V roce 1972 byla předložena teorie, že částečně propustná membrána obklopuje buňku a plní řadu životně důležitých úkolů a struktura a funkce buněčných membrán jsou významnými problémy týkajícími se správného fungování všech buněk v těle. se rozšířil v 17. století spolu s vynálezem mikroskopu. Bylo známo, že rostlinné a živočišné tkáně se skládají z buněk, ale kvůli nízkému rozlišení zařízení nebylo možné vidět žádné bariéry kolem živočišné buňky. Ve 20. století se podrobněji zkoumala chemická podstata membrány a zjistilo se, že je založena na lipidech.
Struktura a funkce buněčných membrán
Buněčná membrána obklopuje cytoplazmu živých buněk a fyzicky odděluje intracelulární složky od vnějšího prostředí. Houby, bakterie a rostliny mají také buněčné stěny, které poskytují ochranu a zabraňují průchodu velkých molekul. Buněčné membrány také hrají roli při tvorbě cytoskeletu a připojení dalších životně důležitých částic k extracelulární matrici. To je nezbytné, aby je držely pohromadě a tvořily tkáně a orgány těla. Mezi vlastnosti struktury buněčné membrány patří permeabilita. Hlavní funkcí je ochrana. Membránu tvoří fosfolipidová vrstva se zabudovanými proteiny. Tato část se podílí na procesech jako je buněčná adheze, iontová vodivost a signalizační systémy a slouží jako připojovací povrch pro několik extracelulárních struktur, včetně stěny, glykokalyxu a vnitřního cytoskeletu. Membrána také udržuje buněčný potenciál tím, že působí jako selektivní filtr. Je selektivně propustný pro ionty a organické molekuly a řídí pohyb částic.
Biologické mechanismy zahrnující buněčnou membránu
1. Pasivní difúze: Některé látky (malé molekuly, ionty), např. oxid uhličitý (CO2) a kyslík (O2), mohou pronikat plazmatickou membránou difúzí. Skořápka funguje jako bariéra pro určité molekuly a ionty, mohou se soustředit na obě strany.
2. Transmembránový kanál a transportní protein: Živiny, jako je glukóza nebo aminokyseliny, musí vstoupit do buňky a některé metabolické produkty musí buňku opustit.
3. Endocytóza je proces, při kterém dochází k vychytávání molekul. V plazmatické membráně, ve které je látka, která má být transportována, dochází k mírné deformaci (invaginaci). To vyžaduje energii a je to tedy forma aktivního transportu.
4. Exocytóza: Vyskytuje se v různých buňkách za účelem odstranění nestrávených zbytků látek přivedených endocytózou k sekreci látek, jako jsou hormony a enzymy, a transportu látky zcela přes buněčnou bariéru.
Molekulární struktura
Buněčná membrána je biologická membrána sestávající především z fosfolipidů a oddělující obsah celé buňky od vnějšího prostředí. Proces tvorby probíhá za normálních podmínek spontánně. Pro pochopení tohoto procesu a správný popis struktury a funkcí buněčných membrán, jakož i vlastností, je nutné zhodnotit povahu fosfolipidových struktur, které se vyznačují strukturní polarizací. Když fosfolipidy ve vodném prostředí cytoplazmy dosáhnou kritické koncentrace, spojí se do micel, které jsou ve vodném prostředí stabilnější.
Vlastnosti membrány
- Stabilita. To znamená, že jakmile se vytvoří, rozpad membrány je nepravděpodobný.
- Síla. Lipidový obal je dostatečně spolehlivý, aby zabránil průchodu polární látky, vytvořenou hranicí nemohou projít jak rozpuštěné látky (ionty, glukóza, aminokyseliny), tak mnohem větší molekuly (proteiny).
- Dynamický charakter. To je možná nejdůležitější vlastnost při zvažování struktury buňky. Buněčná membrána může podléhat různým deformacím, může se skládat a ohýbat, aniž by byla zničena. Za zvláštních okolností, například při splynutí váčků nebo pučení, může dojít k jeho narušení, ale pouze dočasně. Při pokojové teplotě jsou jeho lipidové složky v neustálém chaotickém pohybu a tvoří stabilní hranici tekutiny.
Model tekuté mozaiky
Když už mluvíme o struktuře a funkcích buněčných membrán, je důležité poznamenat, že v moderním pojetí byla membrána jako model tekuté mozaiky považována v roce 1972 vědci Singerem a Nicholsonem. Jejich teorie odráží tři hlavní rysy membránové struktury. Integrály podporují mozaikový vzor pro membránu a jsou schopny laterálního pohybu v rovině díky variabilní povaze organizace lipidů. Transmembránové proteiny jsou také potenciálně mobilní. Důležitou vlastností membránové struktury je její asymetrie. Jaká je struktura buňky? Buněčná membrána, jádro, proteiny a tak dále. Buňka je základní jednotkou života a všechny organismy se skládají z jedné nebo mnoha buněk, z nichž každá má přirozenou bariéru, která ji odděluje od jejího prostředí. Tato vnější hranice buňky se také nazývá plazmatická membrána. Skládá se ze čtyř různých typů molekul: fosfolipidů, cholesterolu, bílkovin a sacharidů. Model tekuté mozaiky popisuje strukturu buněčné membrány následovně: pružná a elastická, s konzistencí podobnou rostlinnému oleji, takže všechny jednotlivé molekuly jednoduše plavou v kapalném médiu a všechny se mohou v této membráně pohybovat do stran. Mozaika je něco, co obsahuje mnoho různých kousků. V plazmatické membráně je zastoupen fosfolipidy, molekulami cholesterolu, bílkovinami a sacharidy.
Fosfolipidy
Fosfolipidy tvoří hlavní strukturu buněčné membrány. Tyto molekuly mají dva různé konce: hlavu a ocas. Headend obsahuje fosfátovou skupinu a je hydrofilní. To znamená, že je přitahován molekulami vody. Ocas se skládá z atomů vodíku a uhlíku nazývaných řetězce mastných kyselin. Tyto řetězce jsou hydrofobní, nerady se mísí s molekulami vody. Tento proces je podobný tomu, co se stane, když nalijete rostlinný olej do vody, to znamená, že se v ní nerozpustí. Strukturní rysy buněčné membrány jsou spojeny s tzv. lipidovou dvojvrstvou, která se skládá z fosfolipidů. Hydrofilní fosfátové hlavice jsou vždy umístěny tam, kde je voda ve formě intracelulární a extracelulární tekutiny. Hydrofobní ocasy fosfolipidů v membráně jsou organizovány tak, že je udržují mimo dosah vody.
Cholesterol, bílkoviny a sacharidy
Když lidé slyší slovo cholesterol, většinou si myslí, že je to špatné. Cholesterol je však ve skutečnosti velmi důležitou součástí buněčných membrán. Jeho molekuly se skládají ze čtyř vodíkových kruhů a atomů uhlíku. Jsou hydrofobní a vyskytují se mezi hydrofobními ocasy v lipidové dvojvrstvě. Jejich význam spočívá v udržení konzistence, zpevňují membrány, zabraňují křížení. Molekuly cholesterolu také zabraňují kontaktu fosfolipidových ocasů a jejich ztvrdnutí. To zajišťuje plynulost a pružnost. Membránové proteiny fungují jako enzymy pro urychlení chemických reakcí, fungují jako receptory pro specifické molekuly nebo transportují látky přes buněčnou membránu.
Sacharidy neboli sacharidy se nacházejí pouze na extracelulární straně buněčné membrány. Společně tvoří glykokalyx. Poskytuje odpružení a ochranu plazmatické membrány. Na základě struktury a typu sacharidů v glykokalyxu dokáže tělo rozpoznat buňky a určit, zda tam mají být nebo ne.
Membránové proteiny
Strukturu buněčné membrány si nelze představit bez tak důležité složky, jako je protein. Navzdory tomu mohou být podstatně menší velikosti než další důležitá složka – lipidy. Existují tři typy hlavních membránových proteinů.
- Integrální. Zcela pokrývají dvojvrstvu, cytoplazmu a extracelulární prostředí. Plní transportní a signalizační funkce.
- Obvodový. Proteiny jsou připojeny k membráně elektrostatickými nebo vodíkovými vazbami na jejich cytoplazmatickém nebo extracelulárním povrchu. Jsou zapojeny hlavně jako prostředek pro připojení integrálních proteinů.
- Transmembránové. Provádějí enzymatické a signalizační funkce a také modulují základní strukturu lipidové dvojvrstvy membrány.
Funkce biologických membrán
Hydrofobní efekt, který reguluje chování uhlovodíků ve vodě, řídí struktury tvořené membránovými lipidy a membránovými proteiny. Mnoho membránových vlastností propůjčují nosné lipidové dvojvrstvy, které tvoří základní strukturu všech biologických membrán. Integrální membránové proteiny jsou částečně skryty v lipidové dvojvrstvě. Transmembránové proteiny mají ve své primární sekvenci specializovanou organizaci aminokyselin.
Proteiny periferní membrány jsou velmi podobné rozpustným proteinům, ale jsou také vázané na membránu. Specializované buněčné membrány mají specializované buněčné funkce. Jak struktura a funkce buněčných membrán ovlivňují tělo? Funkčnost celého organismu závisí na struktuře biologických membrán. Z intracelulárních organel, extracelulárních a mezibuněčných interakcí membrán vznikají struktury nezbytné pro organizaci a výkon biologických funkcí. Bakteriím a obaleným virům je společných mnoho strukturálních a funkčních znaků. Všechny biologické membrány jsou postaveny na lipidové dvojvrstvě, což má za následek řadu společných charakteristik. Membránové proteiny mají mnoho specifických funkcí.
- Ovládání. Plazmatické membrány buněk určují hranice interakce mezi buňkou a prostředím.
- Doprava. Intracelulární membrány buněk jsou rozděleny do několika funkčních jednotek s různým vnitřním složením, z nichž každá je podporována nezbytnou transportní funkcí v kombinaci s řízením permeability.
- Převod signálu. Membránová fúze poskytuje mechanismus pro intracelulární vezikulární signalizaci a brání různým typům virů ve volném vstupu do buňky.
Význam a závěry
Struktura vnější buněčné membrány ovlivňuje celé tělo. Hraje důležitou roli při ochraně integrity tím, že umožňuje pronikání pouze vybraným látkám. Je také dobrým základem pro uchycení cytoskeletu a buněčné stěny, což pomáhá udržovat tvar buňky. Lipidy tvoří asi 50 % hmoty membrány většiny buněk, i když se to liší v závislosti na typu membrány. Struktura vnější buněčné membrány savců je složitější, obsahuje čtyři hlavní fosfolipidy. Důležitou vlastností lipidových dvojvrstev je, že se chovají jako dvourozměrné kapaliny, ve kterých se jednotlivé molekuly mohou volně otáčet a pohybovat se laterálně. Taková tekutost je důležitou vlastností membrán, která se určuje v závislosti na teplotě a složení lipidů. Díky své uhlovodíkové kruhové struktuře hraje cholesterol roli při určování tekutosti membrány. biologické membrány pro malé molekuly umožňují buňce řídit a udržovat její vnitřní strukturu.
Vezmeme-li v úvahu strukturu buňky (buněčná membrána, jádro atd.), můžeme dojít k závěru, že tělo je samoregulační systém, který si bez cizí pomoci nemůže ublížit a vždy bude hledat způsoby, jak obnovit, chránit a správně funkce každé buňky.
