1972. aastal esitati teooria, et osaliselt läbilaskev membraan ümbritseb rakku ja täidab mitmeid elutähtsaid ülesandeid ning rakumembraanide struktuur ja funktsioon on olulised küsimused, mis puudutavad kõigi keharakkude nõuetekohast toimimist. sai laialt levinud 17. sajandil koos mikroskoobi leiutamisega. Sai teada, et taime- ja loomakuded koosnevad rakkudest, kuid seadme madala eraldusvõime tõttu ei olnud loomaraku ümber barjääre näha. 20. sajandil uuriti põhjalikumalt membraani keemilist olemust, leiti, et selle aluseks on lipiidid.
Rakumembraanide ehitus ja funktsioonid
Rakumembraan ümbritseb elusrakkude tsütoplasmat, eraldades rakusisesed komponendid füüsiliselt väliskeskkonnast. Ka seentel, bakteritel ja taimedel on rakuseinad, mis pakuvad kaitset ja takistavad suurte molekulide läbipääsu. Rakumembraanid mängivad rolli ka tsütoskeleti arengus ja teiste elutähtsate osakeste kinnitumisel rakuvälisele maatriksile. See on vajalik nende kooshoidmiseks, moodustades keha kudesid ja elundeid. Rakumembraani struktuuriomadused hõlmavad läbilaskvust. Peamine funktsioon on kaitse. Membraan koosneb sisseehitatud valkudega fosfolipiidikihist. See osa osaleb sellistes protsessides nagu rakkude adhesioon, ioonjuhtivus ja signaalisüsteemid ning toimib kinnituspinnana mitmete ekstratsellulaarsete struktuuride, sealhulgas seina, glükokalüksi ja sisemise tsütoskeleti jaoks. Membraan säilitab ka raku potentsiaali, toimides selektiivfiltrina. See on ioonide ja orgaaniliste molekulide suhtes selektiivselt läbilaskev ning kontrollib osakeste liikumist.
Rakumembraani hõlmavad bioloogilised mehhanismid
1. Passiivne difusioon: mõned ained (väikesed molekulid, ioonid), nagu süsinikdioksiid (CO2) ja hapnik (O2), võivad difundeeruda läbi plasmamembraani. Kest toimib tõkkena teatud molekulidele ja ioonidele, mida saab kontsentreerida mõlemale poole.
2. Transmembraansed valgukanalid ja transporterid: Toitained, nagu glükoos või aminohapped, peavad sisenema rakku ja mõned ainevahetusproduktid peavad sealt lahkuma.
3. Endotsütoos on protsess, mille käigus omastatakse molekule. Plasmamembraanis tekib kerge deformatsioon (invaginatsioon), mille käigus neelatakse alla transporditav aine. See nõuab energiat ja on seega aktiivse transpordi vorm.
4. Eksotsütoos: esineb erinevates rakkudes, et eemaldada endotsütoosiga kaasa toodud ainete seedimata jäägid, eritada aineid nagu hormoonid ja ensüümid ning transportida aine täielikult läbi rakubarjääri.
molekulaarne struktuur
Rakumembraan on bioloogiline membraan, mis koosneb peamiselt fosfolipiididest ja eraldab kogu raku sisu väliskeskkonnast. Moodustamisprotsess toimub normaalsetes tingimustes spontaanselt. Selle protsessi mõistmiseks ja rakumembraanide struktuuri ja funktsioonide ning omaduste õigeks kirjeldamiseks on vaja hinnata fosfolipiidide struktuuride olemust, mida iseloomustab struktuurne polarisatsioon. Kui fosfolipiidid tsütoplasma vesikeskkonnas saavutavad kriitilise kontsentratsiooni, ühinevad need mitsellideks, mis on vesikeskkonnas stabiilsemad.
Membraani omadused
- Stabiilsus. See tähendab, et pärast membraani moodustumist on ebatõenäoline, et see laguneb.
- Tugevus. Lipiidmembraan on piisavalt töökindel, et vältida polaarse aine läbimist, nii lahustunud ained (ioonid, glükoos, aminohapped) kui ka palju suuremad molekulid (valgud) ei pääse moodustunud piirist läbi.
- dünaamiline olemus. See on võib-olla raku struktuuri kaalumisel kõige olulisem omadus. Rakumembraan võib olla allutatud erinevatele deformatsioonidele, see võib voltida ja painutada ilma kokku kukkumata. Eriolukordadel, näiteks vesiikulite ühinemisel või tärkamisel, võib see puruneda, kuid ainult ajutiselt. Toatemperatuuril on selle lipiidkomponendid pidevas kaootilises liikumises, moodustades stabiilse vedelikupiiri.
Vedel mosaiikmudel
Rakumembraanide ehitusest ja funktsioonidest rääkides on oluline märkida, et tänapäevases käsitluses käsitlesid membraani kui vedelat mosaiikmudelit 1972. aastal teadlased Singer ja Nicholson. Nende teooria peegeldab membraani struktuuri kolme peamist tunnust. Integraalid pakuvad membraanile mosaiikmalli ja nad on võimelised külgsuunas tasapinnaliselt liikuma lipiidide korralduse muutuva olemuse tõttu. Transmembraansed valgud on samuti potentsiaalselt mobiilsed. Membraani struktuuri oluline tunnus on selle asümmeetria. Mis on raku struktuur? Rakumembraan, tuum, valgud ja nii edasi. Rakk on elu põhiüksus ja kõik organismid koosnevad ühest või mitmest rakust, millest igaühel on looduslik barjäär, mis eraldab seda keskkonnast. Seda raku välispiiri nimetatakse ka plasmamembraaniks. See koosneb neljast erinevat tüüpi molekulist: fosfolipiidid, kolesterool, valgud ja süsivesikud. Vedelmosaiikmudel kirjeldab rakumembraani struktuuri järgmiselt: painduv ja elastne, taimeõliga sarnase konsistentsiga, nii et kõik üksikud molekulid lihtsalt hõljuvad vedelas keskkonnas ja kõik on võimelised selle membraani sees külgsuunas liikuma. Mosaiik on midagi, mis sisaldab palju erinevaid detaile. Plasmamembraanis esindavad seda fosfolipiidid, kolesterooli molekulid, valgud ja süsivesikud.
Fosfolipiidid
Fosfolipiidid moodustavad rakumembraani põhistruktuuri. Nendel molekulidel on kaks erinevat otsa: pea ja saba. Peaots sisaldab fosfaatrühma ja on hüdrofiilne. See tähendab, et seda tõmbavad veemolekulid. Saba koosneb vesiniku- ja süsinikuaatomitest, mida nimetatakse rasvhappeahelateks. Need ahelad on hüdrofoobsed, neile ei meeldi veemolekulidega seguneda. See protsess sarnaneb sellega, mis juhtub siis, kui valate taimeõli vette, see tähendab, et see ei lahustu selles. Rakumembraani struktuursed tunnused on seotud nn lipiidide kaksikkihiga, mis koosneb fosfolipiididest. Hüdrofiilsed fosfaadipead asuvad alati seal, kus on rakusisese ja rakuvälise vedeliku kujul vett. Fosfolipiidide hüdrofoobsed sabad membraanis on organiseeritud nii, et need hoiavad neid veest eemal.
Kolesterool, valgud ja süsivesikud
Kui inimesed kuulevad sõna "kolesterool", arvavad inimesed tavaliselt, et see on halb. Kolesterool on aga tegelikult väga oluline rakumembraanide komponent. Selle molekulid koosnevad neljast vesiniku- ja süsinikuaatomite ringist. Need on hüdrofoobsed ja esinevad lipiidide kaksikkihi hüdrofoobsete sabade hulgas. Nende tähtsus seisneb konsistentsi säilitamises, tugevdavad membraane, vältides ristumist. Kolesterooli molekulid takistavad ka fosfolipiidide sabade kokkupuudet ja kõvenemist. See tagab sujuvuse ja paindlikkuse. Membraanvalgud toimivad ensüümidena, mis kiirendavad keemilisi reaktsioone, toimivad spetsiifiliste molekulide retseptoritena või transpordivad aineid läbi rakumembraani.
Süsivesikuid ehk sahhariide leidub ainult rakumembraani rakuvälisel küljel. Koos moodustavad nad glükokalüksi. See tagab plasmamembraanile pehmenduse ja kaitse. Glükokalüksi süsivesikute struktuuri ja tüübi põhjal suudab keha rakud ära tunda ja otsustada, kas need peaksid seal olema või mitte.
Membraanvalgud
Rakumembraani struktuuri ei saa ette kujutada ilma sellise olulise komponendita nagu valk. Vaatamata sellele võivad nad oma suuruselt olla oluliselt väiksemad kui teisele olulisele komponendile – lipiididele. Membraanvalke on kolm peamist tüüpi.
- Integraalne. Nad katavad täielikult kahekihilise, tsütoplasma ja rakuvälise keskkonna. Nad täidavad transpordi- ja signaalimisfunktsiooni.
- Välisseade. Valgud kinnituvad membraanile elektrostaatiliste või vesiniksidemetega nende tsütoplasmaatilisel või rakuvälisel pinnal. Neid kasutatakse peamiselt integraalsete valkude kinnitusvahendina.
- Transmembraanne. Nad täidavad ensümaatilisi ja signaalimisfunktsioone ning moduleerivad ka membraani lipiidide kaksikkihi põhistruktuuri.
Bioloogiliste membraanide funktsioonid
Hüdrofoobne efekt, mis reguleerib süsivesinike käitumist vees, kontrollib membraanilipiididest ja membraanivalkudest moodustunud struktuure. Paljusid membraanide omadusi annavad lipiidide kaksikkihtide kandjad, mis moodustavad kõigi bioloogiliste membraanide põhistruktuuri. Integraalsed membraanivalgud on osaliselt peidetud lipiidide kaksikkihis. Transmembraansetel valkudel on nende esmases järjestuses spetsiaalne aminohapete korraldus.
Perifeersed membraanivalgud on väga sarnased lahustuvatele valkudele, kuid on ka membraaniga seotud. Spetsiaalsetel rakumembraanidel on spetsiifilised rakufunktsioonid. Kuidas rakumembraanide struktuur ja funktsioonid keha mõjutavad? Kogu organismi funktsionaalsus sõltub sellest, kuidas bioloogilised membraanid on paigutatud. Intratsellulaarsetest organellidest, membraanide ekstratsellulaarsetest ja rakkudevahelistest interaktsioonidest tekivad bioloogiliste funktsioonide organiseerimiseks ja täitmiseks vajalikud struktuurid. Bakteritel ja ümbrisega viirustel on palju struktuurseid ja funktsionaalseid omadusi. Kõik bioloogilised membraanid on ehitatud lipiidide kaksikkihile, mis määrab mitmete ühiste omaduste olemasolu. Membraanvalkudel on palju spetsiifilisi funktsioone.
- Kontrollimine. Rakkude plasmamembraanid määravad kindlaks raku ja keskkonna vastasmõju piirid.
- Transport. Rakkude intratsellulaarsed membraanid jagunevad mitmeks erineva sisemise koostisega funktsionaalseks plokiks, millest igaüht toetab vajalik transpordifunktsioon koos kontrolli läbilaskvusega.
- signaaliülekanne. Membraani liitmine tagab rakusisese vesikulaarse teavitamise mehhanismi ja takistab erinevate viiruste vabalt rakku sisenemist.
Tähendus ja järeldused
Välise rakumembraani struktuur mõjutab kogu keha. See mängib olulist rolli terviklikkuse kaitsmisel, võimaldades ainult valitud ainetel tungida. See on ka hea alus tsütoskeleti ja rakuseina kinnitamiseks, mis aitab säilitada raku kuju. Lipiidid moodustavad ligikaudu 50% enamiku rakkude membraanimassist, kuigi see varieerub sõltuvalt membraani tüübist. Imetajate välimise rakumembraani struktuur on keerulisem, see sisaldab nelja peamist fosfolipiidi. Lipiidide kaksikkihtide oluline omadus on see, et need käituvad nagu kahemõõtmeline vedelik, milles üksikud molekulid saavad vabalt pöörlema ja külgsuunas liikuda. Selline voolavus on membraanide oluline omadus, mis määratakse sõltuvalt temperatuurist ja lipiidide koostisest. Süsivesinike ringstruktuuri tõttu mängib kolesterool rolli membraanide voolavuse määramisel. Väikeste molekulide bioloogilised membraanid võimaldavad rakul kontrollida ja säilitada oma sisemist struktuuri.
Arvestades raku ehitust (rakumembraan, tuum jne), võime järeldada, et keha on isereguleeruv süsteem, mis ei saa end ilma välise abita kahjustada ning otsib alati võimalusi raku taastamiseks, kaitsmiseks ja nõuetekohaseks toimimiseks. kamber.
