Der Aufbau der äußeren Zellmembran kurz. Aufbau und Funktionen biologischer Membranen. Aktiver Transport chemischer Verbindungen durch das Plasmalemma

Die Zellmembran hat eine ziemlich komplexe Struktur was mit einem Elektronenmikroskop zu sehen ist. Grob gesagt besteht es aus einer Doppelschicht aus Lipiden (Fetten), in die an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Peptide (Eiweiße) eingebaut sind. Die Gesamtdicke der Membran beträgt etwa 5–10 nm.

Der allgemeine Plan der Zellmembranstruktur ist universell für die gesamte lebende Welt. Tierische Membranen enthalten jedoch Cholesterineinschlüsse, die ihre Steifigkeit bestimmen. Der Unterschied zwischen den Membranen verschiedener Organismenreiche betrifft hauptsächlich die supramembranösen Formationen (Schichten). Bei Pflanzen und Pilzen befindet sich also oberhalb der Membran (an der Außenseite) eine Zellwand. In Pflanzen besteht es hauptsächlich aus Zellulose und in Pilzen aus der Substanz Chitin. Bei Tieren wird die Epimembranschicht Glykokalyx genannt.

Ein anderer Name für die Zellmembran ist zytoplasmatische Membran oder Plasmamembran.

Eine tiefere Untersuchung der Struktur der Zellmembran enthüllt viele ihrer Merkmale, die mit den ausgeübten Funktionen verbunden sind.

Die Lipiddoppelschicht besteht hauptsächlich aus Phospholipiden. Dies sind Fette, von denen ein Ende einen Phosphorsäurerest enthält, der hydrophile Eigenschaften hat (dh Wassermoleküle anzieht). Das zweite Ende des Phospholipids ist eine Kette von Fettsäuren, die hydrophobe Eigenschaften haben (keine Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser bilden).

Phospholipidmoleküle in der Zellmembran reihen sich in zwei Reihen auf, so dass ihre hydrophoben „Enden“ innen und die hydrophilen „Köpfe“ außen liegen. Es stellt sich eine ziemlich starke Struktur heraus, die den Inhalt der Zelle vor der äußeren Umgebung schützt.

Proteineinschlüsse in der Zellmembran sind ungleichmäßig verteilt, außerdem sind sie mobil (da Phospholipide in der Doppelschicht seitlich beweglich sind). Seit den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts begann man darüber zu sprechen Fluid-Mosaik-Struktur der Zellmembran.

Je nachdem, wie das Protein Teil der Membran ist, gibt es drei Arten von Proteinen: integral, semi-integral und peripher. Integrale Proteine ​​​​durchdringen die gesamte Dicke der Membran und ihre Enden ragen auf beiden Seiten heraus. Sie erfüllen hauptsächlich eine Transportfunktion. Bei semiintegralen Proteinen befindet sich ein Ende in der Dicke der Membran und das zweite geht nach außen (von außen oder innen). Sie erfüllen enzymatische und Rezeptorfunktionen. Periphere Proteine ​​befinden sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Membran.

Die strukturellen Merkmale der Zellmembran weisen darauf hin, dass sie der Hauptbestandteil des Oberflächenkomplexes der Zelle ist, aber nicht der einzige. Seine anderen Bestandteile sind die Supramembranschicht und die Submembranschicht.

Die Glykokalyx (Supramembranschicht von Tieren) wird von Oligosacchariden und Polysacchariden sowie peripheren Proteinen und hervorstehenden Teilen von integralen Proteinen gebildet. Die Bestandteile der Glykokalyx erfüllen eine Rezeptorfunktion.

Neben der Glykokalyx haben tierische Zellen auch andere supramembranöse Formationen: Schleim, Chitin, Perilemma (ähnlich einer Membran).

Die Supramembranbildung in Pflanzen und Pilzen ist die Zellwand.

Die Submembranschicht der Zelle ist das Oberflächenzytoplasma (Hyaloplasma) mit dem darin eingeschlossenen Stütz-Kontraktionssystem der Zelle, dessen Fibrillen mit den Proteinen interagieren, aus denen die Zellmembran besteht. Durch solche Verbindungen von Molekülen werden verschiedene Signale übertragen.

9.5.1. Eine der Hauptfunktionen von Membranen ist die Teilnahme am Stofftransport. Dieser Prozess wird durch drei Hauptmechanismen bereitgestellt: einfache Diffusion, erleichterte Diffusion und aktiver Transport (Abbildung 9.10). Erinnern Sie sich jeweils an die wichtigsten Merkmale dieser Mechanismen und Beispiele der transportierten Substanzen.

Abbildung 9.10. Transportmechanismen von Molekülen durch die Membran

einfache Diffusion- Übertragung von Substanzen durch die Membran ohne Beteiligung spezieller Mechanismen. Der Transport erfolgt entlang eines Konzentrationsgradienten ohne Energieverbrauch. Kleine Biomoleküle - H2O, CO2, O2, Harnstoff, hydrophobe niedermolekulare Substanzen werden durch einfache Diffusion transportiert. Die Geschwindigkeit der einfachen Diffusion ist proportional zum Konzentrationsgradienten.

Erleichterte Diffusion- die Übertragung von Stoffen durch die Membran mithilfe von Proteinkanälen oder speziellen Trägerproteinen. Sie wird entlang des Konzentrationsgradienten ohne Energieverbrauch durchgeführt. Monosaccharide, Aminosäuren, Nukleotide, Glycerin, einige Ionen werden transportiert. Charakteristisch ist die Sättigungskinetik – bei einer bestimmten (Sättigungs-)Konzentration der übertragenen Substanz nehmen alle Trägermoleküle an der Übertragung teil und die Transportgeschwindigkeit erreicht den Grenzwert.

aktiven Transport- erfordert ebenfalls die Beteiligung spezieller Trägerproteine, allerdings erfolgt die Übertragung gegen ein Konzentrationsgefälle und benötigt daher Energie. Mit Hilfe dieses Mechanismus werden Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Ionen durch die Zellmembran und Protonen durch die Mitochondrienmembran transportiert. Der aktive Stofftransport ist durch eine Sättigungskinetik gekennzeichnet.

9.5.2. Ein Beispiel für ein Transportsystem, das einen aktiven Ionentransport durchführt, ist Na+,K+-Adenosintriphosphatase (Na+,K+-ATPase oder Na+,K+-Pumpe). Dieses Protein befindet sich in der Dicke der Plasmamembran und kann die Reaktion der ATP-Hydrolyse katalysieren. Die bei der Hydrolyse von 1 ATP-Molekül freigesetzte Energie wird genutzt, um 3 Na + -Ionen aus der Zelle in den extrazellulären Raum und 2 K + -Ionen in die entgegengesetzte Richtung zu transportieren (Abb. 9.11). Durch die Wirkung von Na + , K + -ATPase entsteht ein Konzentrationsunterschied zwischen dem Cytosol der Zelle und der extrazellulären Flüssigkeit. Da der Ionentransport nicht äquivalent ist, entsteht eine Differenz der elektrischen Potentiale. Somit entsteht ein elektrochemisches Potential, das die Summe der Energie der Differenz der elektrischen Potentiale Δφ und der Energie der Differenz der Stoffkonzentrationen ΔС auf beiden Seiten der Membran ist.

Abbildung 9.11. Schema der Na+, K+ -Pumpe.

9.5.3. Transfer durch Membranen von Partikeln und makromolekularen Verbindungen

Neben dem Transport von organischen Stoffen und Ionen durch Trägerstoffe gibt es in der Zelle einen ganz speziellen Mechanismus, der dazu bestimmt ist, makromolekulare Verbindungen aufzunehmen und aus der Zelle zu entfernen, indem die Form der Biomembran verändert wird. Ein solcher Mechanismus heißt vesikulärer Transport.

Abbildung 9.12. Arten des vesikulären Transports: 1 - Endozytose; 2 - Exozytose.

Während des Transfers von Makromolekülen kommt es zu einer sequentiellen Bildung und Verschmelzung von Vesikeln (Vesikeln), die von einer Membran umgeben sind. Je nach Transportrichtung und Art der übertragenen Substanzen werden folgende Arten des Vesikeltransports unterschieden:

Endozytose(Abbildung 9.12, 1) - die Übertragung von Substanzen in die Zelle. Abhängig von der Größe der resultierenden Vesikel gibt es:

a) Pinozytose - Absorption von flüssigen und gelösten Makromolekülen (Proteine, Polysaccharide, Nukleinsäuren) mit kleinen Bläschen (150 nm Durchmesser);

b) Phagozytose — Aufnahme von großen Partikeln wie Mikroorganismen oder Zelltrümmern. Dabei entstehen große Vesikel, sogenannte Phagosomen mit einem Durchmesser von mehr als 250 nm.

Pinozytose ist charakteristisch für die meisten eukaryotischen Zellen, während große Partikel von spezialisierten Zellen - Leukozyten und Makrophagen - absorbiert werden. In der ersten Stufe der Endozytose werden Substanzen oder Partikel an der Membranoberfläche adsorbiert, dieser Vorgang erfolgt ohne Energieverbrauch. Im nächsten Stadium vertieft sich die Membran mit der adsorbierten Substanz in das Zytoplasma; die resultierenden lokalen Einstülpungen der Plasmamembran werden von der Zelloberfläche weggeschnürt und bilden Vesikel, die dann in die Zelle wandern. Dieser Prozess ist durch ein System von Mikrofilamenten verbunden und energieabhängig. Die Vesikel und Phagosomen, die in die Zelle eindringen, können mit Lysosomen verschmelzen. Enzyme, die in Lysosomen enthalten sind, zerlegen Substanzen, die in Vesikeln und Phagosomen enthalten sind, zu niedermolekularen Produkten (Aminosäuren, Monosaccharide, Nukleotide), die zum Zytosol transportiert werden, wo sie von der Zelle verwendet werden können.

Exozytose(Abbildung 9.12, 2) - die Übertragung von Partikeln und großen Verbindungen aus der Zelle. Dieser Prozess läuft wie die Endozytose unter Energieaufnahme ab. Die Hauptarten der Exozytose sind:

a) Sekretion - Entfernung von wasserlöslichen Verbindungen aus der Zelle, die verwendet werden oder andere Zellen des Körpers beeinflussen. Es kann sowohl von nicht spezialisierten Zellen als auch von Zellen der endokrinen Drüsen, der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts, durchgeführt werden, die für die Sekretion der von ihnen produzierten Substanzen (Hormone, Neurotransmitter, Proenzyme) angepasst sind, je nach den spezifischen Bedürfnissen des Körpers .

Sekretierte Proteine ​​werden an Ribosomen synthetisiert, die mit den Membranen des rauhen endoplasmatischen Retikulums assoziiert sind. Diese Proteine ​​werden dann zum Golgi-Apparat transportiert, wo sie modifiziert, konzentriert, sortiert und dann in Vesikel verpackt werden, die in das Zytosol gespalten werden und anschließend mit der Plasmamembran verschmelzen, sodass sich der Inhalt der Vesikel außerhalb der Zelle befindet.

Im Gegensatz zu Makromolekülen werden kleine sezernierte Partikel, wie Protonen, mithilfe erleichterter Diffusion und aktiver Transportmechanismen aus der Zelle transportiert.

b) Ausscheidung - Entfernung von Stoffen, die nicht verwendet werden können, aus der Zelle (z. B. Entfernung einer retikulären Substanz aus Retikulozyten während der Erythropoese, die ein aggregierter Überrest von Organellen ist). Der Ausscheidungsmechanismus besteht offenbar darin, dass sich die freigesetzten Partikel zunächst im zytoplasmatischen Vesikel befinden, das dann mit der Plasmamembran verschmilzt.

9.5.1. Eine der Hauptfunktionen von Membranen ist die Teilnahme am Stofftransport. Dieser Prozess wird durch drei Hauptmechanismen bereitgestellt: einfache Diffusion, erleichterte Diffusion und aktiver Transport (Abbildung 9.10). Erinnern Sie sich jeweils an die wichtigsten Merkmale dieser Mechanismen und Beispiele der transportierten Substanzen.

Abbildung 9.10. Transportmechanismen von Molekülen durch die Membran

einfache Diffusion- Übertragung von Substanzen durch die Membran ohne Beteiligung spezieller Mechanismen. Der Transport erfolgt entlang eines Konzentrationsgradienten ohne Energieverbrauch. Kleine Biomoleküle - H2O, CO2, O2, Harnstoff, hydrophobe niedermolekulare Substanzen werden durch einfache Diffusion transportiert. Die Geschwindigkeit der einfachen Diffusion ist proportional zum Konzentrationsgradienten.

Erleichterte Diffusion- die Übertragung von Stoffen durch die Membran mithilfe von Proteinkanälen oder speziellen Trägerproteinen. Sie wird entlang des Konzentrationsgradienten ohne Energieverbrauch durchgeführt. Monosaccharide, Aminosäuren, Nukleotide, Glycerin, einige Ionen werden transportiert. Charakteristisch ist die Sättigungskinetik – bei einer bestimmten (Sättigungs-)Konzentration der übertragenen Substanz nehmen alle Trägermoleküle an der Übertragung teil und die Transportgeschwindigkeit erreicht den Grenzwert.

aktiven Transport- erfordert ebenfalls die Beteiligung spezieller Trägerproteine, allerdings erfolgt die Übertragung gegen ein Konzentrationsgefälle und benötigt daher Energie. Mit Hilfe dieses Mechanismus werden Na+, K+, Ca2+, Mg2+ Ionen durch die Zellmembran und Protonen durch die Mitochondrienmembran transportiert. Der aktive Stofftransport ist durch eine Sättigungskinetik gekennzeichnet.

9.5.2. Ein Beispiel für ein Transportsystem, das einen aktiven Ionentransport durchführt, ist Na+,K+-Adenosintriphosphatase (Na+,K+-ATPase oder Na+,K+-Pumpe). Dieses Protein befindet sich in der Dicke der Plasmamembran und kann die Reaktion der ATP-Hydrolyse katalysieren. Die bei der Hydrolyse von 1 ATP-Molekül freigesetzte Energie wird genutzt, um 3 Na + -Ionen aus der Zelle in den extrazellulären Raum und 2 K + -Ionen in die entgegengesetzte Richtung zu transportieren (Abb. 9.11). Durch die Wirkung von Na + , K + -ATPase entsteht ein Konzentrationsunterschied zwischen dem Cytosol der Zelle und der extrazellulären Flüssigkeit. Da der Ionentransport nicht äquivalent ist, entsteht eine Differenz der elektrischen Potentiale. Somit entsteht ein elektrochemisches Potential, das die Summe der Energie der Differenz der elektrischen Potentiale Δφ und der Energie der Differenz der Stoffkonzentrationen ΔС auf beiden Seiten der Membran ist.

Abbildung 9.11. Schema der Na+, K+ -Pumpe.

9.5.3. Transfer durch Membranen von Partikeln und makromolekularen Verbindungen

Neben dem Transport von organischen Stoffen und Ionen durch Trägerstoffe gibt es in der Zelle einen ganz speziellen Mechanismus, der dazu bestimmt ist, makromolekulare Verbindungen aufzunehmen und aus der Zelle zu entfernen, indem die Form der Biomembran verändert wird. Ein solcher Mechanismus heißt vesikulärer Transport.

Abbildung 9.12. Arten des vesikulären Transports: 1 - Endozytose; 2 - Exozytose.

Während des Transfers von Makromolekülen kommt es zu einer sequentiellen Bildung und Verschmelzung von Vesikeln (Vesikeln), die von einer Membran umgeben sind. Je nach Transportrichtung und Art der übertragenen Substanzen werden folgende Arten des Vesikeltransports unterschieden:

Endozytose(Abbildung 9.12, 1) - die Übertragung von Substanzen in die Zelle. Abhängig von der Größe der resultierenden Vesikel gibt es:

a) Pinozytose - Absorption von flüssigen und gelösten Makromolekülen (Proteine, Polysaccharide, Nukleinsäuren) mit kleinen Bläschen (150 nm Durchmesser);

b) Phagozytose — Aufnahme von großen Partikeln wie Mikroorganismen oder Zelltrümmern. Dabei entstehen große Vesikel, sogenannte Phagosomen mit einem Durchmesser von mehr als 250 nm.

Pinozytose ist charakteristisch für die meisten eukaryotischen Zellen, während große Partikel von spezialisierten Zellen - Leukozyten und Makrophagen - absorbiert werden. In der ersten Stufe der Endozytose werden Substanzen oder Partikel an der Membranoberfläche adsorbiert, dieser Vorgang erfolgt ohne Energieverbrauch. Im nächsten Stadium vertieft sich die Membran mit der adsorbierten Substanz in das Zytoplasma; die resultierenden lokalen Einstülpungen der Plasmamembran werden von der Zelloberfläche weggeschnürt und bilden Vesikel, die dann in die Zelle wandern. Dieser Prozess ist durch ein System von Mikrofilamenten verbunden und energieabhängig. Die Vesikel und Phagosomen, die in die Zelle eindringen, können mit Lysosomen verschmelzen. Enzyme, die in Lysosomen enthalten sind, zerlegen Substanzen, die in Vesikeln und Phagosomen enthalten sind, zu niedermolekularen Produkten (Aminosäuren, Monosaccharide, Nukleotide), die zum Zytosol transportiert werden, wo sie von der Zelle verwendet werden können.

Exozytose(Abbildung 9.12, 2) - die Übertragung von Partikeln und großen Verbindungen aus der Zelle. Dieser Prozess läuft wie die Endozytose unter Energieaufnahme ab. Die Hauptarten der Exozytose sind:

a) Sekretion - Entfernung von wasserlöslichen Verbindungen aus der Zelle, die verwendet werden oder andere Zellen des Körpers beeinflussen. Es kann sowohl von nicht spezialisierten Zellen als auch von Zellen der endokrinen Drüsen, der Schleimhaut des Magen-Darm-Trakts, durchgeführt werden, die für die Sekretion der von ihnen produzierten Substanzen (Hormone, Neurotransmitter, Proenzyme) angepasst sind, je nach den spezifischen Bedürfnissen des Körpers .

Sekretierte Proteine ​​werden an Ribosomen synthetisiert, die mit den Membranen des rauhen endoplasmatischen Retikulums assoziiert sind. Diese Proteine ​​werden dann zum Golgi-Apparat transportiert, wo sie modifiziert, konzentriert, sortiert und dann in Vesikel verpackt werden, die in das Zytosol gespalten werden und anschließend mit der Plasmamembran verschmelzen, sodass sich der Inhalt der Vesikel außerhalb der Zelle befindet.

Im Gegensatz zu Makromolekülen werden kleine sezernierte Partikel, wie Protonen, mithilfe erleichterter Diffusion und aktiver Transportmechanismen aus der Zelle transportiert.

b) Ausscheidung - Entfernung von Stoffen, die nicht verwendet werden können, aus der Zelle (z. B. Entfernung einer retikulären Substanz aus Retikulozyten während der Erythropoese, die ein aggregierter Überrest von Organellen ist). Der Ausscheidungsmechanismus besteht offenbar darin, dass sich die freigesetzten Partikel zunächst im zytoplasmatischen Vesikel befinden, das dann mit der Plasmamembran verschmilzt.

Die Zellmembran (Plasmamembran) ist eine dünne, halbdurchlässige Membran, die Zellen umgibt.

Funktion und Rolle der Zellmembran

Seine Funktion besteht darin, die Unversehrtheit des Inneren zu schützen, indem einige essentielle Substanzen in die Zelle gelangen und andere am Eindringen gehindert werden.

Es dient auch als Grundlage für die Bindung an einige Organismen und an andere. Somit gibt die Plasmamembran auch die Form der Zelle vor. Eine weitere Funktion der Membran besteht darin, das Zellwachstum durch Gleichgewicht zu regulieren und zu regulieren.

Bei der Endozytose werden bei der Aufnahme von Stoffen Lipide und Proteine ​​aus der Zellmembran entfernt. Bei der Exozytose verschmelzen Vesikel, die Lipide und Proteine ​​enthalten, mit der Zellmembran, wodurch die Zellgröße zunimmt. , und Pilzzellen haben Plasmamembranen. Innen werden beispielsweise auch Schutzmembranen eingeschlossen.

Struktur der Zellmembran

Die Plasmamembran besteht hauptsächlich aus einer Mischung von Proteinen und Lipiden. Je nach Lage und Rolle der Membran im Körper können Lipide 20 bis 80 Prozent der Membran ausmachen, der Rest sind Proteine. Während Lipide helfen, die Membran flexibel zu machen, kontrollieren und erhalten Proteine ​​die Chemie der Zelle und helfen beim Transport von Molekülen durch die Membran.

Membranlipide

Phospholipide sind der Hauptbestandteil von Plasmamembranen. Sie bilden eine Lipiddoppelschicht, in der sich die hydrophilen (wasserangezogenen) „Kopf“-Regionen spontan organisieren, um dem wässrigen Zytosol und der extrazellulären Flüssigkeit zu widerstehen, während die hydrophoben (wasserabweisenden) „Schwanz“-Regionen vom Zytosol und der extrazellulären Flüssigkeit abgewandt sind. Die Lipiddoppelschicht ist semipermeabel, sodass nur einige Moleküle durch die Membran diffundieren können.

Cholesterin ist ein weiterer Lipidbestandteil tierischer Zellmembranen. Cholesterinmoleküle werden selektiv zwischen Membranphospholipiden dispergiert. Dies trägt dazu bei, die Zellmembranen starr zu halten, indem verhindert wird, dass Phospholipide zu dicht gepackt werden. Cholesterin fehlt in pflanzlichen Zellmembranen.

Glykolipide befinden sich auf der äußeren Oberfläche von Zellmembranen und sind mit ihnen durch eine Kohlenhydratkette verbunden. Sie helfen der Zelle, andere Zellen im Körper zu erkennen.

Membranproteine

Die Zellmembran enthält zwei Arten assoziierter Proteine. Periphere Membranproteine ​​​​sind extern und damit verbunden, indem sie mit anderen Proteinen interagieren. Integrale Membranproteine ​​werden in die Membran eingeführt und passieren sie größtenteils. Teile dieser Transmembranproteine ​​befinden sich auf beiden Seiten davon.

Plasmamembranproteine ​​haben eine Reihe unterschiedlicher Funktionen. Strukturproteine ​​geben den Zellen Halt und Form. Membranrezeptorproteine ​​helfen Zellen, mit ihrer äußeren Umgebung durch die Verwendung von Hormonen, Neurotransmittern und anderen Signalmolekülen zu kommunizieren. Transportproteine, wie globuläre Proteine, transportieren Moleküle durch erleichterte Diffusion durch Zellmembranen. Glykoproteine ​​haben eine Kohlenhydratkette, die an ihnen befestigt ist. Sie sind in die Zellmembran eingebettet und helfen beim Austausch und Transport von Molekülen.

Organellenmembranen

Einige Zellorganellen sind auch von Schutzmembranen umgeben. Kern,

1972 wurde die Theorie aufgestellt, dass eine teilweise durchlässige Membran die Zelle umgibt und eine Reihe lebenswichtiger Aufgaben erfüllt, und die Struktur und Funktion von Zellmembranen sind wichtige Aspekte für das ordnungsgemäße Funktionieren aller Zellen im Körper. verbreitete sich im 17. Jahrhundert zusammen mit der Erfindung des Mikroskops. Es wurde bekannt, dass pflanzliches und tierisches Gewebe aus Zellen bestehen, aber aufgrund der geringen Auflösung des Geräts war es unmöglich, Barrieren um die tierische Zelle herum zu erkennen. Im 20. Jahrhundert wurde die chemische Natur der Membran genauer untersucht, es wurde festgestellt, dass Lipide ihre Grundlage sind.

Aufbau und Funktion von Zellmembranen

Die Zellmembran umgibt das Zytoplasma lebender Zellen und trennt physikalisch intrazelluläre Komponenten von der äußeren Umgebung. Auch Pilze, Bakterien und Pflanzen haben Zellwände, die Schutz bieten und den Durchgang großer Moleküle verhindern. Zellmembranen spielen auch eine Rolle bei der Entwicklung des Zytoskeletts und der Anheftung anderer lebenswichtiger Partikel an die extrazelluläre Matrix. Dies ist notwendig, um sie zusammenzuhalten und die Gewebe und Organe des Körpers zu bilden. Zu den strukturellen Merkmalen der Zellmembran gehört die Permeabilität. Die Hauptfunktion ist der Schutz. Die Membran besteht aus einer Phospholipidschicht mit eingebetteten Proteinen. Dieser Teil ist an Prozessen wie Zelladhäsion, Ionenleitung und Signalsystemen beteiligt und dient als Befestigungsfläche für mehrere extrazelluläre Strukturen, einschließlich der Wand, der Glykokalyx und des inneren Zytoskeletts. Die Membran hält auch das Potenzial der Zelle aufrecht, indem sie als selektiver Filter wirkt. Es ist selektiv durchlässig für Ionen und organische Moleküle und steuert die Bewegung von Partikeln.

Biologische Mechanismen, an denen die Zellmembran beteiligt ist

1. Passive Diffusion: Einige Substanzen (kleine Moleküle, Ionen) wie Kohlendioxid (CO2) und Sauerstoff (O2) können durch Diffusion in die Plasmamembran eindringen. Die Schale wirkt als Barriere für bestimmte Moleküle und Ionen, die sich auf beiden Seiten konzentrieren können.

2. Transmembrane Proteinkanäle und Transporter: Nährstoffe wie Glukose oder Aminosäuren müssen in die Zelle gelangen, einige Stoffwechselprodukte müssen sie verlassen.

3. Endozytose ist der Vorgang, bei dem Moleküle aufgenommen werden. In der Plasmamembran entsteht eine leichte Verformung (Invagination), in der die zu transportierende Substanz verschluckt wird. Es benötigt Energie und ist somit eine Form des aktiven Transports.

4. Exozytose: Tritt in verschiedenen Zellen auf, um unverdaute Reste von durch Endozytose eingebrachten Substanzen zu entfernen, Substanzen wie Hormone und Enzyme abzusondern und die Substanz vollständig durch die Zellbarriere zu transportieren.

molekulare Struktur

Die Zellmembran ist eine biologische Membran, die hauptsächlich aus Phospholipiden besteht und den Inhalt der gesamten Zelle von der äußeren Umgebung trennt. Der Bildungsprozess erfolgt spontan unter normalen Bedingungen. Um diesen Prozess zu verstehen und die Struktur und Funktionen von Zellmembranen sowie Eigenschaften richtig zu beschreiben, ist es notwendig, die Natur von Phospholipidstrukturen zu beurteilen, die durch strukturelle Polarisierung gekennzeichnet sind. Wenn Phospholipide in der wässrigen Umgebung des Zytoplasmas eine kritische Konzentration erreichen, verbinden sie sich zu Micellen, die in der wässrigen Umgebung stabiler sind.

Membraneigenschaften

• Stabilität. Dies bedeutet, dass es nach der Bildung der Membran unwahrscheinlich ist, dass sie sich auflöst.
• Stärke. Die Lipidmembran ist ausreichend zuverlässig, um den Durchgang einer polaren Substanz zu verhindern, sowohl gelöste Substanzen (Ionen, Glucose, Aminosäuren) als auch viel größere Moleküle (Proteine) können die gebildete Grenze nicht passieren.
• dynamischer Charakter. Dies ist vielleicht die wichtigste Eigenschaft, wenn man die Struktur der Zelle betrachtet. Die Zellmembran kann verschiedenen Verformungen ausgesetzt werden, sie kann sich falten und biegen, ohne zusammenzubrechen. Unter besonderen Umständen, wie der Verschmelzung von Vesikeln oder Knospen, kann es gebrochen werden, aber nur vorübergehend. Bei Raumtemperatur befinden sich seine Lipidkomponenten in ständiger, chaotischer Bewegung und bilden eine stabile Flüssigkeitsgrenze.

Flüssiges Mosaikmodell

Wenn wir über die Struktur und Funktion von Zellmembranen sprechen, ist es wichtig anzumerken, dass die Membran aus heutiger Sicht 1972 von den Wissenschaftlern Singer und Nicholson als flüssiges Mosaikmodell betrachtet wurde. Ihre Theorie spiegelt drei Hauptmerkmale der Membranstruktur wider. Die Integrale stellen eine Mosaikschablone für die Membran bereit, und sie können sich aufgrund der variablen Natur der Lipidorganisation seitlich in der Ebene bewegen. Transmembranproteine ​​sind ebenfalls potenziell mobil. Ein wichtiges Merkmal der Membranstruktur ist ihre Asymmetrie. Wie ist eine Zelle aufgebaut? Zellmembran, Kern, Proteine ​​und so weiter. Die Zelle ist die Grundeinheit des Lebens, und alle Organismen bestehen aus einer oder mehreren Zellen, jede mit einer natürlichen Barriere, die sie von ihrer Umgebung trennt. Diese äußere Begrenzung der Zelle wird auch als Plasmamembran bezeichnet. Es besteht aus vier verschiedenen Arten von Molekülen: Phospholipide, Cholesterin, Proteine ​​und Kohlenhydrate. Das Flüssigmosaik-Modell beschreibt den Aufbau der Zellmembran wie folgt: flexibel und elastisch, mit einer pflanzenölähnlichen Konsistenz, sodass alle einzelnen Moleküle einfach in dem flüssigen Medium schweben und sich innerhalb dieser Membran alle seitwärts bewegen können. Ein Mosaik ist etwas, das viele verschiedene Details enthält. In der Plasmamembran wird es durch Phospholipide, Cholesterinmoleküle, Proteine ​​und Kohlenhydrate repräsentiert.

Phospholipide

Phospholipide bilden die Grundstruktur der Zellmembran. Diese Moleküle haben zwei unterschiedliche Enden: einen Kopf und einen Schwanz. Das Kopfende enthält eine Phosphatgruppe und ist hydrophil. Das bedeutet, dass es von Wassermolekülen angezogen wird. Der Schwanz besteht aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen, die als Fettsäureketten bezeichnet werden. Diese Ketten sind hydrophob, sie mischen sich nicht gerne mit Wassermolekülen. Dieser Vorgang ähnelt dem, was passiert, wenn Sie Pflanzenöl in Wasser gießen, das heißt, es löst sich nicht darin auf. Die strukturellen Merkmale der Zellmembran sind mit der sogenannten Lipiddoppelschicht verbunden, die aus Phospholipiden besteht. Hydrophile Phosphatköpfe befinden sich immer dort, wo Wasser in Form von intrazellulärer und extrazellulärer Flüssigkeit vorhanden ist. Die hydrophoben Schwänze von Phospholipiden in der Membran sind so organisiert, dass sie sie von Wasser fernhalten.

Cholesterin, Proteine ​​und Kohlenhydrate

Wenn Leute das Wort „Cholesterin“ hören, denken die Leute normalerweise, dass es schlecht ist. Tatsächlich ist Cholesterin jedoch ein sehr wichtiger Bestandteil der Zellmembranen. Seine Moleküle bestehen aus vier Ringen aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen. Sie sind hydrophob und treten zwischen den hydrophoben Schwänzen in der Lipiddoppelschicht auf. Ihre Bedeutung liegt in der Aufrechterhaltung der Konsistenz, sie stärken die Membranen und verhindern ein Crossover. Cholesterinmoleküle verhindern auch, dass die Phospholipidschwänze in Kontakt kommen und sich verhärten. Dies garantiert Fließfähigkeit und Flexibilität. Membranproteine ​​wirken als Enzyme, um chemische Reaktionen zu beschleunigen, dienen als Rezeptoren für bestimmte Moleküle oder transportieren Substanzen durch die Zellmembran.

Kohlenhydrate oder Saccharide kommen nur auf der extrazellulären Seite der Zellmembran vor. Zusammen bilden sie die Glykokalyx. Es bietet Polsterung und Schutz für die Plasmamembran. Basierend auf der Struktur und Art der Kohlenhydrate in der Glykokalyx kann der Körper Zellen erkennen und bestimmen, ob sie dort sein sollten oder nicht.

Membranproteine

Der Aufbau der Zellmembran ist ohne einen so bedeutenden Bestandteil wie Protein nicht vorstellbar. Trotzdem können sie einer anderen wichtigen Komponente - den Lipiden - in ihrer Größe deutlich unterlegen sein. Es gibt drei Haupttypen von Membranproteinen.

• Integral. Sie bedecken vollständig die Doppelschicht, das Zytoplasma und die extrazelluläre Umgebung. Sie erfüllen eine Transport- und Signalfunktion.
• Peripherie. Proteine ​​sind an der Membran durch elektrostatische oder Wasserstoffbrückenbindungen an ihren zytoplasmatischen oder extrazellulären Oberflächen befestigt. Sie sind hauptsächlich als Anheftungsmittel für integrale Proteine ​​beteiligt.
• Transmembran. Sie erfüllen enzymatische und signalgebende Funktionen und modulieren auch die Grundstruktur der Lipiddoppelschicht der Membran.

Funktionen biologischer Membranen

Der hydrophobe Effekt, der das Verhalten von Kohlenwasserstoffen in Wasser reguliert, kontrolliert Strukturen, die von Membranlipiden und Membranproteinen gebildet werden. Viele Eigenschaften von Membranen werden durch Träger von Lipiddoppelschichten verliehen, die die Grundstruktur für alle biologischen Membranen bilden. Integrale Membranproteine ​​sind teilweise in der Lipiddoppelschicht verborgen. Transmembranproteine ​​haben eine spezialisierte Organisation von Aminosäuren in ihrer Primärsequenz.

Periphere Membranproteine ​​sind löslichen Proteinen sehr ähnlich, aber sie sind auch membrangebunden. Spezialisierte Zellmembranen haben spezialisierte Zellfunktionen. Wie wirken sich Aufbau und Funktion von Zellmembranen auf den Körper aus? Die Funktionalität des gesamten Organismus hängt davon ab, wie biologische Membranen angeordnet sind. Aus intrazellulären Organellen, extrazellulären und interzellulären Wechselwirkungen von Membranen werden die für die Organisation und Durchführung biologischer Funktionen notwendigen Strukturen geschaffen. Bakterien und umhüllte Viren teilen viele strukturelle und funktionelle Merkmale. Alle biologischen Membranen sind auf einer Lipiddoppelschicht aufgebaut, die das Vorhandensein einer Reihe gemeinsamer Merkmale bestimmt. Membranproteine ​​haben viele spezifische Funktionen.

• Steuern. Plasmamembranen von Zellen definieren die Grenzen der Wechselwirkung der Zelle mit der Umgebung.
• Transport. Die intrazellulären Membranen von Zellen sind in mehrere funktionelle Blöcke mit unterschiedlicher innerer Zusammensetzung unterteilt, die jeweils durch die notwendige Transportfunktion in Kombination mit der Steuerung der Permeabilität unterstützt werden.
• Signaltransduktion. Die Membranfusion bietet einen Mechanismus für die intrazelluläre vesikuläre Benachrichtigung und verhindert, dass verschiedene Arten von Viren frei in die Zelle eindringen.

Bedeutung und Schlussfolgerungen

Der Aufbau der äußeren Zellmembran beeinflusst den gesamten Körper. Es spielt eine wichtige Rolle beim Schutz der Integrität, indem es nur ausgewählte Substanzen eindringen lässt. Es ist auch eine gute Basis für die Verankerung des Zytoskeletts und der Zellwand, was dazu beiträgt, die Form der Zelle zu erhalten. Lipide machen etwa 50 % der Membranmasse der meisten Zellen aus, obwohl dies je nach Membrantyp variiert. Die Struktur der äußeren Zellmembran von Säugetieren ist komplexer, sie enthält vier Haupt-Phospholipide. Eine wichtige Eigenschaft von Lipiddoppelschichten ist, dass sie sich wie eine zweidimensionale Flüssigkeit verhalten, in der sich einzelne Moleküle frei drehen und seitlich bewegen können. Diese Fluidität ist eine wichtige Eigenschaft von Membranen, die in Abhängigkeit von Temperatur und Lipidzusammensetzung bestimmt wird. Aufgrund der Kohlenwasserstoffringstruktur spielt Cholesterin eine Rolle bei der Bestimmung der Membranfluidität. biologische Membranen für kleine Moleküle ermöglichen es der Zelle, ihre innere Struktur zu kontrollieren und aufrechtzuerhalten.

In Anbetracht der Struktur der Zelle (Zellmembran, Zellkern usw.) können wir schlussfolgern, dass der Körper ein selbstregulierendes System ist, das sich ohne fremde Hilfe nicht selbst schaden kann und immer nach Wegen suchen wird, um es wiederherzustellen, zu schützen und richtig zu funktionieren Zelle.