteine ​​integrali. Alcuni dei più importanti del plasmalemma. Sono strutture che formano qualcosa come canali che penetrano attraverso entrambi gli strati lipidici. È attraverso queste vie che entrano nella cellula molte molecole, quelle che i lipidi non lasciano passare. Pertanto, il ruolo principale delle strutture integrali è la formazione di canali ionici per il trasporto.

Esistono due tipi di penetrazione dello strato lipidico:

• monotopico: una volta;
• politopico: in più punti.

Varietà di proteine ​​integrali includono glicoforina, proteolipidi, proteoglicani e altri. Sono tutti insolubili in acqua e sono strettamente incorporati nello strato lipidico, quindi è impossibile rimuoverli senza danneggiare la struttura del plasmalemma. Queste proteine ​​​​hanno una struttura globulare, la loro estremità idrofobica si trova all'interno dello strato lipidico e l'estremità idrofila si trova sopra di esso e può sollevarsi sopra l'intera struttura. A causa di quali interazioni vengono trattenute le proteine ​​integrali? In questo sono aiutati dalle attrazioni idrofobiche verso i radicali degli acidi grassi.

Pertanto, ci sono un certo numero di diverse molecole proteiche incluse nella membrana plasmatica. La struttura e le funzioni di queste molecole possono essere combinate in diversi punti generali.

1. Proteine ​​strutturali periferiche.
2. Proteine ​​enzimatiche catalitiche (semi-integrali e integrali).
3. Recettore (periferico, integrale).
4. Trasporto (integrale).

Lipidi del Plasmalemma

Il doppio strato lipidico liquido che costituisce la membrana plasmatica può essere molto mobile. Il fatto è che diverse molecole possono spostarsi dallo strato superiore a quello inferiore e viceversa, cioè la struttura è dinamica. Tali transizioni hanno il loro nome nella scienza: "flip-flop". È stato formato dal nome di un enzima che catalizza i processi di riarrangiamento delle molecole all'interno di un monostrato o dall'alto verso l'alto e viceversa, flipasi.

La quantità di lipidi contenuta nella membrana plasmatica di una cellula è approssimativamente uguale al numero di proteine. La diversità delle specie è ampia. Si possono distinguere i seguenti gruppi principali:

• fosfolipidi;
• sfingofosfolipidi;
• glicolipidi;
• colesterolo

Il primo gruppo di fosfolipidi comprende molecole come glicerofosfolipidi e sfingomieline. Queste molecole costituiscono la base del doppio strato della membrana. Le estremità idrofobe dei composti sono dirette nello strato, le estremità idrofile sono dirette verso l'esterno. Esempi di connessione:

• fosfatidilcolina;
• fosfatidilserina;
• cardiolipina;
• fosfatidilinositolo;
• sfingomielina;
• fosfatidilglicerolo;
• Fosfatidiletanolammina.

Per studiare queste molecole, viene utilizzato un metodo che distrugge lo strato di membrana in alcune parti mediante la fosfolipasi, uno speciale enzima che catalizza il processo di degradazione dei fosfolipidi.

Le funzioni delle connessioni elencate sono le seguenti:

1. Forniscono la struttura generale e la struttura del doppio strato plasmalemma.
2. Entrano in contatto con le proteine ​​sulla superficie e all'interno dello strato.
3. Determinare lo stato di aggregazione che avrà la membrana plasmatica della cellula in diverse condizioni di temperatura.
4. Partecipano alla limitata permeabilità del plasmalemma per varie molecole.
5. Modulo tipi diversi interazioni delle membrane cellulari tra loro (desmosoma, spazio a fessura, giunzione stretta).

Sfingofosfolipidi e glicolipidi di membrana

Sfingomieline o sfingofosfolipidi nei loro natura chimica- derivati ​​dell'aminoalcol sfingosina. Insieme ai fosfolipidi partecipano alla formazione dello strato bilipide della membrana.

I glicolipidi includono il glicocalice, una sostanza che determina in gran parte le proprietà della membrana plasmatica. È un composto gelatinoso costituito principalmente da oligosaccaridi. Il glicocalice occupa il 10% della massa totale del plasmalemma. La membrana plasmatica, la struttura e le funzioni che svolge, sono direttamente correlate a questa sostanza. Ad esempio, il glicocalice svolge:

• funzione marcatore di membrana;
• recettore;
• processi di digestione parietale delle particelle all'interno della cellula.

Va notato che la presenza del glicocalice lipidico è caratteristica solo delle cellule animali, ma non di quelle vegetali, batteriche e fungine.

Colesterolo (sterolo di membrana)

È importante parte integrale doppio strato cellulare nei mammiferi. Non si trova nelle piante, né nei batteri o nei funghi. Dal punto di vista chimico è un alcol, ciclico, monoidrico.

Come altri lipidi, ha proprietà anfifiliche (la presenza di un'estremità idrofila e idrofoba della molecola). Nella membrana svolge un ruolo importante come limitatore e controllore della fluidità del doppio strato. Partecipa anche alla produzione di vitamina D ed è complice nella formazione degli ormoni sessuali.

Le cellule vegetali contengono fitosteroli, che non partecipano alla formazione delle membrane animali. Secondo alcuni dati, è noto che queste sostanze forniscono resistenza alle piante a determinati tipi di malattie.

La membrana plasmatica è formata da colesterolo e altri lipidi in un'interazione comune, un complesso.

Membrana dei carboidrati

Questo gruppo di sostanze costituisce circa il 10% della composizione totale dei composti della membrana plasmatica. IN in forma semplice non si trovano mono-, di- e polisaccaridi, ma solo sotto forma di glicoproteine ​​e glicolipidi.

Le loro funzioni sono esercitare il controllo sulle interazioni intra e intercellulari, mantenere una certa struttura e posizione delle molecole proteiche nella membrana, nonché eseguire la ricezione.

Principali funzioni del plasmalemma

La membrana plasmatica svolge un ruolo molto importante nella cellula. Le sue funzioni sono molteplici e importanti. Diamo un'occhiata più da vicino a loro.

1. Separa il contenuto della cella dall'ambiente e lo protegge dagli influssi esterni. Grazie alla presenza di una membrana viene mantenuto ad un livello costante Composizione chimica citoplasma e il suo contenuto.
2. Il plasmalemma contiene un numero di proteine, carboidrati e lipidi che danno e mantengono la forma specifica della cellula.
3. Ogni organello cellulare ha una membrana, chiamata vescicola di membrana (vescicola).
4. La composizione componente del plasmalemma gli consente di svolgere il ruolo di “guardia” della cellula, effettuando il trasporto selettivo al suo interno.
5. Recettori, enzimi, sostanze biologicamente attive funzionano nella cellula e penetrano in essa, collaborano con il suo involucro superficiale solo grazie alle proteine ​​e ai lipidi della membrana.
6. Attraverso la membrana plasmatica vengono trasportati non solo composti di varia natura, ma anche ioni importanti per la vita (sodio, potassio, calcio e altri).
7. La membrana mantiene l'equilibrio osmotico all'esterno e all'interno della cellula.
8. Con l'aiuto della membrana plasmatica, ioni e composti di varia natura, elettroni e ormoni vengono trasferiti dal citoplasma agli organelli.
9. Attraverso di esso, la luce solare viene assorbita sotto forma di quanti e i segnali vengono risvegliati all'interno della cellula.
10. È questa struttura che genera impulsi di azione e riposo.
11. Protezione meccanica della cellula e delle sue strutture da piccole deformazioni e impatti fisici.
12. Anche l'adesione delle cellule, cioè l'adesione e il mantenerle vicine tra loro, avviene grazie alla membrana.

Il plasmalemma cellulare e il citoplasma sono strettamente interconnessi. La membrana plasmatica è in stretto contatto con tutte le sostanze e molecole, ioni che penetrano nella cellula e si trovano liberamente nell'ambiente interno viscoso. Questi composti cercano di penetrare in tutte le strutture cellulari, ma la barriera è la membrana, che è in grado di effettuare diversi tipi di trasporto attraverso se stessa. Oppure non saltare affatto alcuni tipi di connessioni.

Tipi di trasporto attraverso la barriera cellulare

Il trasporto attraverso la membrana plasmatica viene effettuato in diversi modi, accomunati da una caratteristica fisica comune: la legge di diffusione delle sostanze.

1. Trasporto passivo o diffusione e osmosi. Implica la libera circolazione degli ioni e del solvente attraverso la membrana lungo un gradiente da un'area ad alta concentrazione a un'area a bassa. Non richiede consumo energetico poiché procede da solo. Ecco come funziona la pompa sodio-potassio, il cambio di ossigeno e anidride carbonica durante la respirazione, il rilascio di glucosio nel sangue e così via. Un fenomeno molto comune è la diffusione facilitata. Questo processo implica la presenza di una sorta di sostanza assistente che afferra il composto desiderato e lo trascina lungo un canale proteico o attraverso lo strato lipidico nella cellula.
2. Il trasporto attivo comporta il dispendio di energia nei processi di assorbimento ed escrezione attraverso la membrana. Esistono due modi principali: esocitosi: la rimozione di molecole e ioni all'esterno. L'endocitosi è la cattura e il passaggio di particelle solide e liquide nella cellula. A sua volta, il secondo metodo di trasporto attivo comprende due tipi di processo. Fagocitosi, che comporta l'ingestione di molecole solide, sostanze, composti e ioni da parte di una vescicola di membrana e il loro trasporto all'interno della cellula. Durante questo processo si formano grandi vescicole. La pinocitosi, invece, comporta l'assorbimento di goccioline di liquidi, solventi e altre sostanze e il loro trasporto all'interno della cellula. Implica la formazione di piccole bolle.

Entrambi i processi - pinocitosi e fagocitosi - giocano grande ruolo non solo nel trasporto di composti e liquidi, ma anche nella protezione della cellula da detriti di cellule morte, microrganismi e composti dannosi. Possiamo dire che questi metodi di trasporto attivo sono anche opzioni per la protezione immunologica della cellula e delle sue strutture da vari pericoli.

Il nucleo è responsabile dell'immagazzinamento del materiale genetico registrato sul DNA e controlla anche tutti i processi cellulari. Il citoplasma contiene organelli, ognuno dei quali ha le proprie funzioni, come, ad esempio, la sintesi di sostanze organiche, la digestione, ecc. E dell'ultimo componente parleremo più dettagliatamente in questo articolo.

in biologia?

A proposito di in un linguaggio semplice, questa è la conchiglia. Tuttavia, non è sempre completamente impenetrabile. Il trasporto di alcune sostanze attraverso la membrana è quasi sempre consentito.

In citologia, le membrane possono essere divise in due tipi principali. La prima è la membrana plasmatica, che riveste la cellula. Il secondo sono le membrane degli organelli. Ci sono organelli che hanno una o due membrane. Le cellule a membrana singola comprendono il reticolo endoplasmatico, i vacuoli e i lisosomi. Plastidi e mitocondri appartengono al gruppo a doppia membrana.

Le membrane possono essere presenti anche all'interno degli organelli. Questi sono solitamente derivati ​​​​della membrana interna di organelli a doppia membrana.

Come sono disposte le membrane degli organelli a doppia membrana?

I plastidi e i mitocondri hanno due membrane. La membrana esterna di entrambi gli organoidi è liscia, ma quella interna forma le strutture necessarie per il funzionamento dell'organoide.

Pertanto, la membrana mitocondriale ha proiezioni verso l'interno: creste o creste. Su di essi avviene un ciclo di reazioni chimiche necessarie per la respirazione cellulare.

I derivati ​​​​della membrana interna dei cloroplasti sono sacche a forma di disco: i tilacoidi. Sono raccolti in pile: grana. Le singole grana sono unite tra loro tramite lamelle, lunghe strutture formate anch'esse da membrane.

Struttura delle membrane degli organelli monomembrana

Tali organelli hanno una membrana. Di solito è un guscio liscio costituito da lipidi e proteine.

Caratteristiche della struttura della membrana plasmatica cellulare

La membrana è costituita da sostanze come lipidi e proteine. La struttura della membrana plasmatica prevede che il suo spessore sia di 7-11 nanometri. La maggior parte della membrana è costituita da lipidi.

La struttura della membrana plasmatica prevede la presenza di due strati. Il primo è un doppio strato di fosfolipidi e il secondo è uno strato di proteine.

Lipidi della membrana plasmatica

I lipidi che compongono la membrana plasmatica sono divisi in tre gruppi: steroidi, sfingofosfolipidi e glicerofosfolipidi. La molecola di quest'ultimo contiene un residuo dell'alcol trivalente glicerolo, in cui gli atomi di idrogeno di due gruppi idrossilici sono sostituiti da catene di acidi grassi, e l'atomo di idrogeno del terzo gruppo ossidrile è sostituito da un residuo di acido fosforico, a cui , a sua volta, è attaccato il residuo di una delle basi azotate.

La molecola dei glicerofosfolipidi può essere divisa in due parti: la testa e le code. La testa è idrofila (cioè si dissolve in acqua) e le code sono idrofobe (respingono l'acqua, ma si dissolvono nei solventi organici). A causa di questa struttura, la molecola di glicerofosfolipide può essere chiamata anfifilica, cioè idrofoba e idrofila allo stesso tempo.

Gli sfingofosfolipidi sono simili in struttura chimica ai glicerofosfolipidi. Ma differiscono da quelli sopra menzionati in quanto invece di un residuo di glicerolo contengono un residuo di alcol sfingosina. Anche le loro molecole hanno teste e code.

L'immagine sotto mostra chiaramente la struttura della membrana plasmatica.

Proteine ​​della membrana plasmatica

Per quanto riguarda le proteine ​​che compongono la membrana plasmatica, queste sono principalmente glicoproteine.

A seconda della loro posizione nel guscio, possono essere divisi in due gruppi: periferici e integrali. I primi sono quelli che si trovano sulla superficie della membrana, i secondi sono quelli che penetrano in tutto lo spessore della membrana e si trovano all'interno dello strato lipidico.

A seconda delle funzioni che svolgono le proteine, possono essere divise in quattro gruppi: enzimi, strutturali, di trasporto e recettori.

Tutte le proteine ​​che si trovano nella struttura della membrana plasmatica non sono chimicamente associate ai fosfolipidi. Pertanto possono muoversi liberamente nello strato principale della membrana, riunirsi in gruppi, ecc. Ecco perché la struttura della membrana plasmatica di una cellula non può essere definita statica. È dinamico perché cambia continuamente.

Qual è il ruolo della membrana cellulare?

La struttura della membrana plasmatica le consente di svolgere cinque funzioni.

La prima e principale cosa è la limitazione del citoplasma. Grazie a questo, la cellula ha forma permanente e dimensione. Questa funzione è ottenuta grazie al fatto che la membrana plasmatica è forte ed elastica.

Il secondo ruolo è il rifornimento. A causa della loro elasticità, le membrane plasmatiche possono formare escrescenze e pieghe alle loro giunzioni.

La funzione successiva della membrana cellulare è il trasporto. È fornito da proteine ​​speciali. Grazie a loro, le sostanze necessarie possono essere trasportate nella cellula e da essa possono essere eliminate le sostanze non necessarie.

Inoltre, la membrana plasmatica svolge una funzione enzimatica. Viene effettuato anche grazie alle proteine.

E l'ultima funzione è la segnalazione. Poiché le proteine ​​possono modificare la loro struttura spaziale sotto l'influenza di determinate condizioni, la membrana plasmatica può inviare segnali alle cellule.

Ora sai tutto sulle membrane: cos'è una membrana in biologia, come sono, come sono strutturate la membrana plasmatica e le membrane degli organelli, quali funzioni svolgono.