Caratteristiche della membrana cellulare. Membrana cellulare (plasmatica), le sue funzioni principali

membrana plasmatica , O plasmalemma,- la membrana più permanente, basilare, universale per tutte le cellule. È il film più sottile (circa 10 nm) che copre l'intera cella. Il plasmalemma è costituito da molecole di proteine ​​e fosfolipidi (Fig. 1.6).

Le molecole di fosfolipidi sono disposte su due file: estremità idrofobe verso l'interno, teste idrofile verso l'ambiente acquatico interno ed esterno. In alcuni punti, il doppio strato (doppio strato) di fosfolipidi è permeato da molecole proteiche (proteine ​​integrali). All'interno di tali molecole proteiche ci sono canali - pori attraverso i quali passano sostanze idrosolubili. Altre molecole proteiche permeano la metà del doppio strato lipidico da un lato o dall'altro (proteine ​​semi-integrali). Sulla superficie delle membrane delle cellule eucariotiche ci sono proteine ​​​​periferiche. Le molecole lipidiche e proteiche sono tenute insieme da interazioni idrofile-idrofobiche.

Proprietà e funzioni delle membrane. Tutte le membrane cellulari sono strutture fluide mobili, poiché le molecole di lipidi e proteine ​​non sono legate da legami covalenti e sono in grado di muoversi abbastanza velocemente nel piano della membrana. A causa di ciò, le membrane possono cambiare la loro configurazione, cioè hanno fluidità.

Le membrane sono strutture molto dinamiche. Si riprendono rapidamente dai danni e si allungano e si contraggono con i movimenti cellulari.

Le membrane di diversi tipi cellulari differiscono significativamente sia nella composizione chimica che nel contenuto relativo di proteine, glicoproteine ​​e lipidi in esse contenute e, di conseguenza, nella natura dei recettori in esse presenti. Ogni tipo cellulare è quindi caratterizzato da un'individualità che è principalmente determinata glicoproteine. Sono coinvolte le glicoproteine ​​a catena ramificata che sporgono dalla membrana cellulare riconoscimento dei fattori ambiente esterno, così come nel riconoscimento reciproco delle cellule correlate. Ad esempio, un uovo e uno spermatozoo si riconoscono l'un l'altro dalle glicoproteine ​​della superficie cellulare che si incastrano come elementi separati di un'intera struttura. Tale mutuo riconoscimento è una tappa necessaria che precede la fecondazione.

Un fenomeno simile si osserva nel processo di differenziazione dei tessuti. In questo caso, cellule simili nella struttura con l'aiuto del riconoscimento delle sezioni del plasmalemma si orientano correttamente l'una rispetto all'altra, assicurando così la loro adesione e formazione di tessuto. Associato al riconoscimento regolamentazione dei trasporti molecole e ioni attraverso la membrana, nonché una risposta immunologica in cui le glicoproteine ​​svolgono il ruolo di antigeni. Gli zuccheri possono quindi funzionare come molecole informative (simili alle proteine ​​e agli acidi nucleici). Le membrane contengono anche specifici recettori, portatori di elettroni, convertitori di energia, proteine ​​enzimatiche. Le proteine ​​sono coinvolte nel garantire il trasporto di determinate molecole all'interno o all'esterno della cellula, effettuano la connessione strutturale del citoscheletro con le membrane cellulari o fungono da recettori per ricevere e convertire segnali chimici dall'ambiente.

La proprietà più importante della membrana è anche permeabilità selettiva. Ciò significa che le molecole e gli ioni lo attraversano a velocità diverse, e maggiore è la dimensione delle molecole, più lento è il loro passaggio attraverso la membrana. Questa proprietà definisce la membrana plasmatica come barriera osmotica. L'acqua ei gas in essa disciolti hanno il massimo potere penetrante; gli ioni passano attraverso la membrana molto più lentamente. Viene chiamata la diffusione dell'acqua attraverso una membrana osmosi.

Esistono diversi meccanismi per il trasporto di sostanze attraverso la membrana.

Diffusione- penetrazione delle sostanze attraverso la membrana lungo il gradiente di concentrazione (dalla zona dove la loro concentrazione è maggiore alla zona dove la loro concentrazione è minore). Il trasporto diffuso di sostanze (acqua, ioni) viene effettuato con la partecipazione di proteine ​​​​di membrana, che hanno pori molecolari, o con la partecipazione della fase lipidica (per sostanze liposolubili).

A diffusione facilitata speciali proteine ​​trasportatrici di membrana si legano selettivamente all'uno o all'altro ione o molecola e le trasportano attraverso la membrana lungo un gradiente di concentrazione.

trasporto attivoè associato ai costi energetici e serve a trasportare le sostanze contro il loro gradiente di concentrazione. Lui effettuato da speciali proteine ​​​​portatrici, che formano il cosiddetto pompe ioniche. La più studiata è la pompa Na - / K - nelle cellule animali, che pompa attivamente gli ioni Na +, mentre assorbe gli ioni K -. A causa di ciò, nella cellula vengono mantenute una grande concentrazione di K - e una minore Na + rispetto all'ambiente. Questo processo consuma l'energia dell'ATP.

Come risultato del trasporto attivo con l'aiuto di una pompa a membrana, anche la concentrazione di Mg 2- e Ca 2+ viene regolata nella cellula.

Nel processo di trasporto attivo di ioni nella cellula, vari zuccheri, nucleotidi e amminoacidi penetrano attraverso la membrana citoplasmatica.

Le macromolecole di proteine, acidi nucleici, polisaccaridi, complessi lipoproteici, ecc. Non passano attraverso le membrane cellulari, a differenza di ioni e monomeri. Il trasporto di macromolecole, dei loro complessi e particelle nella cellula avviene in un modo completamente diverso: attraverso l'endocitosi. A endocitosi (endo...- all'interno) una certa sezione del plasmalemma cattura e, per così dire, avvolge il materiale extracellulare, racchiudendolo in un vacuolo di membrana che si è formato a seguito dell'invaginazione della membrana. Successivamente, tale vacuolo è collegato a un lisosoma, i cui enzimi scompongono le macromolecole in monomeri.

Il processo inverso di endocitosi è esocitosi (es...- al di fuori). Grazie a lui, la cellula rimuove prodotti intracellulari o residui non digeriti racchiusi in vacuoli o pu-

bolle. La vescicola si avvicina alla membrana citoplasmatica, si fonde con essa e il suo contenuto viene rilasciato nell'ambiente. Come vengono escreti gli enzimi digestivi, gli ormoni, l'emicellulosa, ecc.

Pertanto, le membrane biologiche, in quanto principali elementi strutturali della cellula, servono non solo come confini fisici, ma come superfici funzionali dinamiche. Sulle membrane degli organelli vengono eseguiti numerosi processi biochimici, come l'assorbimento attivo di sostanze, la conversione di energia, la sintesi di ATP, ecc.

Funzioni delle membrane biologiche il seguente:

Delimitano il contenuto della cellula dall'ambiente esterno e il contenuto degli organelli dal citoplasma.

Forniscono il trasporto di sostanze dentro e fuori la cellula, dal citoplasma agli organelli e viceversa.

Svolgono il ruolo di recettori (ricezione e conversione di segnali dall'ambiente, riconoscimento di sostanze cellulari, ecc.).

Sono catalizzatori (che forniscono processi chimici a membrana).

Partecipa alla trasformazione dell'energia.

L'unità strutturale di base di un organismo vivente è una cellula, che è una sezione differenziata del citoplasma circondata da una membrana cellulare. In considerazione del fatto che la cellula svolge molte funzioni importanti, come la riproduzione, l'alimentazione, il movimento, il guscio deve essere plastico e denso.

Storia della scoperta e della ricerca della membrana cellulare

Nel 1925, Grendel e Gorder realizzarono con successo un esperimento per identificare le "ombre" degli eritrociti, o gusci vuoti. Nonostante diversi grossolani errori commessi, gli scienziati hanno scoperto il doppio strato lipidico. Il loro lavoro fu continuato da Danielli, Dawson nel 1935, Robertson nel 1960. Come risultato di molti anni di lavoro e dell'accumulo di discussioni nel 1972, Singer e Nicholson hanno creato un modello a mosaico fluido della struttura della membrana. Ulteriori esperimenti e studi hanno confermato il lavoro degli scienziati.

Senso

Cos'è una membrana cellulare? Questa parola cominciò ad essere usata più di cento anni fa, tradotta dal latino significa "pellicola", "pelle". Quindi designa il confine della cella, che è una barriera naturale tra i contenuti interni e l'ambiente esterno. La struttura della membrana cellulare suggerisce una semi-permeabilità, grazie alla quale l'umidità, i nutrienti e i prodotti di decomposizione possono attraversarla liberamente. Questo guscio può essere definito il principale componente strutturale dell'organizzazione della cellula.

Considera le principali funzioni della membrana cellulare

1. Separa il contenuto interno della cella e i componenti dell'ambiente esterno.

2. Aiuta a mantenere costante la composizione chimica della cellula.

3. Regola il corretto metabolismo.

4. Fornisce l'interconnessione tra le celle.

5. Riconosce i segnali.

6. Funzione di protezione.

"Guscio al plasma"

La membrana cellulare esterna, chiamata anche membrana plasmatica, è una pellicola ultramicroscopica con uno spessore compreso tra cinque e sette nanometri. È costituito principalmente da composti proteici, fosfolide, acqua. Il film è elastico, assorbe facilmente l'acqua e ripristina rapidamente la sua integrità anche dopo il danneggiamento.

Differisce in una struttura universale. Questa membrana occupa una posizione limite, partecipa al processo di permeabilità selettiva, escrezione di prodotti di decadimento, li sintetizza. Il rapporto con i "vicini" e la protezione affidabile del contenuto interno dai danni ne fanno un componente importante in una questione come la struttura della cella. La membrana cellulare degli organismi animali a volte risulta essere ricoperta dallo strato più sottile: il glicocalice, che include proteine ​​​​e polisaccaridi. Le cellule vegetali al di fuori della membrana sono protette da una parete cellulare che funge da supporto e mantiene la forma. Il componente principale della sua composizione è la fibra (cellulosa), un polisaccaride insolubile in acqua.

Pertanto, la membrana cellulare esterna svolge la funzione di riparazione, protezione e interazione con altre cellule.

La struttura della membrana cellulare

Lo spessore di questo guscio mobile varia da sei a dieci nanometri. La membrana cellulare di una cellula ha una composizione speciale, la cui base è il doppio strato lipidico. Le code idrofobe, che sono inerti all'acqua, si trovano all'interno, mentre le teste idrofile, che interagiscono con l'acqua, sono rivolte verso l'esterno. Ogni lipide è un fosfolipide, che è il risultato dell'interazione di sostanze come il glicerolo e la sfingosina. L'impalcatura lipidica è strettamente circondata da proteine, che si trovano in uno strato non continuo. Alcuni di loro sono immersi nello strato lipidico, il resto lo attraversa. Di conseguenza, si formano aree permeabili all'acqua. Le funzioni svolte da queste proteine ​​sono diverse. Alcuni di essi sono enzimi, il resto sono proteine ​​​​di trasporto che trasportano varie sostanze dall'ambiente esterno al citoplasma e viceversa.

La membrana cellulare è permeata e strettamente connessa con le proteine ​​integrali, mentre la connessione con quelle periferiche è meno forte. Queste proteine ​​svolgono un'importante funzione, che è quella di mantenere la struttura della membrana, ricevere e convertire segnali dall'ambiente, trasportare sostanze e catalizzare le reazioni che avvengono sulle membrane.

Composto

La base della membrana cellulare è uno strato bimolecolare. Grazie alla sua continuità, la cella ha proprietà barriera e meccaniche. In diverse fasi della vita, questo doppio strato può essere interrotto. Di conseguenza, si formano difetti strutturali attraverso i pori idrofili. In questo caso, possono cambiare assolutamente tutte le funzioni di un componente come una membrana cellulare. In questo caso, il nucleo può subire influenze esterne.

Proprietà

La membrana cellulare di una cellula ha caratteristiche interessanti. Grazie alla sua fluidità, questo guscio non è una struttura rigida e la maggior parte delle proteine ​​e dei lipidi che compongono la sua composizione si muovono liberamente sul piano della membrana.

In generale, la membrana cellulare è asimmetrica, quindi la composizione degli strati proteici e lipidici è diversa. Le membrane plasmatiche nelle cellule animali hanno uno strato di glicoproteina sul lato esterno, che svolge funzioni di recettore e segnale e svolge anche un ruolo importante nel processo di combinazione delle cellule nel tessuto. La membrana cellulare è polare, cioè la carica all'esterno è positiva e all'interno è negativa. Oltre a tutto quanto sopra, la membrana cellulare ha una visione selettiva.

Ciò significa che oltre all'acqua, nella cellula è consentito solo un certo gruppo di molecole e ioni di sostanze disciolte. La concentrazione di una sostanza come il sodio nella maggior parte delle cellule è molto inferiore rispetto all'ambiente esterno. Per gli ioni di potassio è caratteristico un rapporto diverso: il loro numero nella cellula è molto più alto che nell'ambiente. A questo proposito, gli ioni di sodio tendono a penetrare nella membrana cellulare e gli ioni di potassio tendono a essere rilasciati all'esterno. In queste circostanze, la membrana attiva un sistema speciale che svolge un ruolo di "pompaggio", livellando la concentrazione di sostanze: gli ioni di sodio vengono pompati sulla superficie cellulare e gli ioni di potassio vengono pompati verso l'interno. Questa caratteristica è inclusa nelle funzioni più importanti della membrana cellulare.

Questa tendenza degli ioni sodio e potassio a spostarsi verso l'interno dalla superficie gioca un ruolo importante nel trasporto di zucchero e amminoacidi nella cellula. Nel processo di rimozione attiva degli ioni sodio dalla cellula, la membrana crea le condizioni per nuovi afflussi di glucosio e amminoacidi all'interno. Al contrario, nel processo di trasferimento degli ioni potassio nella cellula, viene reintegrato il numero di "trasportatori" di prodotti di decadimento dall'interno della cellula all'ambiente esterno.

Come viene nutrita la cellula attraverso la membrana cellulare?

Molte cellule assorbono sostanze attraverso processi come la fagocitosi e la pinocitosi. Nella prima variante, una piccola rientranza è creata da una membrana esterna flessibile, in cui si trova la particella catturata. Quindi il diametro della rientranza diventa più grande fino a quando la particella circondata entra nel citoplasma cellulare. Attraverso la fagocitosi, vengono alimentati alcuni protozoi, come l'ameba, così come le cellule del sangue - leucociti e fagociti. Allo stesso modo, le cellule assorbono il fluido che contiene i nutrienti necessari. Questo fenomeno è chiamato pinocitosi.

La membrana esterna è strettamente collegata al reticolo endoplasmatico della cellula.

In molti tipi di componenti tissutali di base, sporgenze, pieghe e microvilli si trovano sulla superficie della membrana. Le cellule vegetali all'esterno di questo guscio sono ricoperte da un altro, spesso e chiaramente visibile al microscopio. La fibra di cui sono fatti aiuta a formare il supporto per i tessuti vegetali come il legno. Le cellule animali hanno anche una serie di strutture esterne che si trovano sopra la membrana cellulare. Sono di natura esclusivamente protettiva, un esempio di ciò è la chitina contenuta nelle cellule tegumentarie degli insetti.

Oltre alla membrana cellulare, esiste una membrana intracellulare. La sua funzione è quella di dividere la cellula in diversi compartimenti chiusi specializzati - compartimenti o organelli, dove deve essere mantenuto un determinato ambiente.

Pertanto, è impossibile sopravvalutare il ruolo di tale componente dell'unità di base di un organismo vivente come membrana cellulare. La struttura e le funzioni implicano una significativa espansione della superficie cellulare totale, miglioramento dei processi metabolici. Questa struttura molecolare è costituita da proteine ​​e lipidi. Separando la cellula dall'ambiente esterno, la membrana ne assicura l'integrità. Con il suo aiuto, i legami intercellulari vengono mantenuti a un livello sufficientemente forte, formando tessuti. A questo proposito, possiamo concludere che uno dei ruoli più importanti nella cellula è svolto dalla membrana cellulare. La struttura e le funzioni da esso svolte sono radicalmente diverse nelle diverse celle, a seconda del loro scopo. Attraverso queste caratteristiche, si ottiene una varietà di attività fisiologica delle membrane cellulari e dei loro ruoli nell'esistenza di cellule e tessuti.

Cellula- questo non è solo un liquido, enzimi e altre sostanze, ma anche strutture altamente organizzate chiamate organelli intracellulari. Gli organelli per una cellula non sono meno importanti dei suoi componenti chimici. Quindi, in assenza di organelli come i mitocondri, l'apporto di energia estratta dai nutrienti diminuirà immediatamente del 95%.

La maggior parte degli organelli in una cellula sono coperti membrane composto principalmente da lipidi e proteine. Ci sono membrane di cellule, reticolo endoplasmatico, mitocondri, lisosomi, apparato di Golgi.

Lipidi sono insolubili in acqua, quindi creano una barriera nella cellula che impedisce il movimento di acqua e sostanze idrosolubili da un compartimento all'altro. Le molecole proteiche, invece, rendono la membrana permeabile a varie sostanze attraverso strutture specializzate chiamate pori. Molte altre proteine ​​di membrana sono enzimi che catalizzano numerose reazioni chimiche, che verranno discusse nei capitoli seguenti.

Membrana cellulare (o plasmatica).è una struttura sottile, flessibile ed elastica con uno spessore di soli 7,5-10 nm. È costituito principalmente da proteine ​​e lipidi. Il rapporto approssimativo dei suoi componenti è il seguente: proteine ​​- 55%, fosfolipidi - 25%, colesterolo - 13%, altri lipidi - 4%, carboidrati - 3%.

strato lipidico della membrana cellulare impedisce la penetrazione dell'acqua. La base della membrana è un doppio strato lipidico, un sottile film lipidico costituito da due monostrati e che copre completamente la cellula. In tutta la membrana ci sono proteine ​​​​sotto forma di grandi globuli.

Rappresentazione schematica della membrana cellulare, che riflette i suoi elementi principali
- doppio strato fosfolipidico e un gran numero di molecole proteiche che sporgono sopra la superficie della membrana.
Le catene di carboidrati sono attaccate alle proteine ​​sulla superficie esterna
e ad ulteriori molecole proteiche all'interno della cellula (questo non è mostrato nella figura).

doppio strato lipidicoè costituito principalmente da molecole di fosfolipidi. Un'estremità di tale molecola è idrofila, cioè solubile in acqua (su di esso si trova un gruppo fosfato), l'altro è idrofobo, cioè solubile solo nei grassi (contiene un acido grasso).

A causa del fatto che la parte idrofobica della molecola fosfolipide respinge l'acqua ma è attratto da parti simili delle stesse molecole, i fosfolipidi hanno una proprietà naturale di attaccarsi l'un l'altro nello spessore della membrana, come mostrato in Fig. 2-3. La parte idrofila con un gruppo fosfato forma due superfici di membrana: quella esterna, che è a contatto con il fluido extracellulare, e quella interna, che è a contatto con il fluido intracellulare.

Strato lipidico medio impermeabile agli ioni e alle soluzioni acquose di glucosio e urea. Le sostanze liposolubili, tra cui ossigeno, anidride carbonica, alcool, al contrario, penetrano facilmente in quest'area della membrana.

molecole anche il colesterolo, che fa parte della membrana, sono naturalmente lipidi, poiché il loro gruppo steroideo ha un'elevata solubilità nei grassi. Queste molecole sembrano essere dissolte nel doppio strato lipidico. Il loro scopo principale è la regolazione della permeabilità (o impermeabilità) delle membrane per i componenti idrosolubili dei fluidi corporei. Inoltre, il colesterolo è il principale regolatore della viscosità della membrana.

Proteine ​​della membrana cellulare. Nella figura, le particelle globulari sono visibili nel doppio strato lipidico: si tratta di proteine ​​​​di membrana, la maggior parte delle quali sono glicoproteine. Esistono due tipi di proteine ​​di membrana: (1) integrali, che penetrano attraverso la membrana; (2) periferiche, che sporgono solo sopra una superficie senza raggiungere l'altra.

Molte proteine ​​integrali formano canali (o pori) attraverso i quali l'acqua e le sostanze idrosolubili, in particolare gli ioni, possono diffondersi nel fluido intra ed extracellulare. A causa della selettività dei canali, alcune sostanze diffondono meglio di altre.

Altre proteine ​​integrali funzionano come proteine ​​carrier, svolgendo il trasporto di sostanze per le quali il doppio strato lipidico è impermeabile. A volte le proteine ​​​​portatrici agiscono nella direzione opposta alla diffusione, tale trasporto è chiamato attivo. Alcune proteine ​​integrali sono enzimi.

Proteine ​​integrali di membrana possono anche fungere da recettori per sostanze idrosolubili, compresi gli ormoni peptidici, poiché la membrana è loro impermeabile. L'interazione di una proteina recettore con un certo ligando porta a cambiamenti conformazionali nella molecola proteica, che a sua volta stimola l'attività enzimatica del segmento intracellulare della molecola proteica o la trasmissione del segnale dal recettore alla cellula utilizzando un secondo messaggero. Pertanto, le proteine ​​​​integrali incorporate nella membrana cellulare la coinvolgono nel processo di trasferimento delle informazioni sull'ambiente esterno nella cellula.

Molecole di proteine ​​di membrana periferiche spesso associato a proteine ​​integrali. La maggior parte delle proteine ​​periferiche sono enzimi o svolgono il ruolo di dispatcher per il trasporto di sostanze attraverso i pori della membrana.

Secondo le caratteristiche funzionali, la membrana cellulare può essere suddivisa in 9 funzioni che svolge.
Funzioni della membrana cellulare:
1. Trasporto. Produce il trasporto di sostanze da cellula a cellula;
2. Barriera. Ha permeabilità selettiva, fornisce il metabolismo necessario;
3. Recettore. Alcune proteine ​​presenti nella membrana sono recettori;
4. Meccanico. Assicura l'autonomia della cellula e delle sue strutture meccaniche;
5. Matrice. Fornisce interazione e orientamento ottimali delle proteine ​​della matrice;
6. Energia. Nelle membrane, i sistemi di trasferimento di energia operano durante la respirazione cellulare nei mitocondri;
7. Enzimatico. Le proteine ​​di membrana sono a volte enzimi. Ad esempio, le membrane cellulari intestinali;
8. Marcatura. Sulla membrana sono presenti antigeni (glicoproteine) che permettono di identificare la cellula;
9. Generazione. Effettua la generazione e la conduzione dei biopotenziali.

Puoi vedere come appare la membrana cellulare usando l'esempio della struttura di una cellula animale o di una cellula vegetale.

 

La figura mostra la struttura della membrana cellulare.
I componenti della membrana cellulare comprendono varie proteine ​​della membrana cellulare (globulare, periferica, di superficie), nonché lipidi della membrana cellulare (glicolipidi, fosfolipidi). Carboidrati, colesterolo, glicoproteina e proteina alfa elica sono presenti anche nella struttura della membrana cellulare.

Composizione della membrana cellulare

I componenti principali della membrana cellulare sono:
1. Proteine ​​- responsabili delle varie proprietà della membrana;
2. Lipidi di tre tipi (fosfolipidi, glicolipidi e colesterolo) responsabili della rigidità della membrana.
Proteine ​​della membrana cellulare:
1. Proteina globulare;
2. Proteine ​​di superficie;
3. Proteina periferica.

Lo scopo principale della membrana cellulare

Lo scopo principale della membrana cellulare:
1. Regolare lo scambio tra la cellula e l'ambiente;
2. Separare il contenuto di qualsiasi cella dall'ambiente esterno, assicurandone così l'integrità;
3. Le membrane intracellulari dividono la cellula in compartimenti chiusi specializzati - organelli o compartimenti, in cui vengono mantenute determinate condizioni ambientali.

Struttura della membrana cellulare

La struttura della membrana cellulare è una soluzione bidimensionale di proteine ​​integrali globulari disciolte in una matrice fosfolipidica liquida. Questo modello di struttura della membrana è stato proposto da due scienziati Nicholson e Singer nel 1972. Pertanto, la base delle membrane è uno strato lipidico bimolecolare, con una disposizione ordinata di molecole, su cui si può vedere.

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Le cellule sono separate dall'ambiente interno del corpo da una membrana cellulare o plasmatica.

La membrana fornisce:

1) Penetrazione selettiva all'interno e all'esterno della cellula di molecole e ioni necessari per svolgere specifiche funzioni cellulari;
2) Trasporto selettivo di ioni attraverso la membrana, mantenendo una differenza di potenziale elettrico transmembrana;
3) Le specificità dei contatti intercellulari.

A causa della presenza nella membrana di numerosi recettori che percepiscono segnali chimici - ormoni, mediatori e altre sostanze biologicamente attive, è in grado di modificare l'attività metabolica della cellula. Le membrane forniscono la specificità delle manifestazioni immunitarie dovute alla presenza di antigeni su di esse - strutture che causano la formazione di anticorpi che possono legarsi specificamente a questi antigeni.
Il nucleo e gli organelli della cellula sono inoltre separati dal citoplasma da membrane che impediscono il libero movimento dell'acqua e delle sostanze in essa disciolte dal citoplasma ad essi e viceversa. Ciò crea le condizioni per la separazione dei processi biochimici che si verificano in diversi compartimenti (compartimenti) all'interno della cellula.

struttura della membrana cellulare

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La membrana cellulare è una struttura elastica, con uno spessore da 7 a 11 nm (Fig. 1.1). È costituito principalmente da lipidi e proteine. Dal 40 al 90% di tutti i lipidi sono fosfolipidi: fosfatidilcolina, fosfatidiletanolammina, fosfatidilserina, sfingomielina e fosfatidilinositolo. Un componente importante della membrana sono i glicolipidi, rappresentati da cerebrosidi, solfatidi, gangliosidi e colesterolo.

Riso. 1.1 Organizzazione della membrana.

La struttura principale della membrana cellulareè un doppio strato di molecole fosfolipidiche. A causa delle interazioni idrofobiche, le catene di carboidrati delle molecole lipidiche sono tenute vicine l'una all'altra in uno stato esteso. Gruppi di molecole fosfolipidiche di entrambi gli strati interagiscono con molecole proteiche immerse nella membrana lipidica. A causa del fatto che la maggior parte dei componenti lipidici del doppio strato si trova allo stato liquido, la membrana ha mobilità e ondeggia. Le sue sezioni, così come le proteine ​​immerse nel doppio strato lipidico, si mescoleranno da una parte all'altra. La mobilità (fluidità) delle membrane cellulari facilita il trasporto di sostanze attraverso la membrana.

proteine ​​della membrana cellulare rappresentato principalmente da glicoproteine. Distinguere:

proteine ​​integrali penetrando attraverso l'intero spessore della membrana e
proteine ​​periferiche attaccato solo alla superficie della membrana, principalmente alla sua parte interna.

Proteine ​​periferiche quasi tutti funzionano come enzimi (acetilcolinesterasi, fosfatasi acida e alcalina, ecc.). Ma alcuni enzimi sono anche rappresentati da proteine ​​​​integrali - ATPasi.

proteine ​​integrali forniscono uno scambio selettivo di ioni attraverso i canali di membrana tra il fluido extracellulare e intracellulare e agiscono anche come proteine, portatori di grandi molecole.

I recettori e gli antigeni di membrana possono essere rappresentati da proteine ​​sia integrali che periferiche.

Appartengono le proteine ​​​​adiacenti alla membrana dal lato citoplasmatico citoscheletro cellulare . Possono attaccarsi alle proteine ​​di membrana.

COSÌ, striscia proteica 3 (numero di banda durante l'elettroforesi proteica) delle membrane degli eritrociti è combinato in un insieme con altre molecole del citoscheletro - spettrina attraverso la proteina ankyrin a basso peso molecolare (Fig. 1.2).

Riso. 1.2 Schema della disposizione delle proteine ​​nel citoscheletro di membrana degli eritrociti.
1 - spettrina; 2 - ankyrin; 3 - banda proteica 3; 4 - banda proteica 4.1; 5 - banda proteica 4.9; 6 - oligomero di actina; 7 - proteina 6; 8 - gpicoforina A; 9 - membrana.

Spettrina è la principale proteina del citoscheletro, costituendo una rete bidimensionale a cui è attaccata l'actina.

actina forma microfilamenti, che sono l'apparato contrattile del citoscheletro.

citoscheletro consente alla cellula di esibire proprietà elastiche flessibili, fornisce ulteriore resistenza alla membrana.

La maggior parte delle proteine ​​integrali sono glicoproteine. La loro parte di carboidrati sporge dalla membrana cellulare verso l'esterno. Molte glicoproteine ​​hanno una grande carica negativa a causa del contenuto significativo di acido sialico (ad esempio, la molecola di glicoforina). Ciò fornisce alla superficie della maggior parte delle cellule una carica negativa, contribuendo a respingere altri oggetti caricati negativamente. Le sporgenze di carboidrati delle glicoproteine ​​trasportano antigeni del gruppo sanguigno, altri determinanti antigenici della cellula e agiscono come recettori che legano gli ormoni. Le glicoproteine ​​formano molecole adesive che fanno sì che le cellule si attacchino l'una all'altra, cioè stretti contatti intercellulari.

Caratteristiche del metabolismo nella membrana

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I componenti della membrana sono soggetti a molte trasformazioni metaboliche sotto l'influenza di enzimi situati sulla loro membrana o al suo interno. Questi includono enzimi ossidativi che svolgono un ruolo importante nella modifica degli elementi idrofobici delle membrane - colesterolo, ecc. Nelle membrane, quando gli enzimi - fosfolipasi vengono attivati, i composti biologicamente attivi - le prostaglandine e i loro derivati ​​- si formano dall'acido arachidonico. Come risultato dell'attivazione del metabolismo dei fosfolipidi nella membrana, si formano trombossani e leucotrieni, che hanno un potente effetto sull'adesione piastrinica, l'infiammazione, ecc.

La membrana subisce costantemente processi di rinnovamento dei suoi componenti. . Pertanto, la durata delle proteine ​​​​di membrana varia da 2 a 5 giorni. Tuttavia, ci sono meccanismi nella cellula che assicurano la consegna di molecole proteiche di nuova sintesi ai recettori di membrana, che facilitano l'incorporazione della proteina nella membrana. Il "riconoscimento" di questo recettore da parte della proteina appena sintetizzata è facilitato dalla formazione di un peptide segnale, che aiuta a trovare il recettore sulla membrana.

I lipidi di membrana hanno anche un tasso metabolico significativo., che richiede una grande quantità di acidi grassi per la sintesi di questi componenti della membrana.
Le specifiche della composizione lipidica delle membrane cellulari sono influenzate dai cambiamenti nell'ambiente umano e dalla natura della sua dieta.

Ad esempio, un aumento degli acidi grassi alimentari con legami insaturi aumenta lo stato liquido dei lipidi nelle membrane cellulari di vari tessuti, porta a un cambiamento nel rapporto tra fosfolipidi e sfingomieline e lipidi e proteine ​​che è favorevole per la funzione della membrana cellulare.

L'eccesso di colesterolo nelle membrane, al contrario, aumenta la microviscosità del loro doppio strato di molecole fosfolipidiche, riducendo la velocità di diffusione di alcune sostanze attraverso le membrane cellulari.

Il cibo arricchito con vitamine A, E, C, P migliora il metabolismo dei lipidi nelle membrane degli eritrociti, riduce la microviscosità delle membrane. Ciò aumenta la deformabilità degli eritrociti, facilita la loro funzione di trasporto (capitolo 6).

Carenza di acidi grassi e colesterolo nel cibo sconvolge la composizione lipidica e la funzione delle membrane cellulari.

Ad esempio, una carenza di grasso interrompe la funzione della membrana dei neutrofili, che inibisce la loro capacità di movimento e fagocitosi (cattura attiva e assorbimento di oggetti viventi estranei microscopici e particelle solide da parte di organismi unicellulari o di alcune cellule).

Nella regolazione della composizione lipidica delle membrane e della loro permeabilità, regolazione della proliferazione cellulare un ruolo importante è svolto dalle specie reattive dell'ossigeno, che si formano nella cellula in concomitanza con le normali reazioni metaboliche (ossidazione microsomiale, ecc.).

Specie reattive dell'ossigeno formate- il radicale superossido (O 2), il perossido di idrogeno (H 2 O 2), ecc. sono sostanze estremamente reattive. Il loro principale substrato nelle reazioni di ossidazione dei radicali liberi sono gli acidi grassi insaturi, che fanno parte dei fosfolipidi della membrana cellulare (le cosiddette reazioni di perossidazione lipidica). L'intensificazione di queste reazioni può causare danni alla membrana cellulare, alla sua barriera, funzioni recettoriali e metaboliche, modificazione delle molecole di acido nucleico e delle proteine, che porta a mutazioni e inattivazione degli enzimi.

In condizioni fisiologiche, l'intensificazione della perossidazione lipidica è regolata dal sistema antiossidante delle cellule, rappresentato da enzimi che inattivano le specie reattive dell'ossigeno - superossido dismutasi, catalasi, perossidasi e sostanze con attività antiossidante - tocoferolo (vitamina E), ubichinone, ecc. Le prostaglandine proteggono la mucosa gastrica e gli epatociti da danni chimici, neuroni, cellule neurogliali, cardiomiociti - da danni ipossici, muscoli scheletrici - durante uno sforzo fisico intenso. Le prostaglandine, legandosi a specifici recettori sulle membrane cellulari, stabilizzano il doppio strato di quest'ultimo, riducono la perdita di fosfolipidi da parte delle membrane.

Funzioni dei recettori di membrana

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Un segnale chimico o meccanico viene prima percepito dai recettori della membrana cellulare. La conseguenza di ciò è la modificazione chimica delle proteine ​​di membrana, che porta all'attivazione di "secondi messaggeri" che assicurano la rapida propagazione del segnale nella cellula al suo genoma, enzimi, elementi contrattili, ecc.

Schematicamente, la segnalazione transmembrana in una cellula può essere rappresentata come segue:

1) Eccitato dal segnale percepito, il recettore attiva le proteine ​​γ della membrana cellulare. Ciò si verifica quando si legano alla guanosina trifosfato (GTP).

2) L'interazione del complesso "GTP-y-proteins", a sua volta, attiva l'enzima - il precursore dei messaggeri secondari, situato sul lato interno della membrana.

Il precursore di un messaggero secondario - cAMP, formato da ATP, è l'enzima adenilato ciclasi;
Il precursore di altri messaggeri secondari - inositolo trifosfato e diacilglicerolo, formato dal fosfatidilinositolo-4,5-difosfato di membrana, è l'enzima fosfolipasi C. Inoltre, l'inositolo trifosfato mobilita un altro messaggero secondario nella cellula: gli ioni calcio, che sono coinvolti in quasi tutti i processi regolatori nella cellula. Ad esempio, l'inositolo trifosfato risultante provoca il rilascio di calcio dal reticolo endoplasmatico e un aumento della sua concentrazione nel citoplasma, includendo così varie forme di risposta cellulare. Con l'aiuto dell'inositolo trifosfato e del diacilglicerolo, la funzione della muscolatura liscia e delle cellule B del pancreas è regolata dall'acetilcolina, il fattore di rilascio della tiropina dell'ipofisi anteriore, la risposta dei linfociti all'antigene, ecc.
In alcune cellule, il ruolo del secondo messaggero è svolto da cGMP, che è formato da GTP con l'aiuto dell'enzima guanilato ciclasi. Serve, ad esempio, come secondo messaggero per l'ormone natriuretico nella muscolatura liscia delle pareti dei vasi sanguigni. Il cAMP funge da secondo messaggero per molti ormoni: adrenalina, eritropoietina, ecc. (Capitolo 3).