Miből áll a sejtmembrán? Sejtmembrán: meghatározása, a membránok funkciói, fizikai tulajdonságai

táblázat 2. sz

1. kérdés (8)

Sejt membrán (vagy cytolemma, vagy plasmalemma, vagy plazmamembrán) elválasztja bármely sejt tartalmát a külső környezettől, biztosítva annak integritását; szabályozza a sejt és a környezet közötti cserét; Az intracelluláris membránok a sejtet speciális zárt rekeszekre osztják fel - kompartmentekre vagy organellumokra, amelyekben bizonyos környezeti feltételek fennmaradnak.

A sejt vagy a plazmamembrán funkciói

A membrán biztosítja:

1) A specifikus sejtfunkciók végrehajtásához szükséges molekulák és ionok szelektív behatolása a sejtbe és onnan;
2) Ionok szelektív transzportja a membránon keresztül, transzmembrán elektromos potenciálkülönbség fenntartása;
3) Az intercelluláris kontaktusok sajátosságai.

A membránban számos olyan receptor jelenléte miatt, amelyek érzékelik a kémiai jeleket - hormonok, mediátorok és egyéb biológiai hatóanyagok, képes megváltoztatni a sejt metabolikus aktivitását. A membránok a rajtuk lévő antigének jelenléte miatt biztosítják az immunmegnyilvánulások specifitását - olyan struktúrák, amelyek olyan antitestek képződését okozzák, amelyek specifikusan kötődnek ezekhez az antigénekhez.
A sejt magját és sejtszervecskéit is membránok választják el a citoplazmától, amelyek megakadályozzák a víz és a benne oldott anyagok szabad mozgását a citoplazmából beléjük és fordítva. Ez megteremti a feltételeket a sejten belüli különböző kompartmentekben végbemenő biokémiai folyamatok szétválásához.

A sejtmembrán szerkezete

Sejt membrán- rugalmas szerkezet, vastagság 7-11 nm (1.1. ábra). Főleg lipidekből és fehérjékből áll. Az összes lipid 40-90%-a foszfolipidek – foszfatidil-kolin, foszfatidil-etanol-amin, foszfatidil-szerin, szfingomielin és foszfatidil-inozitol. Fontos komponens A membránok glikolipidek, amelyeket cerebridek, szulfatidok, gangliozidok és koleszterin képviselnek.

A sejtmembrán alapvető szerkezete foszfolipid molekulák kettős rétege. A hidrofób kölcsönhatások miatt a lipidmolekulák szénhidrátláncai megnyúlt állapotban vannak egymás közelében. Mindkét réteg foszfolipid molekuláinak csoportjai kölcsönhatásba lépnek a lipidmembránba merült fehérjemolekulákkal. Tekintettel arra, hogy a kettős réteg lipid komponenseinek nagy része folyékony állapotban van, a membrán mozgékony és hullámszerű mozgásokat végez. Szakaszai, valamint a lipid kettős rétegbe merülő fehérjék egyik részről a másikra keverednek. A sejtmembránok mobilitása (fluiditása) megkönnyíti az anyagok membránon keresztüli szállítási folyamatait.

Sejtmembrán fehérjék főként glikoproteinek képviselik.

Megkülönböztetni

integrált fehérjék, a membrán teljes vastagságán áthatolva és

perifériás fehérjék, csak a membrán felületéhez, főként annak belső részéhez csatlakozik.

Perifériás fehérjék szinte mindegyik enzimként működik (acetilkolinészteráz, savas és lúgos foszfatázok stb.). Néhány enzimet azonban integrált fehérjék - ATPáz - is képviselnek.

Integrált fehérjék szelektív ioncserét biztosítanak a membráncsatornákon keresztül az extracelluláris és az intracelluláris folyadék között, és fehérjékként is működnek, amelyek nagy molekulákat szállítanak.

A membránreceptorok és antigének mind integrált, mind perifériás fehérjékkel reprezentálhatók.

A citoplazmatikus oldalról a membránnal szomszédos fehérjéket a következőképpen osztályozzuk: sejt citoszkeleton. Képesek kapcsolódni a membránfehérjékhez.

Így, fehérjesáv 3(sávszám a fehérje elektroforézis során) az eritrocita membránok együttese más citoszkeletális molekulákkal - spektrin a kis molekulatömegű ankyrin fehérjén keresztül

Spectrin egy fő citoszkeletális fehérje, amely egy kétdimenziós hálózatot alkot, amelyhez aktin kapcsolódik.

Actin mikrofilamentumokat képez, amelyek a citoszkeleton kontraktilis apparátusai.

Citoszkeleton lehetővé teszi a sejt számára, hogy rugalmas-elasztikus tulajdonságokat mutasson, és további szilárdságot biztosít a membránnak.

A legtöbb integrált fehérje glikoprotein. Szénhidrát részük a sejtmembránból kifelé nyúlik. Sok glikoprotein jelentős negatív töltéssel rendelkezik jelentős sziálsavtartalma miatt (például a glikoforin molekula). Ez a legtöbb sejt felületét negatív töltéssel látja el, ami segít a többi negatív töltésű objektum taszításában. A glikoproteinek szénhidrát nyúlványai a vércsoport antigének, a sejt egyéb antigéndeterminánsainak hordozói, valamint hormonokat megkötő receptorként működnek. A glikoproteinek adhezív molekulákat képeznek, amelyek hatására a sejtek egymáshoz kapcsolódnak, pl. szoros intercelluláris kapcsolatok.

Sejt- a szövetek és szervek önszabályozó szerkezeti és funkcionális egysége. A szervek és szövetek szerkezetének sejtelméletét Schleiden és Schwann dolgozta ki 1839-ben. Ezt követően elektronmikroszkóppal és ultracentrifugálással sikerült tisztázni az állati és növényi sejtek összes fő organellumának szerkezetét. 1).

Rizs. 1. Egy állati sejt felépítésének vázlata

A sejt fő részei a citoplazma és a sejtmag. Minden sejtet egy nagyon vékony membrán vesz körül, amely korlátozza a tartalmát.

A sejtmembrán az ún plazma membránés szelektív permeabilitás jellemzi. Ez a tulajdonság lehetővé teszi az alapvető tápanyagok és kémiai elemek behatolnak a sejtbe, és a felesleges termékek elhagyják azt. A plazmamembrán két lipidmolekula rétegből áll, amelyek specifikus fehérjéket tartalmaznak. A membrán fő lipidjei a foszfolipidek. Foszfort, egy poláris fejet és két nem poláris hosszú szénláncú zsírsav-farkot tartalmaznak. A membránlipidek közé tartozik a koleszterin és a koleszterin-észterek. A folyékony mozaik szerkezeti modellnek megfelelően a membránok fehérje- és lipidmolekulák zárványait tartalmazzák, amelyek a kettős réteghez képest keveredhetnek. Bármely állati sejt minden membrántípusának megvan a maga viszonylag állandó lipidösszetétele.

A membránfehérjék szerkezetük szerint két típusra oszthatók: integrált és perifériás. A perifériás fehérjék eltávolíthatók a membránról anélkül, hogy megsemmisítenék azt. A membránfehérjéknek négy típusa van: transzportfehérjék, enzimek, receptorok és szerkezeti fehérjék. Egyes membránfehérjék enzimatikus aktivitással rendelkeznek, mások megkötnek bizonyos anyagokat, és megkönnyítik a sejtbe való szállításukat. A fehérjék több útvonalat biztosítanak az anyagok membránokon keresztüli mozgásához: több fehérje alegységből álló nagy pórusokat képeznek, amelyek lehetővé teszik a vízmolekulák és ionok mozgását a sejtek között; bizonyos típusú ionok membránon keresztüli mozgására specializálódott ioncsatornákat képeznek, amikor bizonyos feltételek. A strukturális fehérjék a belső lipidréteghez kapcsolódnak, és a sejt citoszkeletonját biztosítják. A citoszkeleton biztosítja a sejtmembrán mechanikai szilárdságát. A különböző membránokban a fehérjék a tömeg 20-80%-át teszik ki. A membránfehérjék szabadon mozoghatnak az oldalsó síkban.

A membrán szénhidrátokat is tartalmaz, amelyek kovalensen kötődhetnek lipidekhez vagy fehérjékhez. A membrán szénhidrátjainak három típusa van: glikolipidek (gangliozidok), glikoproteinek és proteoglikánok. A legtöbb membránlipid folyékony halmazállapotú, és bizonyos folyékonysággal rendelkezik, pl. az egyik területről a másikra való mozgás képessége. A membrán külső oldalán receptorhelyek találhatók, amelyek különféle hormonokat kötnek meg. A membrán más specifikus területei nem tudnak felismerni és megkötni bizonyos fehérjéket és különféle biológiailag aktív vegyületeket, amelyek idegenek ezektől a sejtektől.

A sejt belső terét citoplazma tölti ki, amelyben a sejtmetabolizmus legtöbb enzimkatalizált reakciója játszódik le. A citoplazma két rétegből áll: a belső, az úgynevezett endoplazma és a perifériás, ektoplazma, amely nagy viszkozitású és szemcséktől mentes. A citoplazma egy sejt vagy organellum összes összetevőjét tartalmazza. A sejtszervecskék közül a legfontosabbak az endoplazmatikus retikulum, riboszómák, mitokondriumok, Golgi-apparátus, lizoszómák, mikrofilamentumok és mikrotubulusok, peroxiszómák.

Endoplazmatikus retikulumösszekapcsolt csatornák és üregek rendszere, amelyek áthatolnak a teljes citoplazmán. Biztosítja az anyagok szállítását a környezetből és a sejtek belsejéből. Az endoplazmatikus retikulum az intracelluláris Ca 2+ -ionok depójaként is szolgál, és a sejtben a lipidszintézis fő helyeként szolgál.

Riboszómák - 10-25 nm átmérőjű mikroszkopikus gömb alakú részecskék. A riboszómák szabadon helyezkednek el a citoplazmában, vagy az endoplazmatikus retikulum és a nukleáris membrán membránjainak külső felületéhez kapcsolódnak. Kölcsönhatásba lépnek a hírvivő és transzport RNS-sel, és fehérjeszintézis megy végbe bennük. Olyan fehérjéket szintetizálnak, amelyek belépnek a ciszternákba vagy a Golgi-készülékbe, majd kiszabadulnak. A citoplazmában szabadon elhelyezkedő riboszómák fehérjéket szintetizálnak, amelyeket maga a sejt használ fel, az endoplazmatikus retikulumhoz kapcsolódó riboszómák pedig fehérjét termelnek, amely kiválasztódik a sejtből. A riboszómák különféle funkcionális fehérjéket szintetizálnak: hordozófehérjéket, enzimeket, receptorokat, citoszkeletális fehérjéket.

Golgi készülék tubulusok, ciszternák és hólyagok rendszere alkotja. Az endoplazmatikus retikulummal kapcsolódik, és az ide bekerülő biológiailag aktív anyagok tömörített formában szekréciós vezikulákban raktározódnak. Ez utóbbiak folyamatosan elkülönülnek a Golgi-apparátustól, a sejtmembránra szállítják és összeolvadnak vele, a vezikulákban lévő anyagok pedig exocitózis útján távoznak a sejtből.

Lizoszómák - 0,25-0,8 mikron méretű membránnal körülvett részecskék. Számos enzimet tartalmaznak, amelyek részt vesznek a fehérjék, poliszacharidok, zsírok, nukleinsavak, baktériumok és sejtek lebontásában.

Peroxiszómák sima endoplazmatikus retikulumból képződnek, lizoszómákra hasonlítanak és olyan enzimeket tartalmaznak, amelyek a peroxidázok és katalázok hatására lebomló hidrogén-peroxid bomlását katalizálják.

Mitokondriumok külső és belső membránokat tartalmaznak, és a sejt „energia állomása”. A mitokondriumok kerek vagy hosszúkás szerkezetek kettős membránnal. A belső membrán a mitokondriumokba benyúló redőket képez - cristae. Megtörténik bennük az ATP szintézis, a Krebs-ciklus szubsztrátjainak oxidációja és számos biokémiai reakció. A mitokondriumokban termelődő ATP-molekulák a sejt minden részébe diffundálnak. A mitokondriumok kis mennyiségű DNS-t, RNS-t és riboszómákat tartalmaznak, és részvételükkel új mitokondriumok megújulása és szintézise következik be.

Mikrofilamentumok Vékony fehérjeszálak, amelyek miozinból és aktinból állnak, és a sejt kontraktilis apparátusát alkotják. A mikrofilamentumok részt vesznek a sejtmembrán redőinek vagy kiemelkedéseinek kialakításában, valamint a különböző struktúrák sejten belüli mozgásában.

Mikrotubulusok képezik a citoszkeleton alapját és biztosítják annak erejét. A citoszkeleton adja a sejtek jellemzőit kinézetés alakja, az intracelluláris organellumok és különböző testek rögzítésének helyeként szolgál. BAN BEN idegsejtek mikrotubuluskötegek vesznek részt az anyagok szállításában a sejttestből az axonok végei felé. Közreműködésükkel a mitotikus orsó a sejtosztódás során működik. Motoros elemek szerepét töltik be a bolyhokban, az eukariótákban pedig flagellákat.

Mag a sejt fő szerkezete, részt vesz az örökletes tulajdonságok átvitelében és a fehérjék szintézisében. A sejtmagot egy nukleáris membrán veszi körül, amely számos nukleáris pórust tartalmaz, amelyeken keresztül különféle anyagok cserélődnek a sejtmag és a citoplazma között. Egy mag van benne. Megállapították a nucleolus fontos szerepét a riboszómális RNS és a hiszton fehérjék szintézisében. A mag többi része kromatint tartalmaz, amely DNS-ből, RNS-ből és számos specifikus fehérjéből áll.

A sejtmembrán funkciói

A sejtmembránok döntő szerepet játszanak az intracelluláris és intercelluláris anyagcsere szabályozásában. Szelektív permeabilitással rendelkeznek. Speciális felépítésük lehetővé teszi akadályozó, szállítási és szabályozási funkciók ellátását.

Sorompó funkció abban nyilvánul meg, hogy korlátozza a vízben oldott vegyületek behatolását a membránon keresztül. A membrán áthatolhatatlan a nagy fehérjemolekulák és szerves anionok számára.

Szabályozó funkció A membránok feladata az intracelluláris anyagcsere szabályozása a kémiai, biológiai és mechanikai hatásokra válaszul. Különféle hatásokat érzékelnek a speciális membránreceptorok, az enzimaktivitás későbbi változásával.

Szállítási funkció a biológiai membránokon keresztül passzívan (diffúzió, szűrés, ozmózis) vagy aktív transzport segítségével is végrehajtható.

diffúzió - gáz vagy oldható anyag mozgása koncentráció és elektrokémiai gradiens mentén. A diffúzió sebessége a sejtmembrán áteresztőképességétől, valamint a töltetlen részecskék koncentráció-gradiensétől, a töltött részecskék elektromos és koncentráció-gradiensétől függ. Egyszerű diffúzió lipid kettős rétegen vagy csatornákon keresztül történik. A töltött részecskék elektrokémiai gradiens, a töltetlen részecskék pedig kémiai gradiens szerint mozognak. Például az oxigén, a szteroid hormonok, a karbamid, az alkohol stb. egyszerű diffúzióval áthatol a membrán lipidrétegén. Különféle ionok és részecskék mozognak a csatornákon. Az ioncsatornákat fehérjék alkotják, és kapuzott és nem kapuzott csatornákra oszthatók. A szelektivitástól függően megkülönböztetik az ion-szelektív kábeleket, amelyek csak egy iont engednek át, és azokat a csatornákat, amelyek nem rendelkeznek szelektivitással. A csatornákon nyílás és szelektív szűrő, a vezérelt csatornák pedig kapumechanizmussal rendelkeznek.

Könnyített diffúzió - olyan folyamat, amelyben az anyagokat speciális membrántranszportfehérjék segítségével szállítják át a membránon. Ily módon az aminosavak és a monoszacharidok behatolnak a sejtbe. Ez a fajta szállítás nagyon gyorsan megtörténik.

ozmózis - víz mozgása a membránon keresztül alacsonyabb ozmózisnyomású oldatból magasabb ozmotikus nyomású oldatba.

Aktiv szállitás - anyagok transzportja koncentrációgradiens ellenében transzport-ATPázok (ionpumpák) segítségével. Ez az átvitel energiafelhasználással történik.

BAN BEN nagyobb mértékben Na + /K + -, Ca 2+ - és H + -szivattyúkat vizsgáltunk. A szivattyúk a sejtmembránokon helyezkednek el.

Az aktív szállítás egyik fajtája endocitózisÉs exocitózis. Ezen mechanizmusok segítségével a csatornákon át nem szállítható nagyobb anyagok (fehérjék, poliszacharidok, nukleinsavak) szállítódnak. Ez a transzport gyakrabban fordul elő a bélhámsejtekben, a vesetubulusokban és a vaszkuláris endotéliumban.

Nál nél Az endocitózis során a sejtmembránok invaginációkat képeznek a sejtbe, amelyek felszabadulva vezikulákká alakulnak. Az exocitózis során a vezikulák tartalmukkal átkerülnek a sejtmembránba és összeolvadnak vele, és a vezikulák tartalma az extracelluláris környezetbe kerül.

A sejtmembrán felépítése és funkciói

Az élő sejtekben az elektromos potenciálok létezését biztosító folyamatok megértéséhez először meg kell értenie a sejtmembrán szerkezetét és tulajdonságait.

Jelenleg a legszélesebb körben elfogadott a membrán folyékony mozaik modellje, amelyet S. Singer és G. Nicholson javasolt 1972-ben. A membrán kettős foszfolipidek rétegén (kettős réteg) alapul, amelynek molekulájának hidrofób fragmentumai elmerülnek a membrán vastagságában, és a poláris hidrofil csoportok kifelé irányulnak, azok. a környező vízi környezetbe (2. ábra).

A membránfehérjék a membrán felszínén lokalizálódnak, vagy a hidrofób zónába különböző mélységekbe ágyazhatók be. Egyes fehérjék átfedik a membránt, és ugyanannak a fehérjének különböző hidrofil csoportjai találhatók a sejtmembrán mindkét oldalán. A plazmamembránban található fehérjék nagyon fontos szerepet töltenek be: részt vesznek az ioncsatornák kialakításában, a membránpumpák és a különféle anyagok transzportereinek szerepét töltik be, valamint receptor funkciót is elláthatnak.

A sejtmembrán fő funkciói: gát, transzport, szabályozó, katalitikus.

A barrier funkció a vízben oldódó vegyületek membránon keresztüli diffúziójának korlátozása, ami a sejtek idegen, mérgező anyagoktól való megvédéséhez és a sejteken belüli különböző anyagok viszonylag állandó tartalmának fenntartásához szükséges. Így a sejtmembrán 100 000-10 000 000-szer képes lelassítani a különféle anyagok diffúzióját.

Rizs. 2. A Singer-Nicholson membrán folyadék-mozaik modelljének háromdimenziós diagramja

Az ábrán lipid kettős rétegbe ágyazott globuláris integrált fehérjék láthatók. Egyes fehérjék ioncsatornák, mások (glikoproteinek) oligoszacharid oldalláncokat tartalmaznak, amelyek a sejtek egymás közötti felismerésében és az intercelluláris szövetekben vesznek részt. A koleszterinmolekulák szorosan szomszédosak a foszfolipidfejekkel, és rögzítik a „farok” szomszédos szakaszait. A foszfolipid molekula farkainak belső szakaszai mozgásukban nincsenek korlátozva, és felelősek a membrán folyékonyságáért (Bretscher, 1985).

A membrán csatornákat tartalmaz, amelyeken keresztül az ionok behatolnak. A csatornák lehetnek feszültségfüggőek vagy potenciálfüggetlenek. Feszültségfüggő csatornák nyitott, ha a potenciálkülönbség megváltozik, és potenciális független(hormonszabályozott) akkor nyílik meg, amikor a receptorok kölcsönhatásba lépnek az anyagokkal. A csatornák a kapuknak köszönhetően nyithatók vagy zárhatók. A membránba kétféle kapu van beépítve: aktiválás(a csatorna mélyén) és inaktiválás(a csatorna felületén). A kapu három állapotú lehet:

• nyitott állapot (mindkét típusú kapu nyitva van);
• zárt állapot (aktiváló kapu zárva);
• inaktivációs állapot (inaktivációs kapu zárva).

Egy másik jellemző tulajdonság A membránok a szervetlen ionok, tápanyagok, valamint különféle anyagcseretermékek szelektív átvitelének képessége. Léteznek az anyagok passzív és aktív átvitelének (szállításának) rendszerei. Passzív a transzport ioncsatornákon keresztül történik hordozófehérjék segítségével vagy anélkül, és annak hajtóerő az ionok elektrokémiai potenciáljának különbsége az intra- és extracelluláris tér között. Az ioncsatornák szelektivitását annak geometriai paraméterei és a kémiai természet a csatorna falát és száját bélelő csoportok.

Jelenleg a leginkább tanulmányozott csatornák azok, amelyek szelektíven permeábilisak a Na +, K +, Ca 2+ ionok és a víz számára is (ún. akvaporinok). Az ioncsatornák átmérője különböző vizsgálatok szerint 0,5-0,7 nm. A csatorna kapacitása változhat egy ioncsatornán másodpercenként 10 7 - 10 8 ion.

Aktív A transzport energiafelhasználással történik, és úgynevezett ionszivattyúk végzik. Az ionpumpák membránba ágyazott molekuláris fehérjeszerkezetek, amelyek az ionokat magasabb elektrokémiai potenciál felé szállítják.

A szivattyúk az ATP hidrolízis energiájával működnek. Jelenleg a Na+/K+ - ATPáz, Ca 2+ - ATPáz, H + - ATPáz, H + /K + - ATPáz, Mg 2+ - ATPáz, amelyek biztosítják a Na +, K +, Ca 2+ ionok mozgását, ill. , jól tanulmányozták, H+, Mg 2+ izolált vagy konjugált (Na+ és K+; H+ és K+). Az aktív transzport molekuláris mechanizmusa nem teljesen ismert.

A membránok rendkívül viszkózus és egyben plasztikus szerkezetek, amelyek minden élő sejtet körülvesznek. Funkciók sejtmembránok:

1. A plazmamembrán egy gát, amely fenntartja az extra- és intracelluláris környezet eltérő összetételét.

2. A membránok speciális rekeszeket képeznek a sejten belül, azaz. számos organellum - mitokondriumok, lizoszómák, Golgi komplexum, endoplazmatikus retikulum, nukleáris membránok.

3. Az olyan folyamatokban, mint az oxidatív foszforiláció és a fotoszintézis energiaátalakításában részt vevő enzimek a membránokban lokalizálódnak.

A membránok szerkezete és összetétele

A membrán alapja egy kettős lipidréteg, amelynek képződésében foszfolipidek és glikolipidek vesznek részt. A lipid kettős réteget két lipidsor alkotja, amelyek hidrofób gyökei befelé rejtőznek, a hidrofil csoportok pedig kifelé néznek és érintkeznek a vizes környezettel. A fehérjemolekulák mintegy „feloldódnak” a lipid kettős rétegben.

A membránlipidek szerkezete

A membránlipidek amfifil molekulák, mert a molekulának van egy hidrofil régiója (poláris fejek) és egy hidrofób régiója is, amelyet zsírsavak szénhidrogén-gyökei képviselnek, amelyek spontán módon kettős réteget alkotnak. A membránok három fő típusú lipidet tartalmaznak - foszfolipideket, glikolipideket és koleszterint.

A lipid összetétele eltérő. Egy adott lipid tartalmát nyilvánvalóan az ezeknek a lipideknek a membránokban betöltött sokféle funkciója határozza meg.

foszfolipidek. Minden foszfolipidet két csoportra lehet osztani - glicerofoszfolipidekre és szfingofoszfolipidekre. A glicerofoszfolipidek a foszfatidsav származékok közé tartoznak. A leggyakoribb glicerofoszfolipidek a foszfatidil-kolinok és a foszfatidil-etanol-aminok. A szfingofoszfolipidek a szfingozin aminoalkoholon alapulnak.

Glikolipidek. A glikolipidekben a hidrofób részt az alkohol-ceramid, a hidrofil részt pedig egy szénhidrátmaradék képviseli. A szénhidrát rész hosszától és szerkezetétől függően cerebrozidokat és gangliozidokat különböztetnek meg. A glikolipidek poláris „fejei” a külső felületen helyezkednek el plazmamembránok.

Koleszterin (CS). A CS jelen van az állati sejtek összes membránjában. Molekulája egy merev hidrofób magból és egy rugalmas szénhidrogénláncból áll. Az egyetlen hidroxilcsoport a 3-as helyzetben a „poláris fej”. Egy állati sejt esetében a koleszterin/foszfolipidek átlagos mólaránya 0,3-0,4, de a plazmamembránban ez az arány jóval magasabb (0,8-0,9). A koleszterin jelenléte a membránokban csökkenti a zsírsavak mobilitását, csökkenti a lipidek laterális diffúzióját, ezért befolyásolhatja a membránfehérjék működését.

A membrán tulajdonságai:

1. Szelektív permeabilitás. A zárt kettős réteg biztosítja a membrán egyik fő tulajdonságát: átjárhatatlan a legtöbb vízoldható molekula számára, mivel nem oldódnak fel a hidrofób magjában. Az olyan gázok, mint az oxigén, a CO 2 és a nitrogén, könnyen behatolnak a sejtbe a molekulák kis mérete és az oldószerekkel való gyenge kölcsönhatás miatt. A lipid természetű molekulák, például a szteroid hormonok is könnyen behatolnak a kettős rétegbe.

2. Likviditás. A membránokat a likviditás (fluiditás), a lipidek és fehérjék mozgási képessége jellemzi. Kétféle foszfolipid mozgás lehetséges: bukfenc (be tudományos irodalom„flip-flop”) és az oldalirányú diffúzió. Az első esetben a bimolekuláris rétegben egymással szemben álló foszfolipid molekulák egymás felé fordulnak (vagy bukfenceznek), és helyet cserélnek a membránban, i.e. a külső belsővé válik és fordítva. Az ilyen ugrások az energiafogyasztáshoz kapcsolódnak. Gyakrabban megfigyelhető a tengely körüli forgások (forgás) és az oldalirányú diffúzió - a rétegen belüli mozgás a membrán felületével párhuzamosan. A molekulák mozgási sebessége a membránok mikroviszkozitásától függ, amit viszont a lipidösszetételben lévő telített és telítetlen zsírsavak relatív tartalma határoz meg. A mikroviszkozitás kisebb, ha a telítetlen zsírsavak dominálnak a lipidösszetételben, és nagyobb, ha magas a telített zsírsavtartalom.

3. Membrán aszimmetria. Ugyanazon membrán felületei különböznek a lipidek, fehérjék és szénhidrátok összetételében (transzverzális aszimmetria). Például a foszfatidil-kolinok túlsúlyban vannak a külső rétegben, és a foszfatidil-etanol-aminok és a foszfatidil-szerinek a belső rétegben. A glikoproteinek és glikolipidek szénhidrát komponensei a külső felületre kerülnek, és egy folytonos szerkezetet alkotnak, amelyet glikokalixnak neveznek. A belső felületen nincsenek szénhidrátok. A fehérjék - hormonreceptorok a plazmamembrán külső felületén, az általuk szabályozott enzimek - adenilát-cikláz, foszfolipáz C - pedig a belső felületen, stb.

Membránfehérjék

A membránfoszfolipidek a membránfehérjék oldószereként működnek, és olyan mikrokörnyezetet hoznak létre, amelyben az utóbbiak működhetnek. A fehérjék a membránok tömegének 30-70%-át teszik ki. A különböző fehérjék száma a membránban a szarkoplazmatikus retikulumban lévő 6-8-tól a plazmamembránban található több mint 100-ig terjed. Ezek enzimek, transzportfehérjék, szerkezeti fehérjék, antigének, beleértve a fő hisztokompatibilitási rendszer antigénjeit, különböző molekulák receptorai.

A membránban való elhelyezkedésük alapján a fehérjéket integrált (részben vagy teljesen a membránba merülve) és perifériás (a felületén található) fehérjékre osztják. Egyes integrált fehérjék egyszer (glikoforin), mások sokszor átjutnak a membránon. Például a retina fotoreceptor és a β 2 -adrenerg receptor 7-szer keresztezi a kettős réteget.

A perifériás fehérjék és az integrált fehérjék doménjei, amelyek minden membrán külső felületén találhatók, szinte mindig glikoziláltak. Az oligoszacharid-maradékok megvédik a fehérjét a proteolízistől, és részt vesznek a ligandum felismerésében vagy adhéziójában is.

text_fields

text_fields

nyíl_felfelé

A sejteket sejt- vagy plazmamembrán választja el a test belső környezetétől.

A membrán biztosítja:

1) A specifikus sejtfunkciók végrehajtásához szükséges molekulák és ionok szelektív behatolása a sejtbe és onnan;
2) Ionok szelektív transzportja a membránon keresztül, transzmembrán elektromos potenciálkülönbség fenntartása;
3) Az intercelluláris kontaktusok sajátosságai.

A membránban található számos receptor – hormonok, mediátorok és más biológiailag aktív anyagok – jelenléte miatt, amelyek érzékelik a kémiai jeleket, képes megváltoztatni a sejt metabolikus aktivitását. A membránok a rajtuk lévő antigének jelenléte miatt biztosítják az immunmegnyilvánulások specifitását - olyan struktúrák, amelyek olyan antitestek képződését okozzák, amelyek specifikusan kötődnek ezekhez az antigénekhez.
A sejt magját és sejtszervecskéit is membránok választják el a citoplazmától, amelyek megakadályozzák a víz és a benne oldott anyagok szabad mozgását a citoplazmából beléjük és fordítva. Ez megteremti a feltételeket a sejten belüli különböző kompartmentekben végbemenő biokémiai folyamatok szétválásához.

A sejtmembrán szerkezete

text_fields

text_fields

nyíl_felfelé

A sejtmembrán rugalmas szerkezet, vastagsága 7-11 nm (1.1. ábra). Főleg lipidekből és fehérjékből áll. Az összes lipid 40-90%-a foszfolipidek – foszfatidil-kolin, foszfatidil-etanol-amin, foszfatidil-szerin, szfingomielin és foszfatidil-inozitol. A membrán fontos alkotóelemei a glikolipidek, amelyeket cerebrozidok, szulfatidok, gangliozidok és koleszterin képviselnek.

Rizs. 1.1 A membrán felépítése.

A sejtmembrán alapvető szerkezete foszfolipid molekulák kettős rétege. A hidrofób kölcsönhatások miatt a lipidmolekulák szénhidrátláncai megnyúlt állapotban vannak egymás közelében. Mindkét réteg foszfolipid molekuláinak csoportjai kölcsönhatásba lépnek a lipidmembránba merült fehérjemolekulákkal. Tekintettel arra, hogy a kettős réteg lipid komponenseinek nagy része folyékony állapotban van, a membrán mozgékony és hullámszerű mozgásokat végez. Szakaszai, valamint a lipid kettős rétegbe merülő fehérjék egyik részről a másikra keverednek. A sejtmembránok mobilitása (fluiditása) megkönnyíti az anyagok membránon keresztüli szállítási folyamatait.

Sejtmembrán fehérjék főként glikoproteinek képviselik. Vannak:

integrált fehérjék, a membrán teljes vastagságán áthatolva és
perifériás fehérjék, csak a membrán felületéhez, főként annak belső részéhez csatlakozik.

Perifériás fehérjék szinte mindegyik enzimként működik (acetilkolinészteráz, savas és selyemfoszfatázok stb.). Néhány enzimet azonban integrált fehérjék - ATPáz - is képviselnek.

Integrált fehérjék szelektív ioncserét biztosítanak a membráncsatornákon keresztül az extracelluláris és az intracelluláris folyadék között, és fehérjékként is működnek, amelyek nagy molekulákat szállítanak.

A membránreceptorok és antigének mind integrált, mind perifériás fehérjékkel reprezentálhatók.

A citoplazmatikus oldalról a membránnal szomszédos fehérjéket a következőképpen osztályozzuk: sejt citoszkeleton . Képesek kapcsolódni a membránfehérjékhez.

Így, fehérjesáv 3 (sávszám a fehérje elektroforézis során) a vörösvértest membránok együttesét más citoszkeletális molekulákkal - spektrinnel a kis molekulatömegű fehérjén keresztül, az ankyrin (1.2. ábra).

Spectrin egy fő citoszkeletális fehérje, amely egy kétdimenziós hálózatot alkot, amelyhez aktin kapcsolódik.

Actin mikrofilamentumokat képez, amelyek a citoszkeleton kontraktilis apparátusai.

Citoszkeleton lehetővé teszi a sejt számára, hogy rugalmas-elasztikus tulajdonságokat mutasson, és további szilárdságot biztosít a membránnak.

A legtöbb integrált fehérje glikoprotein. Szénhidrát részük a sejtmembránból kifelé nyúlik. Sok glikoprotein jelentős negatív töltéssel rendelkezik jelentős sziálsavtartalma miatt (például a glikoforin molekula). Ez a legtöbb sejt felületét negatív töltéssel látja el, ami segít a többi negatív töltésű objektum taszításában. A glikoproteinek szénhidrát nyúlványai a vércsoport antigének, a sejt egyéb antigéndeterminánsainak hordozói, valamint hormonokat megkötő receptorként működnek. A glikoproteinek adhezív molekulákat képeznek, amelyek hatására a sejtek egymáshoz kapcsolódnak, pl. szoros intercelluláris kapcsolatok.

Az anyagcsere jellemzői a membránban

text_fields

text_fields

nyíl_felfelé

A membránkomponensek számos metabolikus átalakulásnak vannak kitéve a membránjukon vagy azon belül található enzimek hatására. Ezek közé tartoznak az oxidatív enzimek, amelyek fontos szerepet játszanak a membránok hidrofób elemeinek - koleszterin stb. - módosításában. A membránokban az enzimek - foszfolipázok - aktiválásakor az arachidonsavból biológiailag aktív vegyületek - prosztaglandinok és származékaik - keletkeznek. A foszfolipid metabolizmus aktiválása következtében a membránban tromboxánok és leukotriének képződnek, amelyek erőteljesen befolyásolják a vérlemezkék adhézióját, a gyulladásos folyamatokat stb.

A membránban folyamatosan zajlanak az összetevőinek megújulási folyamatai . Így a membránfehérjék élettartama 2-5 nap. A sejtben azonban léteznek olyan mechanizmusok, amelyek biztosítják az újonnan szintetizált fehérjemolekulák membránreceptorokhoz való eljuttatását, amelyek megkönnyítik a fehérje beépülését a membránba. Ennek a receptornak az újonnan szintetizált fehérje általi „felismerését” egy szignálpeptid képződése segíti elő, amely segít megtalálni a receptort a membránon.

A membránlipidekre is jellemző a jelentős cserearány, amihez nagy mennyiségű zsírsavra van szükség ezen membránkomponensek szintéziséhez.
A sejtmembránok lipidösszetételének sajátosságait az emberi környezet változásai és étrendjének jellege befolyásolja.

Például a telítetlen kötésekkel rendelkező étrendi zsírsavak növekedése növeli a lipidek folyékony állapotát a különböző szövetek sejtmembránjaiban, ami a foszfolipidek és a szfingomielinek, valamint a lipidek és a fehérjék arányának kedvező változásához vezet a sejtmembrán működéséhez.

A membránokban lévő felesleges koleszterin éppen ellenkezőleg, növeli a foszfolipid molekulák kettős rétegének mikroviszkozitását, csökkentve bizonyos anyagok diffúziós sebességét a sejtmembránokon keresztül.

Az A-, E-, C-, P-vitaminnal dúsított élelmiszer javítja a lipid anyagcserét a vörösvértest-membránokban és csökkenti a membrán mikroviszkozitását. Ez növeli a vörösvértestek deformálhatóságát és megkönnyíti szállítási funkciójukat (6. fejezet).

Zsírsav- és koleszterinhiány az élelmiszerekben megzavarja a sejtmembránok lipidösszetételét és funkcióit.

Például a zsírhiány megzavarja a neutrofil membrán funkcióit, ami gátolja mozgási képességüket és fagocitózisukat (mikroszkópos méretű idegen tárgyak és részecskék egysejtű szervezetek vagy egyes sejtek aktív befogását és felszívódását).

A membránok lipidösszetételének és permeabilitásának szabályozásában, a sejtproliferáció szabályozásában fontos szerepet játszanak a sejtben normálisan lezajló anyagcsere-reakciókkal (mikroszómális oxidáció stb.) együtt képződő reaktív oxigénfajták.

Reaktív oxigénfajták keletkeznek- a szuperoxid gyök (O 2), a hidrogén-peroxid (H 2 O 2) stb. rendkívül reaktív anyagok. A szabad gyökös oxidációs reakciókban fő szubsztrátumuk a telítetlen zsírsavak, amelyek a sejtmembránok foszfolipidjei részét képezik (úgynevezett lipid-peroxidációs reakciók). Ezeknek a reakcióknak a felerősödése károsíthatja a sejtmembránt, annak gátját, receptorait és metabolikus funkcióit, a nukleinsavmolekulák és fehérjék módosulását, ami mutációkhoz és enzimek inaktiválásához vezet.

Fiziológiás körülmények között a lipidperoxidáció felerősödését a sejtek antioxidáns rendszere szabályozza, amelyet a reaktív oxigénfajtákat inaktiváló enzimek képviselnek - szuperoxid-diszmutáz, kataláz, peroxidáz és antioxidáns hatású anyagok - tokoferol (E-vitamin), ubikinon stb. kifejezett sejtmembránvédő hatás (citoprotektív hatás), különböző szervezetkárosító hatással, a prosztaglandinok E és J2 „kioltják” a szabad gyökök oxidációjának aktiválását. A prosztaglandinok megvédik a gyomornyálkahártyát és a májsejteket a kémiai károsodástól, a neuronokat, a neuroglia sejteket, a szívizomsejteket - a hipoxiás károsodástól, a vázizmokat - nehéz fizikai megterhelés esetén. A prosztaglandinok a sejtmembránokon lévő specifikus receptorokhoz kötődve stabilizálják az utóbbi kettősrétegét, és csökkentik a foszfolipidek membránok általi elvesztését.

A membránreceptorok funkciói

text_fields

text_fields

nyíl_felfelé

A kémiai vagy mechanikai jeleket először a sejtmembrán receptorok érzékelik. Ennek következménye a membránfehérjék kémiai módosulása, ami a „másodlagos hírvivők” aktiválásához vezet, amelyek biztosítják a jel gyors terjedését a sejtben a genomba, enzimekbe, kontraktilis elemekbe stb.

A sejten belüli transzmembrán jelátvitel sematikusan a következőképpen ábrázolható:

1) A kapott jel által gerjesztett receptor aktiválja a sejtmembrán γ-fehérjéit. Ez akkor fordul elő, amikor megkötik a guanozin-trifoszfátot (GTP).

2) A GTP-γ-protein komplex kölcsönhatása viszont aktiválja az enzimet - a másodlagos hírvivők prekurzorát, amely a membrán belső oldalán található.

Az egyik második hírvivő, az ATP-ből képződő cAMP prekurzora az adenilát-cikláz enzim;
Más másodlagos hírvivők - az inozit-trifoszfát és a membrán-foszfatidil-inozitol-4,5-difoszfátból képződő diacil-glicerin - prekurzora a foszfolipáz C enzim. Ezenkívül az inozitol-trifoszfát egy másik másodlagos hírvivőt is mobilizál a sejtben - a kalciumionokat, amelyek szinte részt vesznek minden szabályozó folyamat a sejtben. Például a keletkező inozitol-trifoszfát kalcium felszabadulását okozza az endoplazmatikus retikulumból, és növeli koncentrációját a citoplazmában, ezáltal beindítja a sejtválasz különféle formáit. Az inozitol-trifoszfát és diacilglicerin segítségével a hasnyálmirigy simaizmainak és B-sejtjeinek működését az acetilkolin, az agyalapi mirigy elülső lebenyét a tirotropint felszabadító faktor, a limfociták antigénre adott válaszát stb.
Egyes sejtekben a második hírvivő szerepét a cGMP tölti be, amely a guanilát-cikláz enzim segítségével GTP-ből képződik. Például a nátriuretikus hormon második hírvivőjeként szolgál az erek falának simaizomzatában. A cAMP számos hormon – adrenalin, eritropoetin stb. – másodlagos hírvivőjeként szolgál (3. fejezet).

A Földön élő organizmusok túlnyomó többsége olyan sejtekből áll, amelyek kémiai összetételükben, szerkezetükben és életfunkcióikban nagymértékben hasonlóak. Az anyagcsere és az energiaátalakítás minden sejtben megtörténik. A sejtosztódás az élőlények növekedési és szaporodási folyamatainak hátterében áll. Így a sejt az organizmusok szerkezetének, fejlődésének és szaporodásának egysége.

Egy sejt csak integrált, részekre oszthatatlan rendszerként létezhet. A sejtek integritását biológiai membránok biztosítják. A sejt egy magasabb rendű rendszer – egy organizmus – eleme. A komplex molekulákból álló sejtrészek és organellumok alacsonyabb rangú integrált rendszereket képviselnek.

A sejt egy nyitott rendszer, amely anyag- és energiacserén keresztül kapcsolódik a környezethez. Ez funkcionális rendszer, amelyben minden molekula teljesít bizonyos funkciókat. A sejtnek van stabilitása, önszabályozási és önreprodukciós képessége.

A sejt öntörvényű rendszer. A sejt irányító genetikai rendszerét összetett makromolekulák - nukleinsavak (DNS és RNS) képviselik.

1838-1839-ben M. Schleiden és T. Schwann német biológusok összefoglalták a sejttel kapcsolatos ismereteket, és megfogalmazták a sejtelmélet fő álláspontját, melynek lényege, hogy minden élőlény, növényi és állati egyaránt sejtekből áll.

1859-ben R. Virchow leírta a sejtosztódás folyamatát, és megfogalmazta a sejtelmélet egyik legfontosabb rendelkezését: „Minden sejt egy másik sejtből származik”. Az új sejtek az anyasejt osztódása következtében jönnek létre, nem pedig nem sejtes anyagból, ahogy korábban gondolták.

K. Baer orosz tudós 1826-os felfedezése emlőspetéket vezetett arra a következtetésre, hogy a sejt áll a többsejtű szervezetek fejlődésének hátterében.

A modern sejtelmélet a következő rendelkezéseket tartalmazza:

1) sejt - az összes szervezet szerkezetének és fejlődésének egysége;

2) az élő természet különböző birodalmaiból származó szervezetek sejtjei szerkezetükben, kémiai összetételükben, anyagcseréjükben és az élettevékenység alapvető megnyilvánulásaiban hasonlóak;

3) az anyasejt osztódása következtében új sejtek képződnek;

4) egy többsejtű szervezetben a sejtek szöveteket alkotnak;

5) a szervek szövetekből állnak.

A biológiába való bevezetéssel a modern biológiai, fizikai és kémiai módszerek A kutatások lehetővé tették a különböző sejtösszetevők szerkezetének és működésének tanulmányozását. A sejtek tanulmányozásának egyik módszere az mikroszkópia. A modern fénymikroszkóp 3000-szeres nagyítást tesz lehetővé, és lehetővé teszi a legnagyobb sejtszervecskék megtekintését, a citoplazma mozgásának megfigyelését és a sejtosztódást.

A 40-es években találták fel. XX század Az elektronmikroszkóp tíz- és százezerszeres nagyítást ad. Az elektronmikroszkóp fény helyett elektronfolyamot, lencsék helyett elektromágneses mezőt használ. Ezért az elektronmikroszkóp jóval nagyobb nagyítással tiszta képeket készít. Egy ilyen mikroszkóp segítségével lehetőség nyílt a sejtszervecskék szerkezetének tanulmányozására.

A módszerrel a sejtszervecskék szerkezetét és összetételét tanulmányozzuk centrifugálás. Az elpusztult sejtmembránokkal feldarabolt szöveteket kémcsövekbe helyezzük, és centrifugában nagy sebességgel forgatjuk. A módszer azon alapul, hogy a különböző sejtorganoidok tömege és sűrűsége eltérő. A sűrűbb organellumokat alacsony centrifugálási sebességgel, a kevésbé sűrűeket - nagy sebességgel - kémcsőben rakják le. Ezeket a rétegeket külön tanulmányozzuk.

Széleskörben használt sejt- és szövettenyésztési módszer, ami abból áll, hogy egy vagy több sejtből egy speciális táptalajon azonos típusú állati vagy növényi sejtek egy csoportját nyerhetjük ki, és akár egy egész növényt is nevelhetünk. Ezzel a módszerrel választ kaphat arra a kérdésre, hogy hogyan alakulnak ki a test különböző szövetei és szervei egy sejtből.

A sejtelmélet alapelveit először M. Schleiden és T. Schwann fogalmazta meg. A sejt az összes élő szervezet szerkezetének, létfontosságú tevékenységének, szaporodásának és fejlődésének egysége. A sejtek tanulmányozására mikroszkópos módszereket, centrifugálást, sejt- és szövettenyésztést stb. alkalmaznak.

A gombák, növények és állatok sejtjei nemcsak kémiai összetételükben, hanem szerkezetükben is sok közös vonást mutatnak. Egy sejt mikroszkóp alatti vizsgálatakor azt mutatja különféle szerkezetek - organoidok. Mindegyik organellum meghatározott funkciókat lát el. A sejtnek három fő része van: a plazmamembrán, a sejtmag és a citoplazma (1. ábra).

Plazma membrán elválasztja a sejtet és annak tartalmát a környezettől. A 2. ábrán látható: a membránt két lipidréteg alkotja, és a fehérjemolekulák behatolnak a membrán vastagságába.

A plazmamembrán fő funkciója szállítás. Biztosítja a tápanyagok beáramlását a sejtbe és az anyagcseretermékek eltávolítását onnan.

A membrán fontos tulajdonsága az szelektív permeabilitás, vagy félig áteresztő képesség, lehetővé teszi a sejt számára, hogy kölcsönhatásba léphessen a környezettel: csak bizonyos anyagok jutnak be és távoznak belőle. A kis vízmolekulák és néhány más anyag diffúzió útján, részben a membrán pórusain keresztül hatol be a sejtbe.

A cukrok, szerves savak és sók a citoplazmában, a növényi sejt vakuólumainak sejtnedvében oldódnak fel. Ráadásul koncentrációjuk a sejtben lényegesen magasabb, mint a sejtben környezet. Minél nagyobb ezeknek az anyagoknak a koncentrációja a sejtben, annál több vizet vesz fel. Ismeretes, hogy a sejt folyamatosan vizet fogyaszt, aminek következtében a sejtnedv koncentrációja megnő, és a víz ismét bejut a sejtbe.

A nagyobb molekulák (glükóz, aminosavak) sejtbe jutását membrántranszport fehérjék biztosítják, amelyek a szállított anyagok molekuláival egyesülve a membránon keresztül szállítják azokat. Ez a folyamat olyan enzimeket foglal magában, amelyek lebontják az ATP-t.

1. ábra Egy eukarióta sejt szerkezetének általánosított diagramja.
(a kép nagyításához kattintson a képre)

2. ábra A plazmamembrán szerkezete.
1 - átszúró fehérjék, 2 - merülő fehérjék, 3 - külső fehérjék

3. ábra Pinocytosis és fagocitózis diagramja.

Még nagyobb fehérje- és poliszacharidmolekulák is bejutnak a sejtbe fagocitózissal (görögül. fagoszok- zabálás és kitos- edény, sejt) és folyadékcseppek - pinocitózissal (görögül. pinot- Iszok és kitos) (3. ábra).

Az állati sejteket a növényi sejtekkel ellentétben puha és rugalmas „köpeny” veszi körül, amelyet főleg poliszacharid molekulák alkotnak, amelyek egyes membránfehérjékhez és lipidekhez kapcsolódva kívülről veszik körül a sejtet. A poliszacharidok összetétele a különböző szövetekre jellemző, ennek köszönhetően a sejtek „felismerik” egymást és kapcsolódnak egymáshoz.

A növényi sejteknek nincs ilyen „bundája”. Egy pórusos plazmamembrán van felettük. sejt membrán, amely túlnyomórészt cellulózból áll. A pórusokon keresztül citoplazmaszálak húzódnak sejtről sejtre, összekötve a sejteket egymással. Így valósul meg a sejtek közötti kommunikáció és a test integritása.

A növények sejtmembránja az erős váz szerepét tölti be, és megvédi a sejtet a károsodástól.

A legtöbb baktériumnak és minden gombának csak sejtfala van kémiai összetétel a másikat. A gombákban kitinszerű anyagból áll.

A gombák, növények és állatok sejtjei hasonló szerkezetűek. A sejt három fő részből áll: a sejtmagból, a citoplazmából és a plazmamembránból. A plazmamembrán lipidekből és fehérjékből áll. Biztosítja az anyagok sejtbe jutását és a sejtből való kijutását. A növények, gombák és a legtöbb baktérium sejtjeiben a plazmamembrán felett sejtmembrán található. Védő funkciót lát el és csontváz szerepét tölti be. A növények sejtfala cellulózból, a gombákban kitinszerű anyagból áll. Az állati sejteket poliszacharidok borítják, amelyek érintkezést biztosítanak az azonos szövet sejtjei között.

Tudja-e, hogy a sejt fő része az citoplazma. Vízből, aminosavakból, fehérjékből, szénhidrátokból, ATP-ből és szervetlen anyagok ionjaiból áll. A citoplazma tartalmazza a sejt magját és sejtszervecskéit. Ebben az anyagok a sejt egyik részéből a másikba mozognak. A citoplazma biztosítja az összes organellum kölcsönhatását. Itt kémiai reakciók mennek végbe.

Az egész citoplazmát vékony fehérje mikrotubulusok hatják át, amelyek kialakulnak sejt citoszkeleton, aminek köszönhetően állandó formát tart. A sejt citoszkeletonja rugalmas, mivel a mikrotubulusok képesek megváltoztatni helyzetüket, az egyik végükről elmozdulni, a másik végéről lerövidülni. Különféle anyagok jutnak be a sejtbe. Mi történik velük a ketrecben?

A lizoszómákban – kis kerek membránvezikulákban (lásd 1. ábra) az összetett szerves anyagok molekulái hidrolitikus enzimek segítségével egyszerűbb molekulákká bomlanak le. Például a fehérjéket aminosavakra, a poliszacharidokat monoszacharidokra, a zsírokat glicirinre és zsírsavakra bontják. Ehhez a funkcióhoz a lizoszómákat gyakran a sejt „emésztő állomásainak” nevezik.

Ha a lizoszómák membránja megsemmisül, a bennük lévő enzimek magát a sejtet is meg tudják emészteni. Ezért a lizoszómákat néha „sejtölő fegyvereknek” is nevezik.

A lizoszómákban képződő aminosavak, monoszacharidok, zsírsavak és alkoholok kis molekuláinak enzimatikus oxidációja szén-dioxiddá és vízzé a citoplazmában kezdődik és más organellumokban végződik. mitokondriumok. A mitokondriumok rúd alakú, fonalszerű vagy gömb alakú organellumok, amelyeket két membrán határol el a citoplazmától (4. ábra). A külső membrán sima, a belső pedig redőket képez - cristas, amelyek növelik a felületét. A belső membrán olyan enzimeket tartalmaz, amelyek részt vesznek a szerves anyagok szén-dioxiddá és vízzé történő oxidációjában. Ez energiát szabadít fel, amelyet a sejt ATP-molekulákban tárol. Ezért a mitokondriumokat a sejt „erőműveinek” nevezik.

A sejtben a szerves anyagok nemcsak oxidálódnak, hanem szintetizálódnak is. A lipidek és szénhidrátok szintézise az endoplazmatikus retikulumon - EPS (5. ábra), a fehérjék - a riboszómákon történik. Mi az EPS? Ez egy tubulusok és ciszternák rendszere, amelyek falát egy membrán alkotja. Átjárják az egész citoplazmát. Az anyagok az ER csatornákon keresztül a sejt különböző részeibe mozognak.

Sima és durva EPS van. A sima ER felületén enzimek részvételével szénhidrátok és lipidek szintetizálódnak. Az ER érdességét a rajta elhelyezett kis kerek testek adják - riboszómák(lásd 1. ábra), amelyek részt vesznek a fehérjeszintézisben.

A szerves anyagok szintézise is megtörténik plasztidok, amelyek csak a növényi sejtekben találhatók meg.

Rizs. 4. A mitokondriumok szerkezetének vázlata.
1.- külső membrán; 2.- belső membrán; 3.- belső membrán redői - cristae.

Rizs. 5. A durva EPS szerkezetének vázlata.

Rizs. 6. A kloroplaszt szerkezetének diagramja.
1.- külső membrán; 2.- belső membrán; 3.- a kloroplaszt belső tartalma; 4.- a belső membrán redői, „halmokba” gyűlve, és gránát képeznek.

Színtelen plasztidokban - leukoplasztok(görögből leukos- fehér és plastos- létrehozott) keményítő halmozódik fel. A burgonyagumó nagyon gazdag leukoplasztokban. A gyümölcsök és virágok sárga, narancssárga és piros színt kapnak. kromoplasztok(görögből króm- szín és plastos). A fotoszintézisben részt vevő pigmenteket szintetizálják - karotinoidok. A növények életében különösen fontos kloroplasztiszok(görögből klóros- zöldes és plastos) - zöld plasztidok. A 6. ábrán látható, hogy a kloroplasztokat két membrán borítja: egy külső és egy belső. A belső membrán redőket képez; a hajtások között buborékok vannak halomba rendezve - gabonafélék. A gránák klorofill molekulákat tartalmaznak, amelyek részt vesznek a fotoszintézisben. Minden kloroplaszt körülbelül 50 szemcsét tartalmaz sakktábla-mintázatban. Ez az elrendezés biztosítja az egyes arcok maximális megvilágítását.

A citoplazmában a fehérjék, lipidek és szénhidrátok felhalmozódhatnak szemcsék, kristályok és cseppek formájában. Ezek befogadás- tartalék tápanyagok, amelyeket szükség szerint fogyaszt el a sejt.

A növényi sejtekben a tartalék tápanyagok egy része, valamint a bomlástermékek a vakuolák sejtnedvében halmozódnak fel (lásd 1. ábra). A növényi sejt térfogatának akár 90%-át is kiadhatják. Az állati sejtekben ideiglenes vakuolák vannak, amelyek térfogatuk legfeljebb 5% -át foglalják el.

Rizs. 7. A Golgi-komplexum felépítésének vázlata.

A 7. ábrán egy membránnal körülvett üregrendszer látható. Ez Golgi komplexus, amely a sejtben különféle funkciókat lát el: részt vesz az anyagok felhalmozódásában és szállításában, azok sejtből való eltávolításában, a lizoszómák és a sejtmembrán kialakításában. Például a Golgi komplex üregébe cellulózmolekulák lépnek be, amelyek vezikulák segítségével a sejtfelszínre költöznek és bekerülnek a sejtmembránba.

A legtöbb sejt osztódással szaporodik. Részvétel ebben a folyamatban sejtközpont. Két centriolból áll, amelyeket sűrű citoplazma vesz körül (lásd 1. ábra). Az osztódás kezdetén a centriolák a sejt pólusai felé mozognak. Fehérjeszálak áradnak ki belőlük, amelyek a kromoszómákhoz kapcsolódnak és biztosítják azok egyenletes eloszlását a két leánysejt között.

Minden sejtorganellum szorosan összefügg egymással. Például a fehérjemolekulák riboszómákban szintetizálódnak, és az ER csatornákon keresztül eljutnak Különböző részek sejtekben, és a lizoszómákban a fehérjék elpusztulnak. Az újonnan szintetizált molekulákat sejtszerkezetek felépítésére használják, vagy tartalék tápanyagként a citoplazmában és vakuólumokban halmozódnak fel.

A sejt tele van citoplazmával. A citoplazma tartalmazza a sejtmagot és a különféle organellumokat: lizoszómák, mitokondriumok, plasztidok, vakuolák, ER, sejtközpont, Golgi komplexum. Felépítésükben és funkciójukban különböznek egymástól. A citoplazma összes organellumja kölcsönhatásba lép egymással, biztosítva a sejt normális működését.

1. táblázat A SEJTSZERKEZET

A gombák, növények és állatok élettevékenységében, sejtosztódásában a legfontosabb szerep a sejtmagé és a benne elhelyezkedő kromoszómáké. Ezen organizmusok legtöbb sejtje egyetlen maggal rendelkezik, de vannak többmagvú sejtek is, például izomsejtek. A sejtmag a citoplazmában található, és kerek vagy ovális alakú. Két membránból álló héj borítja. A nukleáris burokban vannak pórusok, amelyeken keresztül anyagcsere történik a sejtmag és a citoplazma között. A sejtmag tele van nukleáris nedvvel, amelyben nukleolusok és kromoszómák találhatók.

Nucleolus- ezek a riboszómák „előállítási műhelyei”, amelyek a sejtmagban termelődő riboszómális RNS-ből és a citoplazmában szintetizált fehérjékből jönnek létre.

A mag fő funkciója - az örökletes információk tárolása és továbbítása - kapcsolódik kromoszómák. Minden szervezettípusnak megvan a maga kromoszómakészlete: bizonyos számú, alakú és méretű.

A nemi sejtek kivételével a test összes sejtjét ún szomatikus(görögből soma- test). Az azonos fajhoz tartozó szervezet sejtjei ugyanazt a kromoszómakészletet tartalmazzák. Például az emberben a test minden sejtje 46 kromoszómát tartalmaz, a Drosophila gyümölcslégyben - 8 kromoszómát.

A szomatikus sejteknek általában kettős kromoszómakészletük van. Ez az úgynevezett diploidés a 2 n. Tehát egy embernek 23 pár kromoszómája van, azaz 2 n= 46. A nemi sejtek feleannyi kromoszómát tartalmaznak. Egyedülálló, vagy haploid, kit. Az embernek van 1 n = 23.

A szomatikus sejtekben az összes kromoszóma párosítva van, ellentétben a csírasejtek kromoszómáival. Az egy párt alkotó kromoszómák azonosak egymással. A páros kromoszómákat nevezzük homológ. A különböző párokhoz tartozó, alakjukban és méretükben eltérő kromoszómákat nevezzük nem homológ(8. ábra).

Egyes fajoknál a kromoszómák száma azonos lehet. Például a vöröshere és a borsó 2 n= 14. Kromoszómáik azonban különböznek egymástól alakban, méretben és a DNS-molekulák nukleotid-összetételében.

Rizs. 8. Kromoszómák halmaza Drosophila sejtekben.

Rizs. 9. A kromoszóma felépítése.

Ahhoz, hogy megértsük a kromoszómák szerepét az öröklődő információk továbbításában, meg kell ismerni szerkezetüket és kémiai összetételüket.

A nem osztódó sejt kromoszómái hosszú vékony szálaknak tűnnek. A sejtosztódás előtt minden kromoszóma két azonos szálból áll - kromatid, amelyek a derék dereka között kapcsolódnak össze - (9. ábra).

A kromoszómák DNS-ből és fehérjékből állnak. Mivel a DNS nukleotid összetétele különbözik a különböző típusok, a kromoszóma összetétele minden faj esetében egyedi.

A baktériumsejtek kivételével minden sejtnek van egy magja, amelyben nukleolusok és kromoszómák találhatók. Minden fajt egy bizonyos kromoszómakészlet jellemez: szám, alak és méret. A legtöbb szervezet szomatikus sejtjeiben a kromoszómakészlet diploid, a nemi sejtekben haploid. A páros kromoszómákat homológnak nevezzük. A kromoszómák DNS-ből és fehérjékből állnak. A DNS-molekulák biztosítják az örökletes információk tárolását és továbbítását sejtről sejtre és szervezetről szervezetre.

Miután végigdolgozta ezeket a témákat, képesnek kell lennie:

1. Magyarázza el, milyen esetekben érdemes fénymikroszkópot (szerkezetet) vagy transzmissziós elektronmikroszkópot használni!
2. Ismertesse a sejtmembrán szerkezetét, és magyarázza el a membrán szerkezete és a sejt és környezete közötti anyagcsere-képessége közötti összefüggést!
3. Határozza meg a folyamatokat: diffúzió, könnyített diffúzió, aktív transzport, endocitózis, exocitózis és ozmózis. Mutassa be e folyamatok közötti különbségeket.
4. Nevezze meg a struktúrák funkcióit, és jelezze, mely sejtekben (növényi, állati vagy prokarióta) találhatók: sejtmag, nukleáris membrán, nukleoplazma, kromoszóma, plazmamembrán, riboszóma, mitokondrium, sejtfal, kloroplaszt, vakuólum, lizoszóma, sima endoplazmatikus retikulum (agranuláris) és durva (szemcsés), sejtközpont, Golgi-készülék, csilló, flagellum, mesosoma, pili vagy fimbria.
5. Nevezzen meg legalább három olyan jelet, amely alapján a növényi sejt megkülönböztethető az állati sejttől!
6. Sorolja fel a legfontosabb különbségeket a prokarióta és az eukarióta sejtek között!

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Általános biológia". Moszkva, "Felvilágosodás", 2000

• Téma 1. "Plazma membrán." 1. §, 8. § 5. o.;20
• 2. téma. "Cage". 8-10. § 20-30
• 3. téma: "Prokarióta sejt. Vírusok." 11. § 31-34