Die Hauptfunktion der Zellmembran. Welche Funktionen erfüllt die äußere Zellmembran? Die Struktur der äußeren Zellmembran. Die Rolle der Außenmembranen bei interzellulären Kontakten

Äußere Zellmembran (Plasmalemma, Zytolemma, Plasmamembran) tierischer Zellen außen (d. h. auf der Seite, die nicht mit dem Zytoplasma in Kontakt steht) mit einer Schicht aus Oligosaccharidketten bedeckt, die kovalent an Membranproteine ​​(Glykoproteine) und in geringerem Maße an Lipide (Glykolipide) gebunden sind. Diese Kohlenhydrat-Membranbeschichtung heißt Glykokalyx. Der Zweck der Glykokalyx ist noch nicht ganz klar; Es besteht die Annahme, dass diese Struktur an den Prozessen der interzellulären Erkennung beteiligt ist.

In Pflanzenzellen Auf der äußeren Zellmembran befindet sich eine dichte Zelluloseschicht mit Poren, durch die über zytoplasmatische Brücken die Kommunikation zwischen benachbarten Zellen erfolgt.

In Zellen Pilze oben auf dem Plasmalemma - eine dichte Schicht Chitin.

U Bakterien – mureina.

Eigenschaften biologischer Membranen

1. Fähigkeit zur Selbstmontage nach zerstörerischen Einflüssen. Diese Eigenschaft wird durch die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Phospholipidmolekülen bestimmt, die in einer wässrigen Lösung so zusammenkommen, dass sich die hydrophilen Enden der Moleküle nach außen und die hydrophoben Enden nach innen entfalten. Proteine ​​können in vorgefertigte Phospholipidschichten eingebaut werden. Die Fähigkeit zur Selbstorganisation ist auf zellulärer Ebene wichtig.

2. Halbdurchlässig(Selektivität bei der Übertragung von Ionen und Molekülen). Gewährleistet die Aufrechterhaltung der Konstanz der ionischen und molekularen Zusammensetzung in der Zelle.

3. Membranflüssigkeit. Membranen sind keine starren Strukturen; sie schwanken aufgrund der Rotations- und Vibrationsbewegungen von Lipid- und Proteinmolekülen ständig. Dies sorgt für eine höhere Geschwindigkeit enzymatischer und anderer chemischer Prozesse in Membranen.

4. Membranfragmente haben keine freien Enden, wenn sie sich zu Blasen verschließen.

Funktionen der äußeren Zellmembran (Plasmalemma)

Die Hauptfunktionen des Plasmalemmas sind folgende: 1) Barriere, 2) Rezeptor, 3) Austausch, 4) Transport.

1. Barrierefunktion. Dies drückt sich darin aus, dass die Plasmamembran den Zellinhalt begrenzt und ihn von der äußeren Umgebung trennt und intrazelluläre Membranen das Zytoplasma in separate Reaktionszellen unterteilen. Fächer.

2. Rezeptorfunktion. Eine der wichtigsten Funktionen des Plasmalemmas besteht darin, die Kommunikation (Verbindung) der Zelle mit der äußeren Umgebung über den in den Membranen vorhandenen Rezeptorapparat sicherzustellen, der proteinischer oder glykoproteinischer Natur ist. Die Hauptfunktion der Rezeptorformationen des Plasmalemmas ist die Erkennung externer Signale, dank derer Zellen während des Differenzierungsprozesses richtig ausgerichtet sind und Gewebe bilden. Die Rezeptorfunktion ist mit der Aktivität verschiedener Regulationssysteme sowie der Ausbildung einer Immunantwort verbunden.

Austauschfunktion bestimmt durch den Gehalt an Enzymproteinen in biologischen Membranen, die biologische Katalysatoren sind. Ihre Aktivität variiert je nach pH-Wert der Umgebung, Temperatur, Druck und der Konzentration sowohl des Substrats als auch des Enzyms selbst. Enzyme bestimmen die Intensität wichtiger Reaktionen Stoffwechsel sowie deren Richtung.

Transportfunktion von Membranen. Die Membran ermöglicht das selektive Eindringen verschiedener Chemikalien in die Zelle und aus der Zelle heraus in die Umgebung. Der Transport von Substanzen ist notwendig, um den richtigen pH-Wert und die richtige Ionenkonzentration in der Zelle aufrechtzuerhalten, was die Effizienz der zellulären Enzyme gewährleistet. Der Transport liefert Nährstoffe, die als Energiequelle sowie Material für die Bildung verschiedener Zellbestandteile dienen. Davon hängen die Entfernung giftiger Abfälle aus der Zelle, die Sekretion verschiedener nützlicher Substanzen und die Bildung von Ionengradienten ab, die für die Nerven- und Muskelaktivität notwendig sind. Änderungen in der Geschwindigkeit der Stoffübertragung können zu Störungen bioenergetischer Prozesse, Wasser-Salz, führen Stoffwechsel, Erregbarkeit und andere Prozesse. Die Korrektur dieser Veränderungen liegt der Wirkung vieler Medikamente zugrunde.

Es gibt zwei Hauptwege für Substanzen, in die Zelle einzudringen und aus der Zelle in die äußere Umgebung zu gelangen;

passiver Transport,

aktiven Transport.

Passiver Transport folgt einem chemischen oder elektrochemischen Konzentrationsgradienten ohne den Aufwand von ATP-Energie. Besitzt das Molekül des transportierten Stoffes keine Ladung, so wird die Richtung des passiven Transports nur durch den Konzentrationsunterschied dieses Stoffes auf beiden Seiten der Membran (chemischer Konzentrationsgradient) bestimmt. Wenn das Molekül geladen ist, wird sein Transport sowohl vom chemischen Konzentrationsgradienten als auch vom elektrischen Gradienten (Membranpotential) beeinflusst.

Beide Gradienten zusammen bilden den elektrochemischen Gradienten. Der passive Stofftransport kann auf zwei Arten erfolgen: einfache Diffusion und erleichterte Diffusion.

Mit einfacher Diffusion Salzionen und Wasser können durch selektive Kanäle eindringen. Diese Kanäle werden von bestimmten Transmembranproteinen gebildet, die durchgehende Transportwege bilden, die dauerhaft oder nur für kurze Zeit geöffnet sind. Verschiedene Moleküle in der Größe und Ladung, die den Kanälen entsprechen, dringen durch selektive Kanäle ein.

Es gibt noch eine andere Möglichkeit der einfachen Diffusion – dies ist die Diffusion von Substanzen durch die Lipiddoppelschicht, durch die fettlösliche Substanzen und Wasser leicht passieren. Die Lipiddoppelschicht ist für geladene Moleküle (Ionen) undurchlässig, gleichzeitig können ungeladene kleine Moleküle frei diffundieren, und je kleiner das Molekül, desto schneller wird es transportiert. Die relativ hohe Diffusionsgeschwindigkeit von Wasser durch die Lipiddoppelschicht erklärt sich genau aus der geringen Größe seiner Moleküle und der fehlenden Ladung.

Mit erleichterter Diffusion Beim Stofftransport sind Proteine ​​beteiligt – Träger, die nach dem „Ping-Pong“-Prinzip funktionieren. Das Protein liegt in zwei Konformationszuständen vor: Im „Pong“-Zustand sind die Bindungsstellen für die transportierte Substanz auf der Außenseite der Doppelschicht offen, im „Ping“-Zustand sind dieselben Stellen auf der anderen Seite offen. Dieser Vorgang ist reversibel. Von welcher Seite die Bindungsstelle eines Stoffes zu einem bestimmten Zeitpunkt geöffnet ist, hängt vom Konzentrationsgradienten dieses Stoffes ab.

Auf diese Weise passieren Zucker und Aminosäuren die Membran.

Bei erleichterter Diffusion erhöht sich die Stofftransportgeschwindigkeit im Vergleich zur einfachen Diffusion deutlich.

Neben Trägerproteinen sind auch einige Antibiotika an der erleichterten Diffusion beteiligt, beispielsweise Gramicidin und Valinomycin.

Da sie für den Ionentransport sorgen, werden sie genannt Ionophore.

Aktiver Stofftransport in der Zelle. Diese Transportart kostet immer Energie. Die für den aktiven Transport benötigte Energiequelle ist ATP. Ein charakteristisches Merkmal dieser Transportart ist, dass sie auf zwei Arten durchgeführt wird:

unter Verwendung von Enzymen, die ATPasen genannt werden;

Transport in Membranverpackungen (Endozytose).

IN Die äußere Zellmembran enthält Enzymproteine ​​wie ATPasen, deren Funktion darin besteht, aktiven Transport bereitzustellen Ionen gegen einen Konzentrationsgradienten. Da sie für den Ionentransport sorgen, wird dieser Vorgang als Ionenpumpe bezeichnet.

Es gibt vier bekannte Hauptionentransportsysteme in tierischen Zellen. Drei von ihnen sorgen für die Übertragung durch biologische Membranen: Na + und K +, Ca +, H + und die vierte – die Übertragung von Protonen während der Funktion der mitochondrialen Atmungskette.

Ein Beispiel für einen aktiven Ionentransportmechanismus ist Natrium-Kalium-Pumpe in tierischen Zellen. Es hält eine konstante Konzentration an Natrium- und Kaliumionen in der Zelle aufrecht, die sich von der Konzentration dieser Stoffe in der Umgebung unterscheidet: Normalerweise gibt es in der Zelle weniger Natriumionen als in der Umgebung und mehr Kaliumionen.

Infolgedessen neigt Kalium nach den Gesetzen der einfachen Diffusion dazu, die Zelle zu verlassen, und Natrium diffundiert in die Zelle. Im Gegensatz zur einfachen Diffusion pumpt die Natrium-Kalium-Pumpe ständig Natrium aus der Zelle und führt Kalium ein: Auf drei freigesetzte Natriummoleküle kommen zwei Kaliummoleküle, die in die Zelle eingeführt werden.

Dieser Transport von Natrium-Kalium-Ionen wird durch die abhängige ATPase gewährleistet, ein Enzym, das in der Membran so lokalisiert ist, dass es deren gesamte Dicke durchdringt. Natrium und ATP gelangen von der Innenseite der Membran in dieses Enzym, Kalium von außen.

Der Transfer von Natrium und Kalium durch die Membran erfolgt als Folge von Konformationsänderungen, die die Natrium-Kalium-abhängige ATPase durchläuft, die aktiviert wird, wenn die Konzentration von Natrium in der Zelle oder Kalium in der Umgebung ansteigt.

Um diese Pumpe mit Energie zu versorgen, ist eine ATP-Hydrolyse erforderlich. Dieser Prozess wird durch dasselbe Enzym, die Natrium-Kalium-abhängige ATPase, gewährleistet. Darüber hinaus wird mehr als ein Drittel des ATP, das eine ruhende tierische Zelle verbraucht, für den Betrieb der Natrium-Kalium-Pumpe aufgewendet.

Eine Verletzung der ordnungsgemäßen Funktion der Natrium-Kalium-Pumpe führt zu verschiedenen schweren Krankheiten.

Der Wirkungsgrad dieser Pumpe übersteigt 50 %, was von den fortschrittlichsten von Menschenhand geschaffenen Maschinen nicht erreicht wird.

Viele aktive Transportsysteme basieren auf in Ionengradienten gespeicherter Energie und nicht auf der direkten Hydrolyse von ATP. Sie alle fungieren als Cotransportsysteme (Förderung des Transports niedermolekularer Verbindungen). Beispielsweise wird der aktive Transport einiger Zucker und Aminosäuren in tierische Zellen durch einen Natriumionengradienten bestimmt, und je höher der Natriumionengradient, desto höher ist die Geschwindigkeit der Glukoseabsorption. Und umgekehrt, wenn die Natriumkonzentration im Interzellularraum deutlich abnimmt, stoppt der Glukosetransport. In diesem Fall muss sich Natrium mit dem natriumabhängigen Glukosetransportprotein verbinden, das über zwei Bindungsstellen verfügt: eine für Glukose, die andere für Natrium. In die Zelle eindringende Natriumionen erleichtern die Einführung des Trägerproteins zusammen mit Glukose in die Zelle. Natriumionen, die zusammen mit Glukose in die Zelle gelangen, werden von der Natrium-Kalium-abhängigen ATPase zurückgepumpt, die durch die Aufrechterhaltung eines Natriumkonzentrationsgradienten indirekt den Glukosetransport steuert.

Transport von Stoffen in Membranverpackungen. Große Moleküle von Biopolymeren können mit keinem der oben beschriebenen Mechanismen des Stofftransports in die Zelle durch das Plasmalemma eindringen. Sie werden von der Zelle eingefangen und in die sogenannte Membranverpackung aufgenommen Endozytose. Letztere wird formal in Phagozytose und Pinozytose unterteilt. Die Aufnahme von Feinstaub durch die Zelle erfolgt Phagozytose und flüssig - Pinozytose. Bei der Endozytose werden folgende Stadien beobachtet:

Aufnahme der absorbierten Substanz durch Rezeptoren in der Zellmembran;

Einstülpung der Membran unter Bildung einer Blase (Vesikel);

Trennung des endozytären Vesikels von der Membran unter Energieaufwand – Phagosomenbildung und Wiederherstellung der Membranintegrität;

Fusion des Phagosoms mit dem Lysosom und Bildung Phagolysosomen (Verdauungsvakuole), bei dem die Verdauung absorbierter Partikel erfolgt;

Entfernung von im Phagolysosom unverdautem Material aus der Zelle ( Exozytose).

In der Tierwelt Endozytose ist eine charakteristische Ernährungsweise vieler Einzeller (z. B. bei Amöben), und bei vielen Zellorganismen findet sich diese Art der Verdauung von Nahrungspartikeln in den endodermalen Zellen von Hohltieren. Säugetiere und Menschen verfügen über ein retikulo-histioendotheliales Zellsystem mit der Fähigkeit zur Endozytose. Beispiele hierfür sind Blutleukozyten und Leber-Kupffer-Zellen. Letztere säumen die sogenannten Sinuskapillaren der Leber und fangen verschiedene im Blut schwebende Fremdpartikel ein. Exozytose- Dies ist auch eine Methode, um aus der Zelle eines vielzelligen Organismus das von ihm abgesonderte Substrat zu entfernen, das für die Funktion anderer Zellen, Gewebe und Organe notwendig ist.

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

Funktion und Rolle der Zellmembran

Seine Funktion besteht darin, die Integrität des Inneren zu schützen, indem es einige lebenswichtige Substanzen in die Zelle lässt und andere daran hindert, einzudringen.

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 und zu regulieren.

Bei der Endozytose werden durch die Aufnahme von Substanzen Lipide und Proteine ​​aus der Zellmembran entfernt. Während der Exozytose verschmelzen Vesikel, die Lipide und Proteine ​​enthalten, mit der Zellmembran, wodurch die Zellgröße zunimmt. und Pilzzellen haben Plasmamembranen. Interne werden beispielsweise auch von Schutzmembranen umschlossen.

Zellmembranstruktur

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 dazu beitragen, der Membran Flexibilität zu verleihen, steuern und erhalten Proteine ​​die Chemie der Zelle und unterstützen den Transport von Molekülen durch die Membran.

Membranlipide

Phospholipide sind der Hauptbestandteil von Plasmamembranen. Sie bilden eine Lipiddoppelschicht, in der sich die hydrophilen (wasserangezogenen) Kopfregionen spontan so organisieren, dass sie dem wässrigen Zytosol und der extrazellulären Flüssigkeit zugewandt sind, während die hydrophoben (wasserabweisenden) Schwanzregionen 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 verteilt. Dies trägt dazu bei, die Steifheit der Zellmembranen aufrechtzuerhalten, indem verhindert wird, dass Phospholipide zu dicht werden. Cholesterin fehlt in pflanzlichen Zellmembranen.

Glykolipide befinden sich auf der Außenfläche von Zellmembranen und sind über eine Kohlenhydratkette mit diesen verbunden. Sie helfen der Zelle, andere Zellen im Körper zu erkennen.

Membranproteine

Die Zellmembran enthält zwei Arten assoziierter Proteine. Proteine ​​​​der peripheren Membran sind extern und durch Interaktion mit anderen Proteinen mit dieser verbunden. Integrale Membranproteine ​​werden in die Membran eingeführt und passieren die meisten. Auf beiden Seiten davon befinden sich Teile dieser Transmembranproteine.

Plasmamembranproteine ​​haben verschiedene Funktionen. Strukturproteine ​​geben den Zellen Halt und Form. Membranrezeptorproteine ​​unterstützen Zellen bei der Kommunikation mit ihrer äußeren Umgebung über Hormone, Neurotransmitter und andere Signalmoleküle. Transportproteine, wie z. B. globuläre Proteine, transportieren Moleküle durch erleichterte Diffusion durch Zellmembranen. An Glykoproteine ​​ist eine Kohlenhydratkette gebunden. Sie sind in die Zellmembran eingebettet und helfen beim Austausch und Transport von Molekülen.

Organellenmembranen

Einige Zellorganellen sind zudem von Schutzmembranen umgeben. Kern,

Die Außenseite der Zelle ist mit einer etwa 6–10 nm dicken Plasmamembran (oder äußeren Zellmembran) bedeckt.

Die Zellmembran ist ein dichter Film aus Proteinen und Lipiden (hauptsächlich Phospholipiden). Lipidmoleküle sind geordnet angeordnet – senkrecht zur Oberfläche, in zwei Schichten, sodass ihre Teile, die intensiv mit Wasser interagieren (hydrophil), nach außen gerichtet sind und ihre gegenüber Wasser inerten Teile (hydrophob) nach innen gerichtet sind.

Proteinmoleküle befinden sich in einer nicht durchgehenden Schicht auf der Oberfläche des Lipidgerüsts auf beiden Seiten. Einige von ihnen tauchen in die Lipidschicht ein, andere durchdringen diese und bilden wasserdurchlässige Bereiche. Diese Proteine ​​erfüllen verschiedene Funktionen – einige davon sind Enzyme, andere sind Transportproteine, die an der Übertragung bestimmter Substanzen aus der Umgebung in das Zytoplasma und in die entgegengesetzte Richtung beteiligt sind.

Grundfunktionen der Zellmembran

Eine der Haupteigenschaften biologischer Membranen ist die selektive Permeabilität (Semipermeabilität).- Einige Substanzen passieren sie nur schwer, andere leicht und sogar in höheren Konzentrationen. Daher ist die Konzentration der Na-Ionen im Inneren der meisten Zellen deutlich niedriger als in der Umgebung. Für K-Ionen ist der umgekehrte Zusammenhang typisch: Ihre Konzentration innerhalb der Zelle ist höher als außerhalb. Daher neigen Na-Ionen immer dazu, in die Zelle einzudringen, und K-Ionen neigen immer dazu, die Zelle zu verlassen. Der Konzentrationsausgleich dieser Ionen wird durch das Vorhandensein eines speziellen Systems in der Membran verhindert, das die Rolle einer Pumpe spielt, die Na-Ionen aus der Zelle und gleichzeitig K-Ionen ins Innere pumpt.

Die Tendenz der Na-Ionen, sich von außen nach innen zu bewegen, wird genutzt, um Zucker und Aminosäuren in die Zelle zu transportieren. Durch die aktive Entfernung von Na-Ionen aus der Zelle werden Bedingungen für den Eintritt von Glukose und Aminosäuren in die Zelle geschaffen.

In vielen Zellen werden Stoffe auch durch Phagozytose und Pinozytose aufgenommen. Bei Phagozytose Die flexible Außenmembran bildet eine kleine Vertiefung, in die das eingefangene Partikel fällt. Diese Vertiefung vergrößert sich und das Partikel taucht, umgeben von einem Abschnitt der Außenmembran, in das Zytoplasma der Zelle ein. Das Phänomen der Phagozytose ist charakteristisch für Amöben und einige andere Protozoen sowie für Leukozyten (Phagozyten). Auf ähnliche Weise nehmen Zellen Flüssigkeiten auf, die für die Zelle notwendige Stoffe enthalten. Dieses Phänomen wurde genannt Pinozytose.

Die äußeren Membranen verschiedener Zellen unterscheiden sich erheblich sowohl in der chemischen Zusammensetzung ihrer Proteine ​​und Lipide als auch in ihrem relativen Gehalt. Es sind diese Merkmale, die die Vielfalt der physiologischen Aktivität der Membranen verschiedener Zellen und ihre Rolle im Leben von Zellen und Geweben bestimmen.

Das endoplasmatische Retikulum der Zelle ist mit der Außenmembran verbunden. Mit Hilfe der äußeren Membranen werden verschiedene Arten von interzellulären Kontakten durchgeführt, d.h. Kommunikation zwischen einzelnen Zellen.

Viele Zelltypen zeichnen sich durch das Vorhandensein einer großen Anzahl von Vorsprüngen, Falten und Mikrovilli auf ihrer Oberfläche aus. Sie tragen sowohl zu einer deutlichen Vergrößerung der Zelloberfläche und einem verbesserten Stoffwechsel bei als auch zu stärkeren Verbindungen zwischen einzelnen Zellen untereinander.

Pflanzenzellen haben auf der Außenseite der Zellmembran dicke Membranen, die unter einem Lichtmikroskop deutlich sichtbar sind und aus Fasern (Zellulose) bestehen. Sie bilden eine starke Stütze für Pflanzengewebe (Holz).

Einige tierische Zellen verfügen außerdem über eine Reihe äußerer Strukturen, die sich auf der Zellmembran befinden und eine schützende Wirkung haben. Ein Beispiel ist das Chitin der Hautzellen von Insekten.

Funktionen der Zellmembran (kurz)

Funktion	Beschreibung
Schutzbarriere	Trennt innere Zellorganellen von der äußeren Umgebung
Regulatorisch	Reguliert den Stoffwechsel zwischen dem inneren Inhalt der Zelle und der äußeren Umgebung
Teilen (Kompartimentalisierung)	Aufteilung des Innenraums der Zelle in unabhängige Blöcke (Kompartimente)
Energie	- Energieakkumulation und -umwandlung; - Lichtreaktionen der Photosynthese in Chloroplasten; - Absorption und Sekretion.
Rezeptor (informativ)	Beteiligt sich an der Bildung der Erregung und ihrer Leitung.
Motor	Führt die Bewegung der Zelle oder ihrer einzelnen Teile aus.

1 – Polkopf des Phospholipidmoleküls

2 – Fettsäureschwanz des Phospholipidmoleküls

3 – integrales Protein

4 – peripheres Protein

5 – halbintegrales Protein

6 – Glykoprotein

7 - Glykolipid

Die äußere Zellmembran ist allen Zellen (tierischen und pflanzlichen Ursprungs) inhärent, hat eine Dicke von etwa 7,5 (bis 10) nm und besteht aus Lipid- und Proteinmolekülen.

Derzeit ist das Fluid-Mosaik-Modell des Zellmembranaufbaus weit verbreitet. Nach diesem Modell sind Lipidmoleküle in zwei Schichten angeordnet, wobei ihre wasserabweisenden Enden (hydrophob – fettlöslich) einander zugewandt sind und ihre wasserlöslichen (hydrophilen) Enden zur Peripherie zeigen. In der Lipidschicht sind Proteinmoleküle eingebettet. Einige von ihnen befinden sich auf der Außen- oder Innenoberfläche des Lipidteils, andere sind teilweise untergetaucht oder dringen durch die Membran ein.

Funktionen von Membranen :

Schutz, Grenze, Barriere;

Transport;

Rezeptor - durchgeführt durch Proteine ​​- Rezeptoren, die eine selektive Fähigkeit für bestimmte Substanzen (Hormone, Antigene usw.) haben, mit ihnen chemische Wechselwirkungen eingehen und Signale in die Zelle leiten;

Beteiligen Sie sich an der Bildung interzellulärer Kontakte;

Sorgen Sie für Bewegung einiger Zellen (Amöbenbewegung).

Tierische Zellen haben eine dünne Glykokalyxschicht auf der äußeren Zellmembran. Es ist ein Komplex aus Kohlenhydraten mit Lipiden und Kohlenhydraten mit Proteinen. Die Glykokalyx ist an interzellulären Interaktionen beteiligt. Die Zytoplasmamembranen der meisten Zellorganellen haben genau den gleichen Aufbau.

In Pflanzenzellen, außerhalb der Zytoplasmamembran. Es gibt eine Zellwand, die aus Zellulose besteht.

Stofftransport durch die Zytoplasmamembran .

Es gibt zwei Hauptmechanismen für den Eintritt oder Austritt von Substanzen in die Zelle:

1. Passiver Transport.

2. Aktiver Transport.

Der passive Stofftransport erfolgt ohne Energieverbrauch. Ein Beispiel für einen solchen Transport ist Diffusion und Osmose, bei der die Bewegung von Molekülen oder Ionen von einem Bereich hoher Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration erfolgt, beispielsweise von Wassermolekülen.

Aktiver Transport – bei dieser Transportart dringen Moleküle oder Ionen gegen einen Konzentrationsgradienten in die Membran ein, wofür Energie benötigt wird. Ein Beispiel für einen aktiven Transport ist die Natrium-Kalium-Pumpe, die aktiv Natrium aus der Zelle pumpt und Kaliumionen aus der äußeren Umgebung aufnimmt und in die Zelle transportiert. Die Pumpe ist ein spezielles Membranprotein, das ATP antreibt.

Der aktive Transport gewährleistet die Aufrechterhaltung eines konstanten Zellvolumens und Membranpotentials.

Der Stofftransport kann durch Endozytose und Exozytose erfolgen.

Bei der Endozytose handelt es sich um das Eindringen von Stoffen in die Zelle, bei der Exozytose um das Austreten aus der Zelle.

Bei der Endozytose bildet die Plasmamembran Einstülpungen oder Ausstülpungen, die dann die Substanz umhüllen und sich bei ihrer Freisetzung in Vesikel verwandeln.

Es gibt zwei Arten der Endozytose:

1) Phagozytose – Aufnahme fester Partikel (Phagozytenzellen),

2) Pinozytose – Absorption von flüssigem Material. Pinozytose ist charakteristisch für amöboide Protozoen.

Durch Exozytose werden den Zellen verschiedene Stoffe entzogen: Unverdaute Nahrungsreste werden aus den Verdauungsvakuolen entfernt und deren flüssiges Sekret aus den sekretorischen Zellen entfernt.

Zytoplasma –(Zytoplasma + Kern bilden Protoplasma). Zytoplasma besteht aus einer wässrigen Grundsubstanz (Zytoplasmamatrix, Hyaloplasma, Zytosol) und verschiedenen darin enthaltenen Organellen und Einschlüssen.

Einschlüsse– Abfallprodukte der Zellen. Es gibt 3 Gruppen von Einschlüssen – trophische, sekretorische (Drüsenzellen) und besondere (Pigment-) Bedeutung.

Organellen – Dabei handelt es sich um dauerhafte Strukturen des Zytoplasmas, die bestimmte Funktionen in der Zelle erfüllen.

Es werden Organellen von allgemeiner und besonderer Bedeutung unterschieden. Spezielle Stoffe kommen in den meisten Zellen vor, sind jedoch nur in Zellen, die eine bestimmte Funktion erfüllen, in nennenswerten Mengen vorhanden. Dazu gehören Mikrovilli von Darmepithelzellen, Zilien des Epithels der Luftröhre und der Bronchien, Flagellen, Myofibrillen (die für Muskelkontraktion sorgen usw.).

Zu den Organellen von allgemeiner Bedeutung gehören das ER, der Golgi-Komplex, Mitochondrien, Ribosomen, Lysosomen, Zentriolen des Zellzentrums, Peroxisomen, Mikrotubuli und Mikrofilamente. In Pflanzenzellen gibt es Plastiden und Vakuolen. Organellen von allgemeiner Bedeutung können in Organellen mit Membran- und Nichtmembranstruktur unterteilt werden.

Organellen mit Membranstruktur sind entweder Doppelmembran- oder Einzelmembranorganellen. Mitochondrien und Plastiden werden als Doppelmembranzellen klassifiziert. Zu den Einzelmembranzellen gehören das endoplasmatische Retikulum, der Golgi-Komplex, Lysosomen, Peroxisomen und Vakuolen.

Organellen ohne Membran: Ribosomen, Zellzentrum, Mikrotubuli, Mikrofilamente.

Mitochondrien – Dies sind Organellen mit runder oder ovaler Form. Sie bestehen aus zwei Membranen: einer inneren und einer äußeren. Die innere Membran hat Vorsprünge, sogenannte Cristae, die die Mitochondrien in Kompartimente unterteilen. Die Kompartimente sind mit einer Substanz – Matrix – gefüllt. Die Matrix enthält DNA, mRNA, tRNA, Ribosomen, Calcium- und Magnesiumsalze. Hier findet die autonome Proteinbiosynthese statt. Die Hauptfunktion der Mitochondrien ist die Synthese von Energie und deren Anreicherung in ATP-Molekülen. Durch die Teilung alter Mitochondrien entstehen in der Zelle neue Mitochondrien.

Plastiden – Organellen, die hauptsächlich in Pflanzenzellen vorkommen. Es gibt drei Arten von ihnen: Chloroplasten, die ein grünes Pigment enthalten; Chromoplasten (rote, gelbe, orangefarbene Pigmente); Leukoplasten (farblos).

Chloroplasten sind dank des grünen Pigments Chlorophyll in der Lage, mithilfe der Sonnenenergie organische Substanzen aus anorganischen zu synthetisieren.

Chromoplasten verleihen Blumen und Früchten leuchtende Farben.

Leukoplasten sind in der Lage, Reservenährstoffe anzusammeln: Stärke, Lipide, Proteine ​​usw.

Endoplasmatisches Retikulum ( EPS ) ist ein komplexes System aus Vakuolen und Kanälen, die durch Membranen begrenzt sind. Es gibt glattes (agranuläres) und raues (granulares) EPS. Smooth hat keine Ribosomen auf seiner Membran. Es beinhaltet die Synthese von Lipiden, Lipoproteinen sowie die Anreicherung und Entfernung toxischer Substanzen aus der Zelle. Granulares ER hat Ribosomen auf seinen Membranen, in denen Proteine ​​synthetisiert werden. Die Proteine ​​gelangen dann in den Golgi-Komplex und von dort wieder hinaus.

Golgi-Komplex (Golgi-Apparat) Es handelt sich um einen Stapel abgeflachter Membransäcke – Zisternen und ein damit verbundenes Blasensystem. Ein Stapel von Zisternen wird als Dictyosom bezeichnet.

Funktionen des Golgi-Komplexes : Proteinmodifikation, Polysaccharidsynthese, Stofftransport, Zellmembranbildung, Lysosomenbildung.

Lysosomen – Es handelt sich um membranumschlossene Vesikel, die Enzyme enthalten. Sie führen einen intrazellulären Stoffabbau durch und werden in primäre und sekundäre unterteilt. Primäre Lysosomen enthalten Enzyme in inaktiver Form. Nachdem verschiedene Stoffe in die Organellen gelangt sind, werden Enzyme aktiviert und der Verdauungsprozess beginnt – das sind sekundäre Lysosomen.

Peroxisomen haben das Aussehen von Blasen, die von einer Membran begrenzt sind. Sie enthalten Enzyme, die das für Zellen giftige Wasserstoffperoxid abbauen.

Vakuolen – Dabei handelt es sich um Organellen pflanzlicher Zellen, die Zellsaft enthalten. Zellsaft kann überschüssige Nährstoffe, Pigmente und Abfallprodukte enthalten. Vakuolen sind an der Entstehung des Turgordrucks und an der Regulierung des Wasser-Salz-Stoffwechsels beteiligt.

Ribosomen – Organellen, bestehend aus großen und kleinen Untereinheiten. Sie können sich entweder im ER oder frei in der Zelle befinden und Polysome bilden. Sie bestehen aus rRNA und Protein und werden im Nukleolus gebildet. Die Proteinbiosynthese findet in Ribosomen statt.

Zellzentrum – kommt in den Zellen von Tieren, Pilzen und niederen Pflanzen vor und fehlt in höheren Pflanzen. Es besteht aus zwei Zentriolen und einer Strahlenkugel. Das Zentriol sieht aus wie ein Hohlzylinder, dessen Wand aus 9 Mikrotubuli-Tripletts besteht. Wenn sich Zellen teilen, bilden sie mitotische Spindelfäden, die für die Trennung von Chromatiden in der Anaphase der Mitose und homologen Chromosomen während der Meiose sorgen.

Mikrotubuli – röhrenförmige Gebilde unterschiedlicher Länge. Sie sind Teil von Zentriolen, mitotischen Spindeln, Flagellen und Zilien, üben eine unterstützende Funktion aus und fördern die Bewegung intrazellulärer Strukturen.

Mikrofilamente – fadenförmige dünne Formationen, die sich im gesamten Zytoplasma befinden, besonders viele davon jedoch unter der Zellmembran. Zusammen mit Mikrotubuli bilden sie das Zytoskelett der Zelle, bestimmen den Fluss des Zytoplasmas, intrazelluläre Bewegungen von Vesikeln, Chloroplasten und anderen Organellen.

Zellentwicklung

Es gibt zwei Phasen in der Evolution einer Zelle:

1. Chemisch.

2. Biologisch.

Die chemische Phase begann vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Unter dem Einfluss von ultravioletter Strahlung, Strahlung, Blitzentladungen (Energiequellen) kam es zur Bildung zunächst einfacher chemischer Verbindungen – Monomere und dann komplexerer – Polymere und ihrer Komplexe (Kohlenhydrate, Lipide, Proteine, Nukleinsäuren).

Die biologische Phase der Zellbildung beginnt mit dem Auftreten von Probionten – isolierten komplexen Systemen, die zur Selbstreproduktion, Selbstregulierung und natürlichen Selektion fähig sind. Probionten erschienen vor 3-3,8 Milliarden Jahren. Die ersten prokaryotischen Zellen, Bakterien, entstanden aus Probionten. Eukaryontische Zellen haben sich aus Prokaryonten (vor 1–1,4 Milliarden Jahren) auf zwei Arten entwickelt:

1) Durch Symbiose mehrerer prokaryotischer Zellen – dies ist eine Symbiosenhypothese;

2) Durch Einstülpung der Zellmembran. Der Kern der Invaginationshypothese besteht darin, dass die prokaryotische Zelle mehrere Genome enthielt, die an der Zellwand befestigt waren. Dann kam es zu einer Invagination – einer Invagination, einer Entflechtung der Zellmembran, und diese Genome verwandelten sich in Mitochondrien, Chloroplasten und den Zellkern.

Zelldifferenzierung und -spezialisierung .

Unter Differenzierung versteht man die Bildung verschiedener Zell- und Gewebetypen während der Entwicklung eines vielzelligen Organismus. Eine Hypothese verbindet die Differenzierung mit der Genexpression während der individuellen Entwicklung. Unter Expression versteht man den Prozess, bei dem bestimmte Gene in Arbeit gebracht werden, wodurch Voraussetzungen für die gezielte Synthese von Substanzen geschaffen werden. Daher entwickeln und spezialisieren sich Gewebe in die eine oder andere Richtung.

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