Membrana al plasma: funzioni, struttura

Una cellula è stata a lungo definita come un'unità strutturale di tutti gli esseri viventi. E questo è vero. Dopo tutto, miliardi di queste strutture, come mattoni, formano piante e animali, batteri e microrganismi, l'uomo. Ogni organo, tessuto, sistema del corpo - tutto è costruito dalle cellule.

Pertanto, è molto importante conoscere tutte le sottigliezze della sua struttura interna, composizione chimica e le reazioni biochimiche che si verificano. In questo articolo, consideriamo cosa sia la membrana plasmatica, le funzioni che svolge e la struttura.

Cellule Organelles

Gli organelli sono chiamati le parti strutturali più piccole che si trovano all'interno della cellula e forniscono la sua struttura e attività. Questi includono molti rappresentanti diversi:

1. Membrana al plasma
2. Nucleo e nucleoli con materiale cromosomico.
3. Citoplasma con inclusioni.
4. Lisosomi.
5. I mitocondri.
6. EPS (reticolo endoplasmatico).
7. Complesso di Golgi
8. Ribosoma.
9. Vacuoli e cloroplasti, se una cellula vegetale.

Ognuna di queste strutture ha una sua struttura complessa, è formata dalla Marina (sostanze ad alto peso molecolare), svolge funzioni strettamente definite e partecipa a un complesso di reazioni biochimiche che assicurano l'attività vitale dell'intero organismo.

La struttura complessiva della membrana

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

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

• proteine;
• lipidi;
• carboidrati.

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

Modello a mosaico liquido della struttura

Molti scienziati hanno cercato di speculare 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 attuale e attuale che riflettesse la struttura della membrana plasmatica. Si chiama mosaico liquido e la sua essenza è la seguente: diversi tipi di lipidi sono disposti in due strati, orientandosi con le estremità idrofobiche delle molecole verso l'interno e quelle idrofile verso l'esterno. Allo stesso tempo, l'intera struttura, come un mosaico, è permeata da tipi disuguali di molecole proteiche, nonché da una piccola quantità di esosi (carboidrati).

L'intero sistema proposto è in costante dinamica. Le proteine ​​sono in grado non solo di penetrare attraverso lo strato bilipido, ma anche di orientare uno dei suoi lati, incorporandolo verso l'interno. O generalmente libero di "camminare" sulla membrana, cambiando posizione.

Le prove a difesa e la giustificazione di questa teoria sono i dati dell'analisi microscopica. Nelle fotografie in bianco e nero, gli strati della membrana sono chiaramente visibili, gli strati superiore e inferiore sono ugualmente scuri e il centro è più chiaro. Inoltre, una serie di esperimenti sono stati effettuati, dimostrando che gli strati sono basati precisamente su lipidi e proteine.

Proteine ​​plasmatiche di membrana

Se consideriamo la percentuale di lipidi e proteine ​​nella membrana cellula vegetale, allora sarà all'incirca lo stesso - 40/40%. Nel plasmalemma animale, fino al 60% è rappresentato dalle proteine, nei batteri - fino al 50%.

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

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

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

Le proteine ​​periferiche stesse sono composti idrosolubili, quindi è facile separarle dalla membrana plasmatica. Quali sostanze appartengono a queste strutture? La più comune e numerosa spettrina della proteina fibrillare. Nella massa di tutte le proteine ​​di membrana può arrivare fino al 75% nei plasmalemmi cellulari individuali.

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

• la formazione del citoscheletro della cellula;
• mantenere una forma permanente;
• restrizione dell'eccessiva mobilità delle proteine ​​integrali;
• coordinamento e attuazione del trasporto di ioni attraverso il plasmolemma;
• può essere collegato a catene di oligosaccaridi e partecipare alla trasduzione del segnale del recettore da e verso la membrana.

2. Proteine ​​semi-integrali. Tali molecole sono quelle che sono immerse nel doppio strato lipidico completamente o metà, a diverse profondità. Gli esempi includono batteriiorodopsina, citocromo ossidasi e altri. Sono anche chiamate proteine ​​"ancorate", cioè come se fossero attaccate all'interno dello strato. Con cosa possono entrare in contatto e grazie ai quali mettono radici e si tengono? Molto spesso a causa di molecole speciali, che possono essere mirristici o acidi palmitici, isoprene o steroli. Ad esempio, nella membrana plasmatica degli animali, ci sono proteine ​​semi-integrali associate al colesterolo. Nelle piante e nei batteri, tale non è stato ancora trovato.

3. Proteine ​​integrali Uno dei più importanti nel lemme al plasma. Sono strutture che formano qualcosa come canali che penetrano attraverso entrambi gli strati lipidici. È attraverso questi percorsi che molte molecole entrano nella cellula, così 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 permeazione lipidica:

• monotopico - una volta;
• politopico - in diversi punti.

Le varietà di proteine ​​integrali includono come glicoforina, proteolipidi, proteoglicani e altri. Tutti loro sono insolubili in acqua e strettamente integrati nello strato lipidico, quindi, è impossibile rimuoverli senza danneggiare la membrana plasmatica. Secondo la loro struttura, questi proteine ​​globulari, la loro estremità idrofobica si trova all'interno dello strato lipidico e l'estremità idrofilica è sopra di esso e può salire sopra l'intera struttura. Quali interazioni conservano le proteine ​​integrali? In questo sono aiutati da attrazioni idrofobiche ai radicali acidi grassi.

Quindi, ci sono un certo numero di diverse molecole proteiche, che include la membrana plasmatica. La struttura e le funzioni di queste molecole possono essere combinate in diversi punti generali.

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

Lipidi Plasmalemma

Il doppio strato lipidico liquido, che rappresenta la membrana plasmatica, può essere molto mobile. Il fatto è che diverse molecole possono trasferire 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 ristrutturazione delle molecole all'interno di un singolo monostrato o dall'alto verso il basso e verso il basso, flipase.

La quantità di lipidi contenuta nella membrana plasmatica cellulare è all'incirca uguale al numero di proteine. La diversità delle specie è ampia. Possiamo distinguere i seguenti gruppi principali:

• fosfolipidi;
• sfingofospolipidy;
• glicolipidi;
• colesterolo.

Tali molecole come glicerofosfolipidi e sfingomieline appartengono al primo gruppo di fosfolipidi. Queste molecole formano la base del doppio strato della membrana. Le estremità idrofobiche dei composti sono dirette all'interno dello strato, l'idrofilo finisce. Esempi di connessione:

• fosfatidilcolina;
• fosfatidilserina;
• cardiolipina;
• phosphatidylinositol;
• sfingomielina;
• phosphatidylglycerol;
• fosfatidiletanolammina.

Per studiare queste molecole, un metodo viene utilizzato per distruggere lo strato di membrana in alcune parti della fosfolipasi - un enzima speciale che catalizza il processo della scomposizione dei fosfolipidi.

Le funzioni dei composti elencati sono le seguenti:

1. Fornire la struttura e la struttura complessive del doppio strato della membrana plasmatica.
2. In contatto con proteine ​​sulla superficie e all'interno dello strato.
3. Viene determinato uno stato aggregato che la membrana plasmatica della cellula avrà in condizioni di temperatura differenti.
4. Partecipare alla permeabilità limitata del lemma del plasma per diverse molecole.
5. Formare diversi tipi di interazioni membrane cellulari l'un l'altro (desmosoma, spazio a fessura, stretto contatto).

Sphingophospholipids e glicolipidi di membrana

Per loro natura chimica, le sfingomieline o gli sfingofosfolipidi sono derivati ​​dell'amino alcol sfingosina. Insieme ai fosfolipidi, prendono parte alla formazione dello strato bilipido della membrana.

I glicolipidi includono glicocalice - una sostanza che determina in gran parte le proprietà della membrana plasmatica. Questo è un composto simile alla gelatina costituito principalmente da oligosaccaridi. Il glicocalice prende il 10% della massa totale della membrana plasmatica. La membrana plasmatica, la struttura e le funzioni che svolge sono direttamente correlate a questa sostanza. Ad esempio, glycocalyx fornisce:

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

Va notato che la presenza di glicocalice lipidico è tipica solo per le cellule animali, ma non per le piante, i batteri e i funghi.

Colesterolo (membrana sterolica)

È una parte importante del doppio strato cellulare nei mammiferi. In pianta non si verifica anche nei batteri e nei funghi. Da un punto di vista chimico è un alcolico, ciclico, monatomico.

Così come altri lipidi, possiede le proprietà di anfifilicità (la presenza dell'estremità idrofila e idrofobica della molecola). Nella membrana svolge un ruolo importante come limitatore e regolatore di flusso a doppio strato. Anche coinvolto nella produzione di vitamina D, è un complice nella formazione degli ormoni sessuali.

Nelle cellule vegetali sono presenti fitosteroli che non partecipano alla formazione delle membrane animali. Secondo alcuni dati è noto che queste sostanze forniscono resistenza vegetale a determinati tipi di malattie.

La membrana plasmatica è formata da colesterolo e altri lipidi nel complesso di interazione generale.

Carboidrati a membrana

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

Le loro funzioni sono di controllare le interazioni intra e intercellulari, mantenere una certa struttura e posizione delle molecole proteiche nella membrana, nonché l'implementazione della ricezione.

Principali funzioni della membrana plasmatica

Il ruolo giocato dalla membrana plasmatica nella cellula è molto grande. Le sue funzioni sono sfaccettate e importanti. Considerali in dettaglio.

1. Delimita il contenuto della cella dall'ambiente e lo protegge da influenze esterne. A causa della presenza della membrana, la composizione chimica del citoplasma e il suo contenuto sono mantenuti a un livello costante.
2. Il plasmalemma contiene un numero di proteine, carboidrati e lipidi, che danno e supportano una certa forma cellulare.
3. La membrana ha ogni organello cellulare, che è chiamato vescicola di membrana (bolla).
4. La composizione componente della membrana plasmatica gli consente di svolgere il ruolo di "guardiano" della cellula, effettuando il trasporto selettivo al suo interno.
5. Recettori, enzimi, sostanze biologicamente attive funzionano nella cellula e penetrano in essa, cooperano con la sua membrana superficiale solo a causa delle proteine ​​di membrana e dei lipidi.
6. Attraverso la membrana plasmatica vengono trasportati non solo composti di diversa 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 del plasmalemma, il trasferimento di ioni e composti di varia natura, elettroni, ormoni dal citoplasma agli organelli.
9. Attraverso di esso avviene l'assorbimento della luce solare sotto forma di quanti e il risveglio dei segnali all'interno della cellula.
10. È questa struttura che genera gli impulsi dell'azione e del riposo.
11. Protezione meccanica della cella e delle sue strutture da piccole deformazioni e impatti fisici.
12. L'adesione cellulare, cioè l'adesione e mantenendoli vicini l'uno all'altro, viene effettuata anche dalla membrana.

Il plasmalemma cellulare e il citoplasma sono strettamente correlati. La membrana plasmatica è in stretto contatto con tutte le sostanze e le molecole, gli ioni che penetrano nella cellula e si trovano liberamente in un ambiente interno viscoso. Questi composti stanno cercando di entrare in tutte le strutture cellulari, ma la barriera è solo la membrana, che è in grado di effettuare diversi tipi di trasporto attraverso se stessa. O non saltare alcuni tipi di connessioni.

Tipi di trasporto attraverso la barriera cellulare

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

1. Trasporto passivo o diffusione e osmosi. Implica il libero movimento di ioni e solvente attraverso la membrana lungo un gradiente da una regione con un'alta concentrazione a una regione con una bassa concentrazione. Non richiede consumo di energia, dato che scorre da solo. Questo è l'effetto della pompa sodio-potassio, il cambiamento di ossigeno e anidride carbonica durante la respirazione, il rilascio di glucosio nel sangue e così via. Il fenomeno della diffusione facilitata è molto comune. Questo processo implica la presenza di qualsiasi sostanza ausiliaria che si aggrappa al composto desiderato e lo trascina lungo il canale della proteina o attraverso lo strato lipidico nella cellula.
2. Il trasporto attivo implica il consumo di energia per assorbimento ed escrezione attraverso la membrana. Ci sono due modi principali: l'esocitosi: la rimozione di molecole e ioni verso l'esterno. Endocitosi: cattura e trattenimento all'interno delle cellule di particelle solide e liquide. A sua volta, il secondo metodo di trasporto attivo comprende due tipi di processo. Fagocitosi, che consiste nel deglutire molecole solide, sostanze, composti e ioni dalla membrana delle vescicole e trasportarle all'interno della cellula. Nel corso di questo processo si formano grandi vescicole. La pinocitosi, al contrario, consiste nell'assorbire goccioline di liquidi, solventi e altre sostanze e trasportarle all'interno della cellula. Comporta la formazione di bolle di piccole dimensioni.

Entrambi i processi - la pinocitosi e la fagocitosi - giocano un ruolo importante non solo nel trasporto di composti e fluidi, ma anche nella protezione della cellula da detriti di cellule morte, microrganismi e composti nocivi. Si può dire che questi metodi di trasporto attivo sono anche varianti della protezione immunologica della cellula e delle sue strutture da vari pericoli.