I 1972 blev teorien fremsat, at en delvist permeabel membran omgiver cellen og udfører en række vitale opgaver, og cellemembranernes struktur og funktion er væsentlige spørgsmål vedrørende den korrekte funktion af alle celler i kroppen. Celleteori blev udbredt i det 17. århundrede, sammen med opfindelsen af mikroskopet. Det blev kendt, at plante- og dyrevæv er sammensat af celler, men på grund af enhedens lave opløsning var det umuligt at se nogen barrierer omkring dyrecellen. I det 20. århundrede blev den kemiske natur af membranen undersøgt mere detaljeret, det blev fundet, at lipider er dens grundlag.
Struktur og funktion af cellemembraner
Cellemembranen omgiver cytoplasmaet af levende celler og adskiller fysisk de intracellulære komponenter fra det ydre miljø. Svampe, bakterier og planter har også cellevægge, der giver beskyttelse og forhindrer passage af store molekyler. Cellemembraner spiller også en rolle idannelse af cytoskelettet og tilknytning til den ekstracellulære matrix af andre vitale partikler. Dette er nødvendigt for at holde dem sammen og danne kroppens væv og organer. Strukturelle træk ved cellemembranen omfatter permeabilitet. Hovedfunktionen er beskyttelse. Membranen består af et fosfolipidlag med indlejrede proteiner. Denne del er involveret i processer såsom celleadhæsion, ionledning og signalsystemer og fungerer som en vedhæftningsoverflade for flere ekstracellulære strukturer, herunder væggen, glycocalyx og det indre cytoskelet. Membranen fastholder også cellens potentiale ved at fungere som et selektivt filter. Det er selektivt permeabelt for ioner og organiske molekyler og styrer partiklernes bevægelse.
Biologiske mekanismer, der involverer cellemembranen
1. Passiv diffusion: Nogle stoffer (små molekyler, ioner), såsom kuldioxid (CO2) og oxygen (O2), kan diffundere gennem plasmamembranen. Skallen fungerer som en barriere for visse molekyler og ioner, der kan koncentreres på begge sider.
2. Transmembrankanal og transportørprotein: Næringsstoffer som glucose eller aminosyrer skal ind i cellen, og nogle stofskifteprodukter skal ud.
3. Endocytose er den proces, hvorved molekyler optages. Der skabes en let deformation (invagination) i plasmamembranen, hvor stoffet, der skal transporteres, sluges. Det kræverenergi og er dermed en form for aktiv transport.
4. Exocytose: forekommer i forskellige celler for at fjerne ufordøjede rester af stoffer, som endocytose medfører, for at udskille stoffer som hormoner og enzymer og transportere stoffet fuldstændigt gennem cellebarrieren.
Molekylær struktur
Cellemembran er en biologisk membran, der hovedsageligt består af fosfolipider og adskiller indholdet af hele cellen fra det ydre miljø. Dannelsesprocessen sker spontant under normale forhold. For at forstå denne proces og korrekt beskrive cellemembranernes struktur og funktioner såvel som egenskaber er det nødvendigt at vurdere arten af fosfolipidstrukturer, som er karakteriseret ved strukturel polarisering. Når fosfolipider i cytoplasmaets vandmiljø når en kritisk koncentration, kombineres de til miceller, som er mere stabile i vandmiljøet.
Membranegenskaber
- Stabilitet. Dette betyder, at efter dannelsen af membranen er usandsynligt at kollapse.
- Styrke. Lipidmembranen er pålidelig nok til at forhindre passage af et polært stof; både opløste stoffer (ioner, glucose, aminosyrer) og meget større molekyler (proteiner) kan ikke passere gennem den dannede grænse.
- Dynamisk karakter. Dette er måske den vigtigste egenskab, når man overvejer cellens struktur. Cellemembranen kanvære udsat for forskellige deformationer, kan foldes og bøjes uden at falde sammen. Under særlige omstændigheder, såsom sammensmeltning af vesikler eller knopskydning, kan den brydes, men kun midlertidigt. Ved stuetemperatur er dets lipidbestanddele i konstant, kaotisk bevægelse og danner en stabil væskegrænse.
Flydende mosaikmodel
Når vi taler om strukturen og funktionerne af cellemembraner, er det vigtigt at bemærke, at i den moderne opfattelse blev membranen som en flydende mosaikmodel betragtet i 1972 af forskerne Singer og Nicholson. Deres teori afspejler tre hovedtræk ved membranstrukturen. Integrale membranproteiner tilvejebringer en mosaikskabelon til membranen, og de er i stand til lateral bevægelse i planet på grund af lipidorganisationens variable natur. Transmembrane proteiner er også potentielt mobile. Et vigtigt træk ved membranstrukturen er dens asymmetri. Hvad er opbygningen af en celle? Cellemembran, kerne, proteiner og så videre. Cellen er livets grundlæggende enhed, og alle organismer består af en eller flere celler, hver med en naturlig barriere, der adskiller den fra omgivelserne. Denne ydre grænse af cellen kaldes også plasmamembranen. Det består af fire forskellige typer molekyler: fosfolipider, kolesterol, proteiner og kulhydrater. Den flydende mosaikmodel beskriver cellemembranens struktur som følger: fleksibel og elastisk, ligner i konsistens vegetabilsk olie, så altde enkelte molekyler flyder simpelthen i det flydende medium, og de er alle i stand til at bevæge sig sidelæns inden i den skal. En mosaik er noget, der indeholder mange forskellige detaljer. I plasmamembranen er det repræsenteret af fosfolipider, kolesterolmolekyler, proteiner og kulhydrater.
fosfolipider
Fosfolipider udgør den grundlæggende struktur i cellemembranen. Disse molekyler har to forskellige ender: et hoved og en hale. Hovedenden indeholder en fosfatgruppe og er hydrofil. Det betyder, at det tiltrækkes af vandmolekyler. Halen består af brint- og kulstofatomer kaldet fedtsyrekæder. Disse kæder er hydrofobe, de kan ikke lide at blande sig med vandmolekyler. Denne proces ligner det, der sker, når du hælder vegetabilsk olie i vand, det vil sige, at den ikke opløses i det. Cellemembranens strukturelle træk er forbundet med det såkaldte lipid-dobbeltlag, som består af fosfolipider. Hydrofile fosfathoveder er altid placeret, hvor der er vand i form af intracellulær og ekstracellulær væske. De hydrofobe haler af fosfolipider i membranen er organiseret på en sådan måde, at de holder dem væk fra vand.
Kolesterol, proteiner og kulhydrater
Når folk hører ordet "kolesterol", synes folk norm alt, at det er dårligt. Men kolesterol er faktisk en meget vigtig bestanddel af cellemembraner. Dens molekyler består af fire ringe af brint og kulstofatomer. De er hydrofobe og forekommer blandt de hydrofobe haler i lipid-dobbeltlaget. Deres betydning ligger iopretholder konsistensen, de forstærker membranerne, hvilket forhindrer crossover. Kolesterolmolekyler forhindrer også fosfolipidhalerne i at komme i kontakt og hærde. Dette garanterer smidighed og fleksibilitet. Membranproteiner fungerer som enzymer, der fremskynder kemiske reaktioner, fungerer som receptorer for specifikke molekyler eller transporterer stoffer gennem cellemembranen.
Kulhydrater eller saccharider findes kun på den ekstracellulære side af cellemembranen. Sammen danner de glykokalyxen. Det giver dæmpning og beskyttelse til plasmamembranen. Ud fra strukturen og typen af kulhydrater i glykokalyxen kan kroppen genkende celler og bestemme, om de skal være der eller ej.
Membranproteiner
Strukturen af cellemembranen i en dyrecelle kan ikke forestilles uden en så væsentlig komponent som protein. På trods af dette kan de være betydeligt ringere i størrelse end en anden vigtig komponent - lipider. Der er tre hovedmembranproteiner.
- Integral. De dækker fuldstændigt det dobbelte lag, cytoplasmaet og det ekstracellulære miljø. De udfører en transport- og signalfunktion.
- Periferudstyr. Proteiner er knyttet til membranen ved elektrostatiske eller hydrogenbindinger på deres cytoplasmatiske eller ekstracellulære overflader. De er primært involveret som et middel til vedhæftning af integrale proteiner.
- Transmembran. De udfører enzymatiske og signalerende funktioner og modulerer også den grundlæggende struktur af membranens lipid-dobbeltlag.
Biologiske membraners funktioner
Den hydrofobe effekt, som regulerer kulbrinternes adfærd i vand, kontrollerer strukturer dannet af membranlipider og membranproteiner. Mange egenskaber ved membraner tildeles af bærere af lipid-dobbeltlag, som danner den grundlæggende struktur for alle biologiske membraner. Integrale membranproteiner er delvist skjult i lipid-dobbeltlaget. Transmembrane proteiner har en specialiseret organisation af aminosyrer i deres primære sekvens.
Perifere membranproteiner ligner meget opløselige, men de er også membranbundne. Specialiserede cellemembraner har specialiserede cellefunktioner. Hvordan påvirker cellemembranernes struktur og funktioner kroppen? Hele organismens funktionalitet afhænger af, hvordan biologiske membraner er arrangeret. Fra intracellulære organeller, ekstracellulære og intercellulære interaktioner af membraner skabes de strukturer, der er nødvendige for organisering og udførelse af biologiske funktioner. Mange strukturelle og funktionelle træk er fælles for bakterier, eukaryote celler og indkapslede vira. Alle biologiske membraner er bygget på et lipid-dobbeltlag, som bestemmer tilstedeværelsen af en række fælles karakteristika. Membranproteiner har mange specifikke funktioner.
- Kontrollerer. Plasmamembraner af celler definerer grænserne for cellens interaktion med omgivelserne.
- Transport. De intracellulære membraner af celler er opdelt i flere funktionelle blokke med forskelligeintern sammensætning, som hver især understøttes af den nødvendige transportfunktion i kombination med kontrolpermeabilitet.
- Sign altransduktion. Membranfusion giver en mekanisme til intracellulær vesikulær notifikation og forhindrer forskellige typer vira i at trænge frit ind i cellen.
Betydning og konklusioner
Strukturen af den ydre cellemembran påvirker hele kroppen. Det spiller en vigtig rolle i at beskytte integriteten ved kun at tillade udvalgte stoffer at trænge ind. Det er også en god base til forankring af cytoskelettet og cellevæggen, hvilket hjælper med at bevare cellens form. Lipider udgør omkring 50% af membranmassen i de fleste celler, selvom dette varierer afhængigt af membrantypen. Strukturen af pattedyrs ydre cellemembran er mere kompleks, den indeholder fire hovedfosfolipider. En vigtig egenskab ved lipid-dobbeltlag er, at de opfører sig som en todimensionel væske, hvor individuelle molekyler frit kan rotere og bevæge sig sideværts. En sådan fluiditet er en vigtig egenskab ved membraner, som bestemmes afhængigt af temperatur og lipidsammensætning. På grund af carbonhydridringstrukturen spiller kolesterol en rolle ved bestemmelse af membranernes fluiditet. Den selektive permeabilitet af biologiske membraner for små molekyler gør det muligt for cellen at kontrollere og vedligeholde sin indre struktur.
I betragtning af cellens struktur (cellemembran, kerne og så videre), kan vi konkludere, atat kroppen er et selvregulerende system, der ikke kan skade sig selv uden hjælp udefra og altid vil lede efter måder at genoprette, beskytte og fungere korrekt hver celle.
