V roku 1972 bola predložená teória, že čiastočne priepustná membrána obklopuje bunku a vykonáva množstvo životne dôležitých úloh a štruktúra a funkcia bunkových membrán sú významné problémy týkajúce sa správneho fungovania všetkých buniek v tele. Bunková teória sa rozšírila v 17. storočí spolu s vynálezom mikroskopu. Ukázalo sa, že rastlinné a živočíšne tkanivá sa skladajú z buniek, ale kvôli nízkemu rozlíšeniu zariadenia nebolo možné vidieť žiadne bariéry okolo živočíšnej bunky. V 20. storočí sa chemická podstata membrány študovala podrobnejšie, zistilo sa, že jej základom sú lipidy.
Štruktúra a funkcia bunkových membrán
Bunková membrána obklopuje cytoplazmu živých buniek a fyzicky oddeľuje vnútrobunkové zložky od vonkajšieho prostredia. Huby, baktérie a rastliny majú tiež bunkové steny, ktoré poskytujú ochranu a zabraňujú prechodu veľkých molekúl. Svoju úlohu zohrávajú aj bunkové membránytvorba cytoskeletu a pripojenie k extracelulárnej matrici iných životne dôležitých častíc. To je nevyhnutné na to, aby ich držali pohromade a vytvorili tkanivá a orgány tela. Štrukturálne znaky bunkovej membrány zahŕňajú permeabilitu. Hlavnou funkciou je ochrana. Membrána pozostáva z fosfolipidovej vrstvy so zabudovanými proteínmi. Táto časť sa podieľa na procesoch, ako je bunková adhézia, vedenie iónov a signalizačné systémy a slúži ako pripojovací povrch pre niekoľko extracelulárnych štruktúr, vrátane steny, glykokalyxu a vnútorného cytoskeletu. Membrána tiež udržiava potenciál bunky tým, že pôsobí ako selektívny filter. Je selektívne priepustný pre ióny a organické molekuly a riadi pohyb častíc.
Biologické mechanizmy zahŕňajúce bunkovú membránu
1. Pasívna difúzia: Niektoré látky (malé molekuly, ióny), ako napríklad oxid uhličitý (CO2) a kyslík (O2), môžu difundovať cez plazmatickú membránu. Škrupina pôsobí ako bariéra pre určité molekuly a ióny, ktoré sa môžu koncentrovať na oboch stranách.
2. Transmembránový kanál a transportný proteín: Živiny ako glukóza alebo aminokyseliny musia vstúpiť do bunky a niektoré metabolické produkty musia odísť.
3. Endocytóza je proces, pri ktorom sa vychytávajú molekuly. V plazmatickej membráne vzniká mierna deformácia (invaginácia), pri ktorej dochádza k prehltnutiu transportovanej látky. Vyžaduje toenergie a je teda formou aktívneho transportu.
4. Exocytóza: vyskytuje sa v rôznych bunkách, aby sa odstránili nestrávené zvyšky látok prinesených endocytózou, aby sa vylúčili látky ako hormóny a enzýmy a látka sa úplne transportovala cez bunkovú bariéru.
Molekulárna štruktúra
Bunková membrána je biologická membrána, pozostávajúca najmä z fosfolipidov a oddeľujúca obsah celej bunky od vonkajšieho prostredia. Proces tvorby prebieha za normálnych podmienok spontánne. Aby sme pochopili tento proces a správne popísali štruktúru a funkcie bunkových membrán, ako aj vlastnosti, je potrebné posúdiť charakter fosfolipidových štruktúr, ktoré sa vyznačujú štrukturálnou polarizáciou. Keď fosfolipidy vo vodnom prostredí cytoplazmy dosiahnu kritickú koncentráciu, spoja sa do miciel, ktoré sú stabilnejšie vo vodnom prostredí.
Vlastnosti membrány
- Stabilita. To znamená, že po vytvorení membrány je nepravdepodobné, že by sa zrútila.
- Sila. Lipidová membrána je dostatočne spoľahlivá na to, aby zabránila prechodu polárnej látky, rozpustené látky (ióny, glukóza, aminokyseliny) ani oveľa väčšie molekuly (proteíny) nemôžu prejsť cez vytvorenú hranicu.
- Dynamický charakter. Toto je možno najdôležitejšia vlastnosť pri zvažovaní štruktúry bunky. Bunková membrána môžepodlieha rôznym deformáciám, dá sa zložiť a ohnúť bez toho, aby sa zrútil. Za zvláštnych okolností, ako je splynutie vezikúl alebo pučanie, sa môže zlomiť, ale len dočasne. Pri izbovej teplote sú jeho lipidové zložky v neustálom, chaotickom pohybe a tvoria stabilnú hranicu tekutiny.
Model tekutej mozaiky
Keď už hovoríme o štruktúre a funkciách bunkových membrán, je dôležité poznamenať, že v modernom pohľade na membránu ako na model tekutej mozaiky uvažovali v roku 1972 vedci Singer a Nicholson. Ich teória odráža tri hlavné črty membránovej štruktúry. Integrálne membránové proteíny poskytujú mozaikový templát pre membránu a sú schopné laterálneho pohybu v rovine v dôsledku variabilnej povahy organizácie lipidov. Transmembránové proteíny sú tiež potenciálne mobilné. Dôležitým znakom štruktúry membrány je jej asymetria. Aká je štruktúra bunky? Bunková membrána, jadro, proteíny atď. Bunka je základnou jednotkou života a všetky organizmy sa skladajú z jednej alebo viacerých buniek, pričom každá má prirodzenú bariéru, ktorá ju oddeľuje od prostredia. Tento vonkajší okraj bunky sa tiež nazýva plazmatická membrána. Skladá sa zo štyroch rôznych typov molekúl: fosfolipidov, cholesterolu, bielkovín a uhľohydrátov. Model tekutej mozaiky opisuje štruktúru bunkovej membrány nasledovne: pružná a elastická, konzistenciou podobná rastlinnému oleju, takžejednotlivé molekuly jednoducho plávajú v kvapalnom médiu a všetky sa môžu v tomto obale pohybovať do strán. Mozaika je niečo, čo obsahuje veľa rôznych detailov. V plazmatickej membráne ho predstavujú fosfolipidy, molekuly cholesterolu, bielkoviny a sacharidy.
Fosfolipidy
Fosfolipidy tvoria základnú štruktúru bunkovej membrány. Tieto molekuly majú dva odlišné konce: hlavu a chvost. Hlavný koniec obsahuje fosfátovú skupinu a je hydrofilný. To znamená, že je priťahovaný molekulami vody. Chvost sa skladá z atómov vodíka a uhlíka nazývaných reťazce mastných kyselín. Tieto reťazce sú hydrofóbne, neradi sa miešajú s molekulami vody. Tento proces je podobný tomu, čo sa stane, keď nalejete rastlinný olej do vody, to znamená, že sa v nej nerozpustí. Štrukturálne znaky bunkovej membrány sú spojené s takzvanou lipidovou dvojvrstvou, ktorá pozostáva z fosfolipidov. Hydrofilné fosfátové hlavice sú vždy umiestnené tam, kde je voda vo forme intracelulárnej a extracelulárnej tekutiny. Hydrofóbne konce fosfolipidov v membráne sú organizované tak, že ich chránia pred vodou.
Cholesterol, bielkoviny a sacharidy
Keď ľudia počujú slovo „cholesterol“, ľudia si zvyčajne myslia, že je to zlé. Cholesterol je však v skutočnosti veľmi dôležitou zložkou bunkových membrán. Jeho molekuly pozostávajú zo štyroch kruhov atómov vodíka a uhlíka. Sú hydrofóbne a vyskytujú sa medzi hydrofóbnymi chvostmi v lipidovej dvojvrstve. Ich dôležitosť spočíva vzachovávajú konzistenciu, spevňujú membrány a bránia kríženiu. Molekuly cholesterolu tiež zabraňujú tomu, aby sa fosfolipidové chvosty dostali do kontaktu a stvrdli. To zaručuje plynulosť a pružnosť. Membránové proteíny fungujú ako enzýmy na urýchlenie chemických reakcií, fungujú ako receptory pre špecifické molekuly alebo transportujú látky cez bunkovú membránu.
Sacharidy alebo sacharidy sa nachádzajú iba na extracelulárnej strane bunkovej membrány. Spolu tvoria glykokalyx. Poskytuje odpruženie a ochranu plazmatickej membrány. Na základe štruktúry a typu sacharidov v glykokalyxe dokáže telo rozpoznať bunky a určiť, či tam majú byť alebo nie.
Membránové proteíny
Štruktúru bunkovej membrány živočíšnej bunky si nemožno predstaviť bez takej významnej zložky, akou je bielkovina. Napriek tomu môžu mať výrazne nižšiu veľkosť ako iná dôležitá zložka - lipidy. Existujú tri hlavné membránové proteíny.
- Integrované. Úplne pokrývajú dvojvrstvu, cytoplazmu a extracelulárne prostredie. Vykonávajú transportnú a signalizačnú funkciu.
- Periférne. Proteíny sú pripojené k membráne elektrostatickými alebo vodíkovými väzbami na ich cytoplazmatických alebo extracelulárnych povrchoch. Sú zapojené predovšetkým ako prostriedok na pripojenie integrálnych proteínov.
- Transmembrána. Vykonávajú enzymatické a signalizačné funkcie a tiež modulujú základnú štruktúru lipidovej dvojvrstvy membrány.
Funkcie biologických membrán
Hydrofóbny efekt, ktorý reguluje správanie uhľovodíkov vo vode, riadi štruktúry tvorené membránovými lipidmi a membránovými proteínmi. Mnohé vlastnosti membránam dodávajú nosiče lipidových dvojvrstiev, ktoré tvoria základnú štruktúru všetkých biologických membrán. Integrálne membránové proteíny sú čiastočne skryté v lipidovej dvojvrstve. Transmembránové proteíny majú vo svojej primárnej sekvencii špecializovanú organizáciu aminokyselín.
Proteíny periférnej membrány sú veľmi podobné rozpustným, ale sú tiež viazané na membránu. Špecializované bunkové membrány majú špecializované bunkové funkcie. Ako štruktúra a funkcie bunkových membrán ovplyvňujú telo? Funkčnosť celého organizmu závisí od toho, ako sú usporiadané biologické membrány. Z intracelulárnych organel, extracelulárnych a medzibunkových interakcií membrán sa vytvárajú štruktúry potrebné na organizáciu a výkon biologických funkcií. Mnohé štrukturálne a funkčné znaky sú spoločné pre baktérie, eukaryotické bunky a obalené vírusy. Všetky biologické membrány sú postavené na lipidovej dvojvrstve, ktorá určuje prítomnosť množstva spoločných charakteristík. Membránové proteíny majú mnoho špecifických funkcií.
- Kontrola. Plazmové membrány buniek vymedzujú hranice interakcie bunky s prostredím.
- Doprava. Vnútrobunkové membrány buniek sú rozdelené do niekoľkých funkčných blokov s rôznymivnútorné zloženie, z ktorých každá je podporená nevyhnutnou transportnou funkciou v kombinácii s riadiacou priepustnosťou.
- Prenos signálu. Membránová fúzia poskytuje mechanizmus intracelulárnej vezikulárnej notifikácie a zabraňuje rôznym druhom vírusov voľne vstúpiť do bunky.
Význam a závery
Štruktúra vonkajšej bunkovej membrány ovplyvňuje celé telo. Hrá dôležitú úlohu pri ochrane integrity tým, že umožňuje preniknúť len vybraným látkam. Je tiež dobrým základom pre ukotvenie cytoskeletu a bunkovej steny, čo pomáha pri udržiavaní tvaru bunky. Lipidy tvoria asi 50 % hmoty membrány väčšiny buniek, aj keď sa to líši v závislosti od typu membrány. Štruktúra vonkajšej bunkovej membrány cicavcov je zložitejšia, obsahuje štyri hlavné fosfolipidy. Dôležitou vlastnosťou lipidových dvojvrstiev je, že sa správajú ako dvojrozmerná tekutina, v ktorej sa jednotlivé molekuly môžu voľne otáčať a pohybovať sa laterálne. Takáto tekutosť je dôležitou vlastnosťou membrán, ktorá sa určuje v závislosti od teploty a zloženia lipidov. Vzhľadom na štruktúru uhľovodíkového kruhu zohráva cholesterol úlohu pri určovaní tekutosti membrán. Selektívna permeabilita biologických membrán pre malé molekuly umožňuje bunke kontrolovať a udržiavať jej vnútornú štruktúru.
Vzhľadom na štruktúru bunky (bunková membrána, jadro atď.) môžeme konštatovať, žeže telo je samoregulačný systém, ktorý si bez vonkajšej pomoci nemôže ublížiť a vždy bude hľadať spôsoby, ako obnoviť, chrániť a správne fungovať každú bunku.
