Talismanid 

Mis on lühidalt membraan. bioloogiline membraan. Mõelge rakumembraani peamistele funktsioonidele

Seda mõistet kasutatakse erinevates elu- ja teadusvaldkondades. Ja igaühes neist on sellel erinev tähendus. Kuid ühel või teisel viisil on selle termini kasutamine seotud sõna enda tähendusega. Ladina keelest tõlgituna on "membraan" membraan.

Mõiste erinevad tõlgendused

Tehnoloogias ja inseneritöös kasutatakse seda kontseptsiooni piki kontuuri kinnitatud õhukesest kilest või plaadist rääkides, näiteks mikrofonides või manomeetrites.

Bioloogias mõistetakse membraani all elastset molekulaarstruktuuri, mis esineb igas rakus ja täidab keskkonnamõjude eest kaitsmise funktsiooni. See tagab raku terviklikkuse ja osaleb ainevahetusprotsessides välismaailmaga.

pöördosmoosi membraan

Üks hiljutine leiutis on pöördosmoosi moodul, mida kasutatakse vee puhastamiseks. See disain on toru, millel on põhi ja kaas. Ja selle toru sees on lihtsalt pöördosmoosi membraan, mille olemasolu tagab ülipuhta vee tootmise, mis on vabastatud erinevatest bakterioloogilistest saasteainetest ja bioloogilistest ladestustest. Vedeliku puhastamise mehhanism põhineb surnud ruumide minimeerimisel, kuhu bakterid võivad koguneda.

Neid mooduleid kasutatakse laialdaselt meditsiinis ja täpsemalt varustavad need hemodialüüsi seadmeid ülipuhta veega.

Hüdroakude ja paisupaakide membraanid. Nende asendamine

Hüdraulikaakud ja paisupaagid on seadmed, mida kasutatakse kütteseadmete sisemuses (mahu) kompenseerimiseks.

Mis on antud juhul membraan? See element on seda tüüpi seadmete põhikomponent. See mõjutab kogu süsteemi jõudlust ja töökindlust. Membraani kuju võib olla erinev. See on diafragma, pall ja õhupall. Kui paagil on suur maht, sisestatakse elemendi tagaküljele metallist liitmik, milles on ava õhu eemaldamiseks. Sõltuvalt seadme kasutusalast valitakse membraani valmistamise materjal. Näiteks küttesüsteemi paisupaakides on peamiseks kriteeriumiks kuumakindluse ja vastupidavuse tase. Külma veevarustuse korral juhindub membraanimaterjali valikul dünaamilise elastsuse kriteerium.

Kahjuks pole materjali, mida saaks nimetada universaalseks. Seetõttu on selle õige valik üks olulisemaid tingimusi seadme pikaajaliseks tööks ja selle tõhusaks toimimiseks. Enamasti on plaadid valmistatud looduslikust kautšukist, sünteetilisest butüül- või etüleenpropüleenkummist.

Membraan asendatakse aku või paisupaagi süsteemist lahtiühendamisega. Esiteks eemaldatakse kruvid, mis hoiavad äärikut ja korpust koos. Mõnel seadmel on kinnitus ka nibu piirkonnas. Pärast selle eemaldamist saab membraani kergesti eemaldada. Tehes pöördtoimingu, peate paigaldama uue membraani.

Polümeermembraanid

Mõistet "polümeermembraan" kasutatakse mitmel juhul. Esiteks kasutatakse seda, rääkides praktilisuse poolest ühest kaasaegsemast ja arenenumast katusematerjalist. Seda tüüpi membraane toodetakse ekstrusioonimeetodil, mis tagab, et valmismaterjali koostises ei tekiks tühimikke. Polümeertoote eeliste hulka kuuluvad absoluutne veekindlus, auru läbilaskvus, kerge kaal, tugevus, madal süttivus, keskkonnaohutus.

Mõistet "polümeermembraan" kasutatakse sageli juba eespool mainitud pöördosmoosiplaatide, aga ka muud tüüpi orgaanilistest polümeeridest valmistatud membraanide puhul. Need on mikro- ja ultrafiltratsioonitooted, nanofiltratsioonis kasutatavad membraanid. Polümeermembraanide eelis seisneb selles kontekstis kõrges valmistatavuses ja suurtes võimalustes materjali omaduste ja struktuuri kontrollimiseks. Sel juhul kasutatakse tootmisprotsessis väikseid keemilisi ja tehnoloogilisi variatsioone.

Rakumembraan. Rakud on kõigi elusolendite üksused

Juba ammu on teada, et elusorganismi põhiliseks struktuuriüksuseks on rakk. See on tsütoplasma diferentseeritud osa, mis on ümbritsetud rakumembraaniga. Evolutsiooni käigus omandas see funktsionaalsuse piiride laienedes plastilisuse ja peenuse, sest kehas toimuvad kõige olulisemad protsessid just rakkudes.

Rakumembraan on raku piir, mis on loomulik barjäär selle sisemise sisu ja keskkonna vahel. Membraani peamine iseloomulik tunnus on poolläbilaskvus, mis tagab niiskuse ja toitainete tungimise rakku ning lagunemissaaduste eemaldamise sellest. Rakumembraan on raku organisatsiooni peamine struktuurikomponent.

Rakumembraani avastamise ja uurimisega seotud ajaloolised faktid

1925. aastal korraldasid Grendel ja Gorder edukalt katse erütrotsüütide "varjude" tuvastamiseks. Just nemad avastasid esimest korda katsete käigus lipiidide kaksikkihi. Oma töö jätkajad Danielli, Dawson, Robertson, Nicholson töötasid erinevatel aastatel membraanistruktuuri vedeliku-mosaiikmudeli loomise kallal. Singscher sai sellega lõpuks hakkama 1972. aastal.

Rakumembraani põhifunktsioonid

  • Raku sisemise sisu eraldamine väliskeskkonna komponentidest.
  • Aitab kaasa rakusisese keemilise koostise püsivuse säilitamisele.
  • Ainevahetuse tasakaalu reguleerimine.
  • Rakkudevahelise suhtluse tagamine.
  • Signaali funktsioon.
  • kaitsefunktsioon.

Plasma Shell

Mis on membraan, mida nimetatakse plasmakestaks? See on välimine, mis oma struktuuris on ultramikroskoopiline kile paksusega 5-7 nanomeetrit. See koosneb valguühenditest, fosfolipiididest, veest. Kile, olles väga elastne, imab hästi niiskust ja suudab ka kiiresti taastada oma terviklikkuse.

Plasmamembraani iseloomustab universaalne struktuur. Selle piiriasend põhjustab osalemise selektiivse läbilaskvuse protsessis lagunemissaaduste rakust eemaldamisel. Suheldes naaberelementidega ja kaitstes sisu usaldusväärselt kahjustuste eest, on välismembraan rakustruktuuri üks olulisemaid komponente.

Kõige õhemat kihti, mis mõnikord katab elusorganismide rakumembraani, nimetatakse glükokalüksiks. See koosneb valkudest ja polüsahhariididest. Ja taimerakkudes on membraan ülalt kaitstud spetsiaalse seinaga, mis täidab ka toetavat funktsiooni ja hoiab oma kuju. See koosneb peamiselt kiudainetest, lahustumatust polüsahhariidist.

Seega võib järeldada, et välimise rakumembraani põhifunktsioonid on parandamine, kaitse ja suhtlemine naaberrakkudega.

Struktuursed omadused

Mis on membraan? See on mobiilne kest, mille laius on 6-10 nanomeetrit. Selle struktuuri aluseks on lipiidide kaksikkiht ja valgud. Süsivesikuid on ka membraanis, kuid need moodustavad vaid 10% membraanide massist. Kuid need sisalduvad tingimata glükolipiidides või glükoproteiinides.

Kui me räägime valkude ja lipiidide koguse suhtest, siis see võib olla väga erinev. Kõik sõltub kanga tüübist. Näiteks müeliin sisaldab umbes 20% valku, mitokondrid aga umbes 80%. Membraani koostis mõjutab otseselt selle tihedust. Mida suurem on valgusisaldus, seda suurem on kesta tihedus.

Lipiidide funktsioonide mitmekesisus

Iga lipiid on oma olemuselt fosfolipiid, mis tuleneb glütserooli ja sfingosiini koostoimest. Membraanvalgud on lipiidide karkassi ümber tihedalt pakitud, kuid nende kiht ei ole pidev. Mõned neist on sukeldatud lipiidikihti, teised aga justkui tungivad sellesse. See on tingitud vett läbilaskvate alade olemasolust.

On ilmne, et lipiidide koostis erinevates membraanides ei ole juhuslik, kuid selget seletust sellele nähtusele pole veel leitud. Iga konkreetne kest võib sisaldada kuni sada erinevat tüüpi lipiidimolekule. Vaatleme tegureid, mis võivad mõjutada membraani molekuli lipiidide koostise määramist.

  • Esiteks peab lipiidide segul tingimata olema võime moodustada stabiilne kaksikkiht, milles valgud saavad toimida.
  • Teiseks peaksid lipiidid aitama kaasa tugevalt deformeerunud membraanide stabiliseerimisele, membraanidevahelise kontakti loomisele või teatud valkude sidumisele.
  • Kolmandaks on lipiidid bioregulaatorid.
  • Neljandaks on mõned lipiidid aktiivsed osalejad biosünteesireaktsioonides.

Rakumembraani valgud

Valgud täidavad mitmeid funktsioone. Mõned täidavad ensüümide rolli, teised aga transpordivad erinevaid aineid keskkonnast rakku ja tagasi.

Membraani struktuur ja funktsioonid on paigutatud nii, et nad tungivad selle läbi ja läbi, luues tiheda ühenduse. Kuid perifeersed valgud ei ole membraaniga tihedalt seotud. Nende ülesanne on säilitada kesta struktuuri, vastu võtta ja teisendada väliskeskkonna signaale ning toimida ka erinevate reaktsioonide katalüsaatorina.

Membraani koostist esindab peamiselt bimolekulaarne kiht. Selle järjepidevus tagab raku barjääri ja mehaanilised omadused. Elulise tegevuse käigus võib tekkida kahekihilise struktuuri rikkumine, mis põhjustab hüdrofiilsete pooride kaudu struktuursete defektide moodustumist. Pärast seda võivad rakumembraani kõik funktsioonid olla häiritud.

Kesta omadused

Rakumembraani omadused tulenevad selle voolavusest, mille tõttu ei ole sellel jäik struktuur. Selle koostise moodustavad lipiidid võivad vabalt liikuda. Saate jälgida rakumembraani asümmeetriat. See on valgu- ja lipiidikihtide koostise erinevuse põhjus.

Rakumembraani polaarsus on tõestatud, see tähendab, et selle välimine pool on positiivse ja sisemine pool negatiivne. Samuti tuleb märkida, et kestal on selektiivne ülevaade. See läbib lisaks veele ainult teatud molekulide rühmi ja lahustunud ainete ioone.

Taime- ja loomorganismide rakumembraani ehituse tunnused

Raku välismembraan ja endoplasmaatiline retikulum on omavahel tihedalt seotud. Sageli on kesta pind kaetud ka erinevate eendite, voltide, mikrovillidega. loomorganismide rakud on väljast kaetud glükoproteiinikihiga, mis täidab retseptor- ja signaalifunktsioone. Taimerakkudes on väljaspool seda kesta veel üks, paks ja mikroskoobi all selgelt nähtav. Kiud, millest see on valmistatud, osaleb lähtekohas toe, näiteks puidu, moodustamisel.

Loomarakkudel on ka välisstruktuurid, mis asuvad väljaspool membraani. Nad täidavad eranditult kaitsefunktsiooni. Näiteks kitiin, mida leidub putukate sisekoes.

Lisaks rakulisele on olemas rakusisene ehk sisemembraan. See jagab raku spetsiaalseteks suletud sektsioonideks, mida nimetatakse organellideks. Nad peavad pidevalt hoidma teatud keskkonda.

Eelneva põhjal võime järeldada, et rakumembraan, mille omadused tõestavad selle tähtsust kogu organismi toimimises, on keeruka koostise ja ehitusega, mis sõltub paljudest sise- ja välisteguritest. Selle kile kahjustamine võib põhjustada rakusurma.

Seega sõltuvad membraani struktuur ja funktsioonid sellest, millises teadus- või tööstusvaldkonnas seda kontseptsiooni rakendatakse. Igal juhul on see element kest või vahesein, mis on painduv ja servadest fikseeritud.

Sõnal membraan on mitmeid tähendusi, kuid üldises tähenduses tähendab see õhukest painduvat vaheseina, membraani või plaati, mis suudab täita erinevaid funktsioone. Selles artiklis räägime teile, mis on membraan bioloogia ja tehnoloogia seisukohast.

Membraan bioloogias

Membraan (ehk rakumembraan) on elastne molekulaarstruktuur, mille ülesanne on kaitsta rakku keskkonna eest. Rakumembraan tagab selle terviklikkuse, samuti vastutab keskkonna ja raku vaheliste vahetusprotsesside eest.

Rakumembraan koosneb valkudest ja lipiididest ning selle paksus on umbes 7 nm. Iga membraani "telliskivi" vastutab antud rakuorgani konkreetse funktsiooni eest. Membraani lipiidid on esindatud kolme tüüpi - fosfolipiidid, glükolipiidid ja kolesterool.

Fosfolipiidid ja glükolipiidid moodustavad hüdrofoobseid ja hüdrofiilseid sektsioone (hüdrofoobsed sektsioonid on suunatud raku sisse ja hüdrofiilsed sektsioonid väljapoole), mis reguleerivad vee ja sarnaste molekulide vahetust raku ja keskkonna vahel. Kolesterool muudab membraani jäigaks.

Membraani moodustavad valgud võivad täita mitmeid funktsioone, näiteks on olemas transportervalgud, mis aitavad vajalikel ainetel rakku sattuda.

Membraan inseneriteaduses

Kaitsemembraan on osa membraanikaitseseadmest, mille ülesandeks on tagada gaasi-auru segu vajalik väljavool teatud rõhul. Selliseid seadmeid kasutatakse protsessiseadmete, torustike jms kaitsmetena.

Ohtlike ülekoormuste korral puruneb membraan, tagades vajaliku "tühjenemise", säilitades samal ajal kalli ja keeruka tehnosüsteemi terviklikkuse.

Otsige jaotisest huvitavamaid mõisteid.

rakumembraan

Pilt rakumembraanist. Väikesed sinised ja valged pallid vastavad lipiidide hüdrofiilsetele "peadele" ja nende külge kinnitatud jooned vastavad hüdrofoobsetele "sabadele". Joonisel on kujutatud ainult integraalsed membraanivalgud (punased gloobulid ja kollased spiraalid). Kollased ovaalsed täpid membraani sees - kolesterooli molekulid Kollakasrohelised helmeste ahelad membraani välisküljel - oligosahhariidahelad, mis moodustavad glükokalüksi

Bioloogiline membraan sisaldab ka erinevaid valke: integraalsed (läbi membraani tungivad), poolintegraalsed (ühest otsast sukeldatud välimisse või sisemisse lipiidikihti), pindmine (asub membraani välimisel või sisemiste külgede kõrval). Mõned valgud on rakumembraani kokkupuutepunktid tsütoskeletiga rakus ja rakuseinaga (kui see on olemas) väljaspool. Mõned integreeritud valgud toimivad ioonkanalite, erinevate transporterite ja retseptoritena.

Biomembraanide funktsioonid

  • barjäär – tagab reguleeritud, selektiivse, passiivse ja aktiivse ainevahetuse keskkonnaga. Näiteks kaitseb peroksisoomi membraan tsütoplasmat rakule ohtlike peroksiidide eest. Selektiivne läbilaskvus tähendab, et membraani läbilaskvus erinevatele aatomitele või molekulidele sõltub nende suurusest, elektrilaengust ja keemilistest omadustest. Valikuline läbilaskvus tagab raku ja raku sektsioonide eraldamise keskkonnast ning varustamise vajalike ainetega.
  • transport – läbi membraani toimub ainete transport rakku ja rakust välja. Transport läbi membraanide tagab: toitainete kohaletoimetamise, ainevahetuse lõpp-produktide eemaldamise, erinevate ainete eritumise, ioonsete gradientide tekke, sobiva pH ja ioonide kontsentratsiooni säilitamise rakus, mis on vajalikud raku toimimiseks. rakulised ensüümid.

Osakesed, mis mingil põhjusel ei suuda läbida fosfolipiidide kaksikkihti (näiteks hüdrofiilsete omaduste tõttu, kuna sees olev membraan on hüdrofoobne ega lase hüdrofiilsetel ainetel läbi minna, või nende suure suuruse tõttu), kuid mis on vajalikud rakk, võib tungida läbi membraani spetsiaalsete kandevalkude (transporterite) ja kanalivalkude kaudu või endotsütoosi teel.

Passiivses transpordis läbivad ained difusiooni teel energiakuluta lipiidide kaksikkihti. Selle mehhanismi variant on hõlbustatud difusioon, mille puhul konkreetne molekul aitab ainel membraani läbida. Sellel molekulil võib olla kanal, mis laseb läbi ainult ühte tüüpi ainet.

Aktiivne transport nõuab energiat, kuna see toimub kontsentratsioonigradiendi taustal. Membraanil on spetsiaalsed pumbavalgud, sealhulgas ATPaas, mis pumpab aktiivselt kaaliumiioone (K +) rakku ja pumpab sealt välja naatriumioone (Na +).

  • maatriks - tagab membraanivalkude teatud suhtelise asukoha ja orientatsiooni, nende optimaalse interaktsiooni;
  • mehaaniline - tagab raku autonoomia, selle rakusisesed struktuurid, aga ka ühenduse teiste rakkudega (kudedes). Rakuseintel on oluline roll mehaanilise funktsiooni tagamisel ja loomadel - rakkudevahelisel ainel.
  • energia - fotosünteesi käigus kloroplastides ja rakuhingamise käigus mitokondrites toimivad nende membraanides energiaülekandesüsteemid, milles osalevad ka valgud;
  • retseptor – mõned membraanis istuvad valgud on retseptorid (molekulid, millega rakk teatud signaale tajub).

Näiteks veres ringlevad hormoonid toimivad ainult sihtrakkudele, millel on neile hormoonidele vastavad retseptorid. Neurotransmitterid (kemikaalid, mis juhivad närviimpulsse) seonduvad ka sihtrakkude spetsiifiliste retseptorvalkudega.

  • ensümaatilised – membraanivalgud on sageli ensüümid. Näiteks sooleepiteelirakkude plasmamembraanid sisaldavad seedeensüüme.
  • biopotentsiaalide genereerimise ja juhtimise rakendamine.

Membraani abil hoitakse rakus konstantset ioonide kontsentratsiooni: K + iooni kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool ja Na + kontsentratsioon palju madalam, mis on väga oluline, kuna see säilitab potentsiaalide erinevuse üle membraani ja tekitab närviimpulsi.

  • raku markeering - membraanil on antigeenid, mis toimivad markeritena - "märgised", mis võimaldavad rakku identifitseerida. Need on glükoproteiinid (st valgud, mille külge on kinnitatud hargnenud oligosahhariidide kõrvalahelad), mis täidavad "antennide" rolli. Arvukate külgahelate konfiguratsioonide tõttu on võimalik iga rakutüübi jaoks teha spetsiifiline marker. Markerite abil suudavad rakud teisi rakke ära tunda ja nendega koos tegutseda, näiteks moodustades elundeid ja kudesid. Samuti võimaldab see immuunsüsteemil võõraid antigeene ära tunda.

Biomembraanide ehitus ja koostis

Membraanid koosnevad kolmest lipiidide klassist: fosfolipiidid, glükolipiidid ja kolesterool. Fosfolipiidid ja glükolipiidid (lipiidid, mille külge on kinnitatud süsivesikud) koosnevad kahest pikast hüdrofoobsest süsivesiniku "sabast", mis on seotud laetud hüdrofiilse "peaga". Kolesterool jäigastab membraani, hõivates vaba ruumi hüdrofoobsete lipiidisabade vahel ja takistades nende paindumist. Seetõttu on madala kolesteroolisisaldusega membraanid paindlikumad, kõrge kolesteroolisisaldusega membraanid aga jäigemad ja rabedamad. Kolesterool toimib ka "sulgurina", mis takistab polaarsete molekulide liikumist rakust ja rakku. Membraani olulise osa moodustavad valgud, mis tungivad sellesse ja vastutavad membraanide erinevate omaduste eest. Nende koostis ja orientatsioon erinevates membraanides on erinev.

Rakumembraanid on sageli asümmeetrilised, see tähendab, et kihid erinevad lipiidide koostiselt, üksiku molekuli üleminekul ühelt kihilt teisele (nn. plätu) on keeruline.

Membraani organellid

Need on suletud üksikud või omavahel ühendatud tsütoplasma osad, mis on hüaloplasmast eraldatud membraanidega. Ühemembraaniliste organellide hulka kuuluvad endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat, lüsosoomid, vakuoolid, peroksisoomid; kahemembraaniliseks - tuum, mitokondrid, plastiidid. Väljaspool on rakk piiratud nn plasmamembraaniga. Erinevate organellide membraanide struktuur erineb lipiidide ja membraanivalkude koostise poolest.

Valikuline läbilaskvus

Rakumembraanidel on selektiivne läbilaskvus: nende kaudu difundeeruvad aeglaselt glükoos, aminohapped, rasvhapped, glütserool ja ioonid ning membraanid ise reguleerivad seda protsessi teatud määral aktiivselt – osad ained läbivad, teised aga mitte. Ainete rakku sisenemiseks või rakust väljumiseks on neli peamist mehhanismi: difusioon, osmoos, aktiivne transport ja ekso- või endotsütoos. Esimesed kaks protsessi on passiivsed, st. ei nõua energiakulusid; viimased kaks on aktiivsed protsessid, mis on seotud energiatarbimisega.

Membraani selektiivne läbilaskvus passiivse transpordi ajal on tingitud spetsiaalsetest kanalitest - integraalsetest valkudest. Nad tungivad läbi ja läbi membraani, moodustades omamoodi läbipääsu. Elementidel K, Na ja Cl on oma kanalid. Kontsentratsioonigradiendi suhtes liiguvad nende elementide molekulid rakku sisse ja välja. Ärrituse korral avanevad naatriumioonikanalid ja naatriumiioonide sissevool rakku toimub järsult. Selle tulemuseks on membraanipotentsiaali tasakaalustamatus. Pärast seda taastatakse membraani potentsiaal. Kaaliumikanalid on alati avatud, nende kaudu sisenevad kaaliumiioonid aeglaselt rakku.

Lingid

  • Bruce Alberts et al. Raku molekulaarbioloogia. - 5. väljaanne - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - ingliskeelne molekulaarbioloogia õpik. keel
  • Rubin A.B. Biofüüsika, õpik 2 kd. . - 3. trükk, muudetud ja täiendatud. - Moskva: Moscow University Press, 2004. - ISBN 5-211-06109-8
  • Gennis R. Biomembraanid. Molekulaarne struktuur ja funktsioonid: tõlge inglise keelest. = Biomembraanid. Molekulaarne struktuur ja funktsioon (autor. Robert B. Gennis). - 1. väljaanne. - Moskva: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
  • Ivanov V.G., Berestovski T.N. bioloogiliste membraanide lipiidide kaksikkiht. - Moskva: Nauka, 1982.
  • Antonov V.F., Smirnova E.N., Ševtšenko E.V. Lipiidmembraanid faasisiirde ajal. - Moskva: Nauka, 1994.

Vaata ka

  • Vladimirov Yu. A., Bioloogiliste membraanide komponentide kahjustused patoloogilistes protsessides

Wikimedia sihtasutus. 2010 .

  • Membraan (portaal)
  • rakumembraan

Vaadake, mis on "Cell Membrane" teistes sõnaraamatutes:

    Cells – hankige Akademika kosmeetikagaleriis töötav sooduskupong või ostke kosmeetikagaleriist soodsalt tasuta kohaletoimetamisega rakke

    Muelleri rakud- Mülleri rakud on selgroogse silma võrkkesta gliaalrakud. Need on neuronite järel levinumad võrkkesta rakud. Mõned autorid peavad neid spetsiaalseteks fibrillaarseteks astrotsüütideks. Esmakordselt kirjeldas saksa anatoom Heinrich Müller ... Wikipedia

    MEMBRAAN- MEMBRAAN, bioloogias, piirkiht elusraku või koe sees või ümber. Rakumembraanide hulka kuuluvad rakku ümbritsev plasmamembraan, rakusisene membraanide süsteem (ENDOPLASMAATNE VÕRK) ja rakku ümbritsev topeltmembraan. Teaduslik ja tehniline entsüklopeediline sõnastik

    bioloogiline membraan- Keeruline kõrgelt organiseeritud supramolekulaarne struktuur, mis on iga raku ruumilise ja funktsionaalse korralduse aluseks ja mis mängib selle elus võtmerolli. [RCTU im. DI. Mendelejev, membraanitehnoloogia osakond] Teemad … Tehnilise tõlkija käsiraamat

    Membraan- * membraan * membraan on õhuke piirstruktuur, mis paikneb rakkude ja rakusiseste osakeste, samuti rakusisu tuubulite ja vesiikulite pinnal. Täidab erinevaid bioloogilisi funktsioone tagab rakkude läbilaskvuse ... ... Geneetika. entsüklopeediline sõnaraamat

    Välimine membraan- rakuseina välimine kiht (vt) grambakterid. Aluseks M. n. on lipopolüsahhariidi ja lipoproteiini kihid, mis moodustavad maatriksi, millesse on suletud spetsiifilised (maatriks) valgud. 2 maatriksvalgu (poriini) molekulid kombinatsioonis ... ... Mikrobioloogia sõnaraamat

    Bruchi membraan- Võrkkesta kihid RPE võrkkesta pigmendi epiteel OS fotoretseptorite välimine segment IS fotoretseptorite sisemine segment ONL välimine tuumakiht OP ... Wikipedia

    Membraan (bioloogia)

    rakumembraan- Sellel terminil on ka teisi tähendusi, vt Membraan Rakumembraani pilt. Väikesed sinised ja valged pallid vastavad lipiidide hüdrofiilsetele "peadele" ja nende külge kinnitatud jooned vastavad hüdrofoobsetele "sabadele". Joonisel on ... ... Vikipeedia

    membraan- (lat. membrana skin) 1) venitatud kile, metallfoolium või õhuke painduv metallplaat, mis tajub õhurõhku (kõikumisi) ja muudab selle mehaaniliseks liikumiseks (näiteks aneroidides, mikrofonides) või ... ... Vene keele võõrsõnade sõnastik

    rakumembraan- (lat. membraannahk) elusraku protoplasmat ümbritsev bioloogiline "nahk" (vt Rakk). Osaleb raku ja selle keskkonna vahelise ainevahetuse reguleerimises. Mõnes rakus on rakumembraan ainus struktuur, mis teenib ... ... Kaasaegse loodusteaduse kontseptsioonid. Põhimõistete sõnastik

Raamatud

  • Membraanvalgud, Saate "Hinga sügavalt" loominguline meeskond. Membraanvalgud hõlmavad rakumembraani või rakuorganelli membraani sisseehitatud või sellega seotud valke. Umbes 25% kõigist valkudest on membraanivalgud. Mobiilside ... Osta audioraamat 49 rubla eest

Väljaspool on rakk kaetud ligikaudu 6-10 nm paksuse plasmamembraaniga (või välimise rakumembraaniga).

Rakumembraan on tihe valkude ja lipiidide (peamiselt fosfolipiidide) kile. Lipiidimolekulid on paigutatud korrapäraselt - pinnaga risti, kahes kihis, nii et nende osad, mis veega intensiivselt interakteeruvad (hüdrofiilsed), on suunatud väljapoole ja vee suhtes inertsed (hüdrofoobsed) osad on suunatud sissepoole.

Valgu molekulid paiknevad mittepideva kihina lipiidide karkassi pinnal mõlemal küljel. Mõned neist on sukeldatud lipiidikihti ja mõned läbivad seda, moodustades vett läbilaskvad alad. Need valgud täidavad erinevaid funktsioone – osad neist on ensüümid, teised transpordivalgud, mis osalevad teatud ainete ülekandmisel keskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.

Rakumembraani põhifunktsioonid

Bioloogiliste membraanide üks peamisi omadusi on selektiivne läbilaskvus (poolläbilaskvus)- osad ained läbivad neid vaevaliselt, teised kergesti ja isegi suurema kontsentratsiooni suunas.Seega on enamiku rakkude puhul Na ioonide kontsentratsioon sees palju väiksem kui keskkonnas. K-ioonide puhul on iseloomulik vastupidine suhe: nende kontsentratsioon rakusisene on suurem kui väljaspool. Seetõttu kipuvad Na-ioonid alati rakku sisenema ja K-ioonid väljuma. Nende ioonide kontsentratsioonide ühtlustumist takistab spetsiaalse süsteemi olemasolu membraanis, mis täidab pumba rolli, mis pumpab Na ioone rakust välja ja pumpab samaaegselt K ioone sisse.

Na-ioonide soovi liikuda väljast sissepoole kasutatakse suhkrute ja aminohapete transportimiseks rakku. Na-ioonide aktiivse eemaldamisega rakust luuakse tingimused glükoosi ja aminohapete sisenemiseks sellesse.


Paljudes rakkudes toimub ainete imendumine ka fagotsütoosi ja pinotsütoosi teel. Kell fagotsütoos painduv välismembraan moodustab väikese süvendi, kuhu kinnipüütud osake siseneb. See süvend suureneb ja välismembraani osaga ümbritsetuna sukeldub osake raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi nähtus on iseloomulik amööbile ja mõnedele teistele algloomadele, samuti leukotsüütidele (fagotsüüdid). Samamoodi neelavad rakud vedelikke, mis sisaldavad rakule vajalikke aineid. Seda nähtust on kutsutud pinotsütoos.

Erinevate rakkude välismembraanid erinevad oluliselt nii nende valkude ja lipiidide keemilise koostise kui ka suhtelise sisalduse poolest. Just need tunnused määravad ära erinevate rakkude membraanide füsioloogilise aktiivsuse mitmekesisuse ning nende rolli rakkude ja kudede elus.

Raku endoplasmaatiline retikulum on ühendatud välismembraaniga. Välismembraanide abil viiakse läbi erinevat tüüpi rakkudevahelisi kontakte, s.t. side üksikute rakkude vahel.

Paljusid rakutüüpe iseloomustab nende pinnal suur hulk eendeid, voldid, mikrovilli. Need aitavad kaasa nii rakkude pindala olulisele suurenemisele kui ka ainevahetuse parandamisele, aga ka üksikute rakkude tugevamatele sidemetele.

Rakumembraani välisküljel on taimerakkudel optilises mikroskoobis selgelt nähtavad paksud membraanid, mis koosnevad tselluloosist (tselluloosist). Need loovad taimekudedele (puidule) tugeva toe.

Mõnedel loomse päritoluga rakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis paiknevad rakumembraani peal ja on kaitsva iseloomuga. Näiteks võib tuua putukate katterakkude kitiin.

Rakumembraani funktsioonid (lühidalt)

FunktsioonKirjeldus
kaitsebarjäärEraldab raku siseorganellid väliskeskkonnast
ReguleerivadSee reguleerib ainete vahetust raku sisemise sisu ja väliskeskkonna vahel.
Piiritlemine (lahterdamine)Lahtri siseruumi eraldamine sõltumatuteks plokkideks (sektsioonideks)
Energia- Energia kogunemine ja muundamine;
- fotosünteesi valgusreaktsioonid kloroplastides;
- Imendumine ja sekretsioon.
Retseptor (teave)Osaleb erutuse kujunemises ja selle läbiviimises.
MootorTeostab raku või selle üksikute osade liikumist.

STRUKTUURNEBIOLOOGILISTE MEMBRAANIDE ORGANISATSIOON JA FUNKTSIOON

Bioloogilised membraanid on väga selektiivsete omadustega aktiivne molekulaarne kompleks, mis tagab ainete ja energia vahetuse keskkonnaga. Membraanid sisaldavad spetsiifilisi molekulaarseid pumpasid ja kanaleid, mis reguleerivad rakusisese keskkonna molekulaarset ja ioonilist koostist. Lisaks välisele tsütoplasmaatiline membraan (plasmolemma) eukarüootsetel rakkudel on ka sisemembraanid, mis piiravad erinevaid rakusisest sektsioonid(sektsioonid), nagu mitokondrid, lüsosoomid, kloroplastid jne. Membraanid reguleerivad ka infovahetust rakkude ja keskkonna vahel (väliste stiimulite tajumine) jne. Membraanid erinevad nii funktsiooni kui ka ehituse poolest. Siiski on neil kõigil järgmised põhiomadused:

■ membraanid on mitme molekuli paksune tihe struktuur, 60-100 A, moodustades pideva vaheseina üksikute rakkude ja rakusiseste sektsioonide vahel;

■ Membraanid koosnevad peamiselt lipiididest ja valkudest. Membraanid sisaldavad ka süsivesikute koostisained, seotud lipiidide ja valkudega;

■ Membraani lipiidid on esindatud suhteliselt väikeste molekulidega, mis kannavad hüdrofiilseid ja hüdrofoobseid rühmi. Vesikeskkonnas tekivad need molekulid spontaanselt suletud bimolekulaarsed kihid, mis takistavad polaarsete ühendite tungimist;

■ enamikku membraani funktsioone vahendavad spetsiifilised valgud, mis võivad toimida pumpade, kanalite, retseptorite, ensüümidena jne.

Membraanides on kolm peamist tüüpi lipiide: fosfolipiidid, glükolipiidid Ja kolesterooli.

MEMBRAANIDE STRUKTUUR

membraani fosfolipiidid. Membraanide lipiidkomponentide hulgas on juhtiv roll fosfolipiidid- ained, mis on saadud alkoholist või kolmehüdroksüülsest alkoholist glütserool (glütserofosfolipiidid), või keerulisem alkohol sfingosiin (sfingofosfolipiidid). Kõik peamised glütserofosfolipiidid on derivaadid fosfatiidhape, esterdatud alkoholide hüdroksüülrühmaga nagu seeria (seriinfosfatiidid- tsefaliinid), etanoolamiin, koliin (koliinfosfatiidid), kardiolipiin (difosfatidüülglütserool) ja inositool (fosfaat-fatidüülinositool).

Sfingofosfolipiididest on peamine sfingomüeliin, mis põhineb sfingosiin- pika küllastumata süsivesinikahelaga aminoalkohol. Sfingomüeliin sisaldab ka lämmastikku sisaldavat aluskoliini.

Sõltumata struktuurilisest mitmekesisusest on iga veekeskkonnas leiduv fosfolipiidimolekul polaarse pea ja mittepolaarse sabaga amfipaatne molekul. Polaarpea moodustub alkoholirühmade, lämmastikualuste ja fosforhappe jääkidest. Sabaosa on tingitud kahe küllastunud ja küllastumata seeria rasvhappe radikaalidest. Amfipaatiliste omaduste tõttu moodustavad fosfolipiidid vesikeskkonnas spontaanselt lipiidide kaksikkihte, kus fosfolipiidide polaarpead on suunatud raku lahustuva osa poole, moodustades veedipoolidega vesiniksidemeid ja mittepolaarsed sabad on kaksikkihi sees. , mis on hüdrofoobsete interaktsioonide tõttu kokku kinnitatud. See on fosfolipiidide kahekihiline struktuur, mis määrab membraanide poolläbilaskvad omadused.

Näited hõlmavad fosfatidüületanoolamiini ja fosfatidüülkoliini. Mõlemal on molekuli ülemises osas polaarpead NH4 (fosfatidüületanoolamiin) ja N+ (fosfatidüülkoliin), mis on seotud fosforhappe ja glütserooli jäägi kaudu kahe rasvhappejäägiga, millest üks on küllastunud, teine ​​on küllastumata. (joonis 1).

1972. aastal sõnastasid S. J. Singer ja G. Nicholson membraanistruktuuri teooria, mille kohaselt on membraanidel vedel-mosaiikne struktuur. Normaalsel rakutemperatuuril on membraani kaksikkiht vedelas olekus, mille tagab teatud suhe küllastunud ja küllastumata rasvhapete vahel polaarsete fosfolipiidide hüdrofoobsetes sabades. Küllastumata sidemetega rasvhappeid iseloomustab suurem paindlikkus (erinevalt küllastunud rasvhapetest) ja võime tekitada painutusi, mis takistab tihedat pakkimist, raskendab membraanide "külmutamist" ja mõjutab seega nende voolavust ().

Süsivesinike pakkimine kaksikkihis oleneb temperatuurist. Madalatel temperatuuridel on kaksikkiht geeli kujul ja tihedalt pakitud, kõrgel temperatuuril (kehatemperatuuril) aga kaksikkiht tegelikult "sulab" ja muutub vedelaks, võimaldades lipiidimolekulidel ümber oma telje liikuda, pöörlema ​​ja kohti vahetada. . See omakorda soodustab teiste komponentide, eelkõige valkude liikumist membraanis.

membraani glükolipiidid. Membraanide järgmine oluline komponent on glükolipiidid – süsivesikuid sisaldavad lipiidid. Loomarakkude glükolipiidid, nagu sfingomüeliin, on sfingosiinalkoholi derivaadid, mis on seotud atsüülradikaaliga. Nende lipiidide erinevus seisneb selles, et glükolipiidides on üks või mitu suhkrujääki seotud sfingosiinjäägiga ja sfingomüeliinis - fosforüülkoliiniga.

Glükolipiidid võivad olla lihtsad või keerulised. Lihtsaim glükolipiid tserebrosiid, mis sisaldab ainult ühte suhkrujääki (glükoosi või galaktoosi). Keerulisemates glükolipiidides võib suhkrujääkide arv ulatuda seitsmeni (gangliosiidid)

Membraanides olevad glükolipiidid võivad mängida kaitsvat, pooljuhti, retseptoreid siduvat rolli. Molekulide hulgas, mis võivad seostuda glükolipiididega, on ka rakumürke nagu koolera, teetanusetoksiin jne.

Teine lipiidide esindaja membraanides on kolesterool. Selle kogus membraanides varieerub sõltuvalt rakutüübist. Plasmamembraanides on iga fosfolipiidimolekuli kohta keskmiselt umbes 1 kolesterooli molekul. Teistel (näiteks bakteritel) pole kolesterooli üldse. Kolesteroolil, nagu fosfolipiididel, on polaarsed ja mittepolaarsed piirkonnad.

Membraanide sees interkaleerub kolesterool fosfolipiidide vahele ja orienteerub samas suunas kui fosfolipiidimolekulid ise. Seega on kolesterooli polaarpead samal tasapinnal fosfolipiidide polaarpeadega (joonis 2).

Membraanides täidab kolesterool järgmisi funktsioone:

■ fikseerida paar esimest lähimat süsivesinikrühma, mis moodustavad fosfolipiidrasvhappeid. See muudab lipiidide kaksikkihi deformatsioonile vastupidavamaks ja piirab väikeste veeslahustuvate molekulide läbipääsu nendest. Kolesterooli puudumisel (nagu näiteks bakteritel) vajab rakk kesta;

■ takistab süsivesinike kristalliseerumist ja faasinihkeid membraanis.

membraani valgud. IN kui membraani lipiidid vastutavad läbilaskvusbarjääri loomise eest, siis membraanivalgud vahendavad üksikuid membraani funktsioone, st ainete transporti, informatsiooni, energia ülekandmist jne. Lipiidide ja valkude suhe erinevates membraanides võib olla erinev, näiteks müeliin , närvirakkude isolaator, sisaldab ainult 18% valke ja 76% lipiide ning mitokondriaalne sisemembraan, vastupidi, sisaldab 76% valke ja ainult 24% lipiide. Sõltuvalt lokaliseerimise olemusest membraanides eraldatakse integraalsed (transmembraansed), perifeersed ja "ankurdatud" valgud.

Integraalne valgud tungivad läbi membraani kaksikkihi ja läbi nende bifiilsed omadused on selles fikseeritud. Valke, mis läbivad membraani ainult üks kord, nimetatakse üksikult tungivad valgud ja mitu korda korduvalt läbitungiv.

Välisseade valgud paiknevad membraanide pinnal ja neid hoiavad koos ainult elektrostaatilised vastasmõjud ja vesiniksidemed. Üsna sageli kinnituvad perifeersed valgud integraalsete valkude mõne piirkonna külge (joonis 3).

Oligosahhariidid Glükoproteiinid Oligosahhariidid

Riis. 3. Membraanide valgu koostis

"Ankurdatud" valgud fikseeritakse membraanides lühikese saba lipofiilsete domeenide abil, mis moodustuvad kas hüdrofoobsete aminohappejääkide (tsütokroom) arvelt b5 ), või kovalentselt seotud atsüülradikaalide tõttu (ensüüm aluseline fosfataas).

Valkude piirkonnad, mis on silmitsi rakuvälise keskkonnaga, võivad alluda glükosüülimisele.

transpordivalgud. Membraanvalgud mängivad otsustavat rolli ainete transportimisel läbi membraanide ning selle rolli täitmiseks sobivad kõige paremini integraalsed valgud, mis katavad nii rakusisese kui ka rakkudevahelise ruumi.

Valgud transpordivad aineid läbi membraanide mitmel viisil; nad võivad käituda kui valgupumbad, kanalid, konveierid.

ATP-st sõltuvad pumbad, esindama ATPaas, mis soodustavad lõhenemisenergia tõttu ioonide või väikeste molekulide liikumist läbi membraanide nende kontsentratsioonigradienti (või elektrokeemilise potentsiaali) vastu. APR. Seda transpordiliiki tuntakse kui aktiivne transport. Teatud keemilised reaktsioonid on seotud aktiivse transpordiga, näiteks tänu sellistele pumpadele loomarakkudes säilib raku sees madal Ca2 + kontsentratsioon ja kõrge Na + ioonide sisaldus rakkudevahelises ruumis rakkude lüsosoomides, taimerakkude vakuoolides. .

Valgu kanalid tagavad veemolekulide ja teiste molekulide ja ioonide kiire (kuni 108 molekuli sekundis) samaaegse liikumise nende kontsentratsioonigradienti (või elektrokeemilise potentsiaali) vähenemise suunas. Sellised molekulide liikumised on tavaliselt energeetiliselt soodsad. Seega sisaldavad kõikide loomarakkude plasmamembraanid K + - spetsiifilisi valgukanaleid, mis avanevad ja sulguvad teatud ajahetkel. Teised valgukanalid on sel ajal suletud ja avanevad ainult vastusena spetsiaalsetele signaalidele. Sellised kanalid mängivad närvirakkudes eriti olulist rolli.

Transportervalgud soodustada erinevate ioonide ja molekulide transporti läbi membraani; aga erinevalt kanalivalkudest seovad transportervalgud ühe (või enama) substraadimolekuli korraga, mis viib valgu konformatsiooni muutumiseni ja selle tulemusena nende seotud molekulide transpordini läbi membraani. Sellised transportijad võivad vedada 102-104 molekule sekundis, mis on palju aeglasem kui liikumine läbi valgukanalite.

On leitud 3 tüüpi transportervalku.

Uniporterid viia läbi loomarakkude membraani sama tüüpi molekule nende kontsentratsioonigradiendi vähendamise suunas, näiteks glükoos, aminohapped.

Antiporterid Ja importijad pakkuda sidusust ühistransport mõnede molekulide või ioonide liikumine läbi membraani nende kontsentratsioonigradienti vastu koos teiste molekulide või ioonide liikumisega nende liikumise protsessis nende kontsentratsioonigradiendi vähenemise suunas.

AKTIIVNE TRANSPORTLÄBI MEMBRAANI

aktiivne transport- see on ainete transportimine läbi membraanide lõhustamisenergia tarbimise tõttu APR. Aktiivne transport transpordib mõningaid ioone ja väikeseid molekule nende kontsentratsioonigradienti vastu.

Valgud, mis osalevad aktiivses transpordis läbi membraanide (valgupumbad), tinglikult jagatud 4 klassi: valkude superperekond ABC, klassi valgud R.,F., Ja v. klassi valgud R.,F. ja V transpordib ainult ioone, ja ABC- väikesed molekulid ja ioonid.

Valgud (pumbad) R. - klass koosneb 2 subühikust - α ja β; α-subühik sisaldab ATP-d sidumissaiti ja on katalüütiline ning β-subühik - reguleeriv. Enamik selle klassi valke on tetrameerid, mis koosnevad 2 α ja 2 β subühikust. Transpordi käigus fosforüülitakse esmalt vähemalt üks α-subühikutest (seega nimetatakse seda "P"-ks) ja selle kaudu toimub ioonide transport.

P-klassi valkude hulka kuuluvad:

■ Na+/K+- ATPaas - ensüüm, mis paikneb plasmamembraanis ja reguleerib Na+ ja K+ ioonide intratsellulaarset sisaldust loomarakkudes;

■ Ca2+-ATRaas – pumpab Ca2+ ioone tsütosoolist rakkudevahelisse ruumi nende kontsentratsioonigradiendi vastu, et säilitada madal kaltsiumi tase (10-2 M) looma-, pärmi- ja taimerakkude tsütoplasmas. Lisaks plasmale Ca2+-ATPaas lihasrakud sisaldavad ka teist Ca2+-ATPaasi (lihase Ca2+ pump), mis pumpab kaltsiumiioone tsütosoolist sarkoplasmaatilisesse retikulumi (SR), rakusisese kaltsiumi ladu;

■ imetajate mao epiteelirakkude membraanivalgud, mis soodustavad vesinikkloriidhappe voolu makku;

■ H+ pumbad, mis transpordivad rakust vesinikprootoneid, selle asemel et K+ ioonid rakku voolata;

■ H+ - pumbad, mis reguleerivad membraani elektrilist potentsiaali taimede, seente, bakterite rakkudes. Need pumbad ei sisalda fosfoproteiini osa.

Iooniklassi pumbad F Ja V struktuurselt üksteisega sarnased, kuid palju keerulisemad kui klassi P valgud.Pumbad F ja V koosneb 3 transmembraansest valgust ja 5 erinevast polüpeptiidist, mis on orienteeritud valgu tsütosoolsele osale ja moodustavad intratsütosoolse domeeni. Mõned transmembraansete valkude subühikud, mis on orienteeritud biomembraanide välisosale, on struktuurilt sarnased intratsütosoolse domeeni polüpeptiididega.

V klassi pumbad on peamiselt seotud madala pH säilitamisega taimede vakuoolides ning lüsosoomides ja muudes happevesiikulites loomarakkudes, kulutades lõhustamisenergiat. APR ja vesinikprootonite pumpamine läbi membraani tsütosoolist rakkudevahelisse ruumi prootoni elektrokeemilise gradiendi vastu. Klassi F pumpasid leidub bakterite plasmamembraanides, kloroplastides ja mitokondriaalsetes membraanides. Erinevalt V klassi pumpadest on nende funktsioon suunatud peamiselt sünteesile APR alates AGADR ja anorgaaniline fosfaat, mis on tingitud vesinikprootonite liikumisest tsütosoolsest membraanidevahelisest ruumist elektrokeemilise gradiendi vähenemise suunas.

Viimane ATP-sõltuvate transpordivalkude klass on superperekond ABC (APR-siduv kassett). Sellesse klassi kuulub kuni 100 erinevat transportvalku ja neid leidub kõigi organismide rakkudes. Iga ABC valk on spetsiifiline ühe kindla substraadi või sarnaste substraatide rühma, sealhulgas ioonide, süsivesikute, peptiidide, polüsahhariidide ja isegi valkude suhtes.

Kõiki ABC – transportvalke ühendab 4 peamise domeeni – kahe transmembraanse domeeni – olemasolu (T), moodustades niinimetatud värava molekulide "läbipääsuks" läbi membraani ja kaks sidumises osalevat intratsütosoolset domeeni (A) APR. ABC-valkudes võib olla üks või kaks sellist ATP-d siduvat saiti ja neid nimetatakse sageli ATPaasideks, kuigi need ei ilmu alati APR - hüdrolüüsivad omadused. Mõnel juhul võivad sellised transmembraansed valgud avaldada ATP-d sünteesivaid omadusi, mis mängivad sünteesis otsustavat rolli. APR mitokondriaalsetes membraanides.