Введение, Понятие "Биологическая мембрана" - Функции биологических мембран. Ионные каналы мембран
Тема моего сегодняшнего реферата "Функции биологических мембран. Ионные каналы мембран". Тема очень увлекательная и в то же время познавательная. Ведь, Биологическая мембрана - это неотъемлемый компонент любой клетки. Ее роль в первую очередь состоит в том, чтобы отграничить внутреннее пространство клетки от внешней среды, а у эукариот, кроме того, разделить внутреннюю часть клетки на функционально значимые отсеки: ядро и митохонодрии. Мембраны - структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях. Поэтому изучение биологических мембран, необходимая часть нашего практического занятия. Сегодня мы подробнее ознакомимся с биологическими мембранами, их строением и функциями.
Понятие "Биологическая мембрана"
Биологическая мембрана (biological membrane) [греч. bio(s) -- жизнь и Logos -- понятие, учение; лат. membrane -- кожица, перепонка] -- белково-липидная структура молекулярных размеров (не более 10 нм толщиной), расположенная на поверхности клеток (клеточная мембрана, окружающая протоплазму живой клетки), канальцев и пузырьков в клеточном содержимом, а также внутриклеточных образований (ядра, митохондрий и др.). Б. м. состоит из бимолекулярного липидного слоя (в основном из фосфолипидов) толщиной 35 ангстрем и двух нелипидных слоев толщиной 20 ангстрем каждый; внешняя поверхность многих Биолоческая мембранаммитохондрий несколько отличается по структуре от поверхностной клеточной мембраны. Биологическая мембрана занимает огромную площадь (напр., в организме человека только поверхностные мембраны имеют площадь, равную десяткам тыс. м2) и выполняет несколько функций: барьерную функцию, которая заключается в обеспечении селективного, регулируемого, пассивного и активного обмена веществ клетки с окружающей средой; матричную функцию, обеспечивающую взаимное расположение и ориентацию мембранных белков, а также их оптимальное взаимодействие (напр., взаимодействие мембранных ферментов); механическую функцию, определяющую прочность и автономность клеток и внутриклеточных структур; энергетическую функцию, заключающуюся в обеспечении синтеза АТФ в клетке на внутренних мембранах митохондрий и фотосинтез углеводов в мембранах хлоропластов; генерацию и проведение биопотенциалов; рецепторную функцию (механическая, акустическая, обонятельная, зрительная, химическая, терморецепция) и многие др.
Биологическая мембрана - это структура, состоящая из органических молекул, которая имеет толщину около 7-10нм и видима только посредством электронного микроскопа. В каждой клетке есть плазматическая мембрана, которая ограничивает содержимое клетки от наружней среды, и внутренние мембраны, которые формируют различные органоиды клетки (митохондрии, органоиды, лизосомы и т. п.)
Плазматическая мембрана выполняет несколько важных функций.
- 1) Образует избирательный барьер, который отделяет содержимое клетки от окружающей среды, что позволяет поддерживать постоянными химический состав цитоплазмы и ее физические свойства. 2) Регулирует транспорт веществ между содержимым клетки и окружающим клетку раствором. 3) Принимает участие в информационных процессах в живой клетке.
Химический состав и структура плазматической мембраны
В состав плазматической мембраны входят липиды, белки и углеводы. Соотношение между липидами и белками может значительно варьировать в различных клетках.
Липиды мембраны бывают трех видов: глицерофосфолипиды, сфингофосфолипиды и стероиды (холестерол).
Молекула глицерофосфолипида состоит из остатка трехатомного спирта глицерола, атомы водорода двух гидроксильных групп которого замещены на две длинные цепи жирных кислот. Третий атом водорода гидроксильной группы глицерина замещен остатком фосфорной кислоты, к которому, в свою очередь, присоединен остаток одного из азотистых оснований (холин, этаноламин, серин, инозитол).
В молекуле глицерофосфолипида можно выделить две части, которые называются головка (остаток глицерина, остаток фосфорной кислоты и азотистое основание) и хвостики (остатки жирных кислот). Головка и хвостики сильно отличаются по своим физическим свойствам. Головка молекулы фосфолипида гидрофильна (?любит воду?). Она хорошо растворима в воде. Хвостики - гидрофобны (?боятся воды?). Они легко растворяются в липидах и органических растворителях, но водой отталкиваются. Таким образом, в целом молекула фосфолипида, содержащая как водорастворимые, так и липидорастворимые области, имеет амфифильные свойства.
Молекулы сфингофосфолипидов также состоят из головки и хвостиков. Они отличаются из фосфолипидов тем, что вместо остатка глицерина содержат остаток спирта сфингозина.
Если сухие фосфолипиды погружают в воду, они спонтанно формируют в зависимости от их концентрации различные структуры (Рис. 1). Одна из них - сферическая структура, называемая мицеллой. Молекулы фосфолипидов упорядочены так, что гидрофильные головки направлены в водную среду, а гидрофобные хвосты - внутрь структуры.
При более высокой концентрации фосфолипидов, их молекулы формируют бислойные пластинчатые структуры. Немецкие ученые Gorter и Grendel доказали, что такая бислойная фосфолипидная структура является основой мембраны клетки.
В структуру мембран обязательно входят белки и их состав варьирует в зависимости от функции той или иной мембраны. В зависимости от прочности связи с мембраной различают периферические и интегральные белки. Интегральные белки располагаются между липидами монослоя или пронизывают весь бислой, часто возвышаясь над поверхностью мембраны. Периферические белки связаны с мембранами электростатическими и водородными связями и часто взаимодействуют таким образом с интегральными белками (рис. 4.7.1.).
Белки выполняют следующие функции:
- 1) транспорт (трансмембранный перенос веществ); 2) преобразование энергии (ферменты дыхательной цепи); 3) коммуникативную (рецепторные белки связывают клетку с окружающей средой); 4) и ряд специфических функций.
Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.
Диффузия - проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации (из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). Диффузный транспорт веществ (воды, ионов) осуществляется при участии белков мембраны, в которых имеются молекулярные поры, либо при участии липидной фазы (для жирорастворимых веществ).
При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.
Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации.ОнОсуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые Ионные насосы. Наиболее изученным является Na-/ К--насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na+ наружу, поглощая при этом ионы К - Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К - и меньшая Na+ по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ.
В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg2-и Са2+.
В процессе активного транспорта ионов в клетку через цито-плазматическую мембрану проникают различные сахара, нукле-отиды, аминокислоты.
Макромолекулы белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, липопротеидные комплексы и др. сквозь клеточные мембраны не проходят, в отличие от ионов и мономеров. Транспорт макромолекул, их комплексов и частиц внутрь клетки происходит совершенно иным путем - посредством эндоцитоза. При Эндоцитозе (эндо... - внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.
Процесс, обратный эндоцитозу, - Экзоцитоз (экзо... - наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицел-люлоза и др.
Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.
Похожие статьи
-
Функции биологических мембран - Функции биологических мембран. Ионные каналы мембран
Функции биологических мембран следующие: 1. Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. 2. Обеспечивают...
-
Характеристика и виды биологических мембран
Биологические мембраны - это поверхностные структуры клеток, состоящие из двух молекулярных слоев, разграничивающих наружную и внутреннюю (цитоплазма)...
-
Заключение - Функции биологических мембран. Ионные каналы мембран
Плазматический мембрана клеточный Клеточная мембрана (также цитолемма, плазмолемма, или плазматическая мембрана) - эластическая молекулярная структура,...
-
Физиологическая роль белка, Структурная функция белка - Строение, функции и значение белков
Структурная функция белка Белки сложные органические соединения, построенные из аминокислот. В состав белковых молекул входят азот, углерод, водород и...
-
- создают онкотическое давление крови, от которого зависит обмен воды между кровью и межклеточной жидкостью; - определяют вязкость крови, что в свою...
-
Организм человека представляет собой систему высокодифференцированных клеток, тканей, органов, согласованная работа которых является непременным условием...
-
Органические вещества. - Химический состав клетки
Клетки содержат множество разнообразных органических соединений: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты и др. В зависимости от молекулярной массы и...
-
Внутримитохондриальное окисление. Окислительное фосфорилирование - Биологическое окисление
Митохондрии поглощают до 80-90% всего потребляемого клеткой кислорода. Все компоненты внутримитохондриального окисления встроены во внутреннюю мембрану...
-
Введение - Биосинтез белков. Ген и его роль в синтезе белков
Способность клеток поддерживать высокую упорядоченность своей организации в хаотичной Вселенной зависит от генетической информации, которая реализуется,...
-
Кровь. Функции крови - Кровь. Плазма. Форменные элементы крови
Кровь представляет собой жидкость (жидкая ткань мезодермального происхождения), красного цвета, слабощелочной реакции, солоноватого вкуса с удельным...
-
Нуклеиновые кислоты имеют первостепенное биологическое значение и представляют собой сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются...
-
Плазма крови - это раствор, состоящий из воды (90-92%) и сухой остаток (10 - 8%), состоящий из органических и неорганических веществ. (рис. 1)...
-
Внемитохондриальное окисление - Биологическое окисление
Внемитохондриальное окисление протекает в ЭПС, пероксисомах, на внешней мембране митохондрий, цитозоле. Этот вид окисления в разных тканях расходует...
-
Основные функции биосферы - Особенности биосферы
В связи с тем, что жизнь опосредует все другие планетарные процессы, необходимо уяснить, чем же живые организмы отличаются от остальных природных тел и...
-
Введение, Биологическая роль углеводов - Обмен углеводов в организме животных
Углеводы, класс органических веществ, которые характеризуются тем, что при одной альдегидной или кетонной группе имеют несколько спиртовых групп...
-
Функции крови: - Транспортная - выражается в том, что кровь переносит (транспортирует) различные вещества: кислород, углекислый газ, питательные...
-
Введение, Краткая история учения о биологическом окислении - Биологическое окисление
Биологическое окисление - это совокупность окислительных процессов, протекающих в живых организмах. Биологическое окисление выполняет ряд важных Функций...
-
Гормоны - это то, что делает нас особенным и непохожим на остальных. Они предопределяют наши физические и психические особенности. Вырастем мы высоким...
-
Строение клетки - Химический состав клетки
1. Типы клеточной организации. Среди всего многообразия ныне существующих на Земле организмов выделяют две группы: вирусы и фаги, не имеющие клеточного...
-
Химический состав микробов. Вода составляет основную массу микробной клетки - в капсульных бактериях ее больше, в бациллах меньше. В Aerobacter aceti...
-
Введение, Белки - Анализ пищевых веществ, необходимых для организма человека
Организм человека состоит из белков (19,6 %), жиров (14,7 %), углеводов (1 %), минеральных веществ (4,9 %), воды (58,8 %), Он постоянно расходует эти...
-
Строение белка и его функции - Питательные вещества
"Во всех растениях и животных присутствует некое вещество, которое без сомнения является, наиболее важным из всех известных веществ живой природы и без...
-
Введение., Центральная нервная система - Центральная нервная система
Нервная система играет важнейшую роль в регуляции функций организма. Для того чтобы поведение человека было понятным, необходимо, чтобы его внутренние...
-
Молекулярные механизмы регуляции клеточной смерти - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Апоптоз - многоэтапный процесс. Первый этап - прием сигнала, предвестника гибели в виде информации, поступающей к клетке извне или возникающей в недрах...
-
Цитогенетические исследования в 20--30-х гг. 20 в. свидетельствовали о том, что передача и хранение наследственных признаков связаны с хромосомами,...
-
Азотистое равновесие - Строение, функции и значение белков
Азотистое равновесие - это соотношение между количеством азота, содержащегося в принятой пище, и количеством азота, выведенного из организма. Если обе...
-
Обмен белков в организме человека - Строение, функции и значение белков
Важный критерий пищевой ценности белков - доступность аминокислот. Аминокислоты большинства животных белков полностью высвобождаются в процессе...
-
Выделяют три основные функции гормонов: - Гуморальная регуляция организма в онтогенезе
Обеспечение развития организма; Обеспечение приспособительных изменений в деятельности клеток, тканей, органов и организма в целом в зависимости от...
-
Общие понятия о дезоксирибонуклеиновых кислотах - ДНК
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) -- нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу, а в качестве одного из...
-
Биологические катализаторы - Питательные вещества
В основе всех жизненных процессов лежат тысячи химических реакций. Они идут в организме без применения высокой температуры и давления, т. е. в мягких...
-
Кровь человека составляет примерно 8% от массы тела. Кровь состоит из клеток, клеточных фрагментов и водного раствора, плазмы. Доля клеточных элементов в...
-
Функции белков в организме - Питательные вещества
Функции белков в организме разнообразны. Они в значительной мере обусловлены сложностью и разнообразием форм и состава самих белков. Белки - незаменимый...
-
Жизненный цикл клетки - Биологические механизмы жизненного цикла клетки
Биологический клетка деление До сих пор много тайн клетки остаются неразгаданными. Загадочным во многом остается и запрограммированный генетически...
-
Введение - Строение, функции и значение белков
Важнейшим компонентом питания являются белки. Белки представляют основу структурных элементов клетки и тканей. С белками связаны основные проявления...
-
Введение, Состав, свойства и функции желчи - Состав желчи. Физиологическая желтуха новорожденных
На заре формирования современного учения о внешнесекреторной функции печени, когда естествоиспытатели располагали лишь первыми научными факторами о...
-
В настоящее время проблема адаптации спортсмена к физическим нагрузкам является одной из актуальных проблем. Проблематика заключается в раскрытии...
-
Понятие биологический возраст - Биологический возраст и методы его оценки
Для оценки индивидуальных темпов развития (старения) используется категория биологического возраста. Биологический возраст в периоде старения и методы...
-
Введение, Лабораторные методы исследования функции почек - Оценки функционального состояния почек
Основными функциями почек являются выделительная (удаление конечных продуктов обмена), гомеостатическая, направленная на сохранение постоянства...
-
Биологические и социальные факторы расового развития. - Понятие о возрастной антропологии
Все ныне живущее человечество представляет собой, с биологической точки зрения, один вид -- Homo sapiens ("человекразумный"), распадающийся на более...
-
Молекулярный состав клетки, Неорганические вещества. - Химический состав клетки
Химический элементы входят в состав клеток в виде ионов или компонентов молекул неорганических и органических веществ. Неорганические вещества. Вода -...
Введение, Понятие "Биологическая мембрана" - Функции биологических мембран. Ионные каналы мембран