membrana celular. Membrana citoplásmica: funciones, estructura.

membrana celular También llamada membrana plasmática (o citoplasmática) y plasmalema. Esta estructura no solo separa el contenido interno de la célula del ambiente externo, sino que también forma parte de la mayoría de los orgánulos celulares y del núcleo, separándolos a su vez del hialoplasma (citosol), la parte líquida viscosa del citoplasma. Acordemos llamar membrana citoplasmática aquel que separa el contenido de la célula del ambiente externo. Los términos restantes se refieren a todas las membranas.

La estructura de la membrana celular.

La base de la estructura de la membrana celular (biológica) es una doble capa de lípidos (grasas). La formación de dicha capa está asociada con las características de sus moléculas. Los lípidos no se disuelven en agua, sino que se condensan a su manera. Una parte de una sola molécula de lípido es una cabeza polar (es atraída por el agua, es decir, hidrófila) y la otra es un par de colas largas no polares (esta parte de la molécula es repelida por el agua, es decir, hidrófoba). . Esta estructura de las moléculas les hace "esconder" sus colas del agua y girar sus cabezas polares hacia el agua.

Como resultado, se forma una bicapa lipídica, en la que las colas no polares están hacia adentro (una frente a otra) y las cabezas polares hacia afuera (hacia el ambiente externo y el citoplasma). La superficie de dicha membrana es hidrófila, pero por dentro es hidrófoba.

En las membranas celulares, entre los lípidos predominan los fosfolípidos (son lípidos complejos). Sus cabezas contienen un residuo de ácido fosfórico. Además de los fosfolípidos, existen glicolípidos (lípidos + carbohidratos) y colesterol (pertenece a los esteroles). Este último aporta rigidez a la membrana, ubicándose en su espesor entre las colas de los lípidos restantes (el colesterol es completamente hidrofóbico).

Debido a la interacción electrostática, ciertas moléculas de proteínas se unen a las cabezas cargadas de los lípidos, que se convierten en proteínas de la superficie de la membrana. Otras proteínas interactúan con colas no polares, se hunden parcialmente en la bicapa o la penetran de principio a fin.

Por tanto, la membrana celular consta de una bicapa de lípidos, proteínas de superficie (periféricas), sumergidas (semiintegrales) y penetrantes (integrales). Además, algunas proteínas y lípidos en el exterior de la membrana están asociados con cadenas de carbohidratos.

Este modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana Fue propuesto en los años 70 del siglo XX. Antes de esto, se asumió un modelo de estructura tipo sándwich, según el cual una bicapa lipídica se encuentra en el interior y la membrana está cubierta por capas continuas de proteínas superficiales por dentro y por fuera. Sin embargo, la acumulación de datos experimentales refutó esta hipótesis.

El espesor de las membranas en diferentes células es de unos 8 nm. Las membranas (incluso los diferentes lados de una) se diferencian entre sí en el porcentaje de diferentes tipos de lípidos, proteínas, actividad enzimática, etc. Algunas membranas son más líquidas y más permeables, otras son más densas.

Las roturas en la membrana celular se fusionan fácilmente debido a las características fisicoquímicas de la bicapa lipídica. En el plano de la membrana se mueven los lípidos y las proteínas (a menos que estén fijados por el citoesqueleto).

Funciones de la membrana celular.

La mayoría de las proteínas sumergidas en la membrana celular realizan una función enzimática (son enzimas). A menudo (especialmente en las membranas de los orgánulos celulares), las enzimas están dispuestas en una secuencia determinada de modo que los productos de reacción catalizados por una enzima pasen a la segunda, luego a la tercera, etc. Se forma un transportador que estabiliza las proteínas de la superficie, porque no permitir que las enzimas naden a lo largo de la bicapa lipídica.

La membrana celular realiza una función delimitadora (barrera) del medio ambiente y al mismo tiempo una función de transporte. Se puede decir que este es su propósito más importante. La membrana citoplasmática, al tener resistencia y permeabilidad selectiva, mantiene la constancia de la composición interna de la célula (su homeostasis e integridad).

En este caso, el transporte de sustancias se produce de diversas formas. El transporte a lo largo de un gradiente de concentración implica el movimiento de sustancias desde un área con mayor concentración a un área con menor (difusión). Así, por ejemplo, los gases se difunden (CO 2, O 2).

También se produce transporte en contra del gradiente de concentración, pero con gasto de energía.

El transporte es pasivo y ligero (cuando algún transportista le ayuda). La difusión pasiva a través de la membrana celular es posible para sustancias liposolubles.

Existen proteínas especiales que hacen que las membranas sean permeables a los azúcares y otras sustancias solubles en agua. Estos transportadores se unen a las moléculas transportadas y las arrastran a través de la membrana. Así es como se transporta la glucosa a los glóbulos rojos.

Las proteínas de expansión, cuando se combinan, pueden formar un poro para el movimiento de ciertas sustancias a través de la membrana. Dichos portadores no se mueven, sino que forman un canal en la membrana y funcionan de manera similar a las enzimas, uniéndose a una sustancia específica. La transferencia se realiza debido a un cambio en la conformación de la proteína, por lo que se forman canales en la membrana. Un ejemplo es la bomba de sodio-potasio.

La función de transporte de la membrana de las células eucariotas también se realiza mediante endocitosis (y exocitosis). Gracias a estos mecanismos, grandes moléculas de biopolímeros, incluso células enteras, entran (y salen) de la célula. La endo y exocitosis no son características de todas las células eucariotas (las procariotas no la tienen en absoluto). Entonces se observa endocitosis en protozoos e invertebrados inferiores; en los mamíferos, los leucocitos y macrófagos absorben sustancias y bacterias nocivas, es decir, la endocitosis realiza una función protectora para el organismo.

La endocitosis se divide en fagocitosis(el citoplasma envuelve partículas grandes) y pinocitosis(captura de gotas de líquido con sustancias disueltas en ellas). El mecanismo de estos procesos es aproximadamente el mismo. Las sustancias absorbidas en la superficie celular están rodeadas por una membrana. Se forma una vesícula (fagocítica o pinocítica), que luego ingresa a la célula.

La exocitosis es la eliminación de sustancias de la célula por la membrana citoplasmática (hormonas, polisacáridos, proteínas, grasas, etc.). Estas sustancias están encerradas en vesículas de membrana que se ajustan a la membrana celular. Ambas membranas se fusionan y el contenido queda fuera de la célula.

La membrana citoplasmática realiza una función receptora. Para ello, en su cara exterior existen estructuras que pueden reconocer un estímulo químico o físico. Algunas de las proteínas que penetran en el plasmalema están conectadas externamente a cadenas de polisacáridos (formando glicoproteínas). Estos son receptores moleculares peculiares que capturan hormonas. Cuando una hormona particular se une a su receptor, cambia su estructura. Esto, a su vez, desencadena el mecanismo de respuesta celular. Al mismo tiempo, los canales pueden abrirse y ciertas sustancias pueden comenzar a ingresar a la célula o eliminarse de ella.

La función receptora de las membranas celulares ha sido bien estudiada basándose en la acción de la hormona insulina. Cuando la insulina se une a su receptor de glicoproteína, se activa la parte catalítica intracelular de esta proteína (la enzima adenilato ciclasa). La enzima sintetiza AMP cíclico a partir de ATP. Ya activa o inhibe varias enzimas del metabolismo celular.

La función receptora de la membrana citoplasmática también incluye el reconocimiento de células vecinas del mismo tipo. Estas células están unidas entre sí mediante varios contactos intercelulares.

En los tejidos, mediante contactos intercelulares, las células pueden intercambiar información entre sí utilizando sustancias de bajo peso molecular especialmente sintetizadas. Un ejemplo de esta interacción es la inhibición por contacto, cuando las células dejan de crecer después de recibir información de que el espacio libre está ocupado.

Los contactos intercelulares son simples (las membranas de diferentes células están adyacentes entre sí), bloqueo (invaginación de la membrana de una célula dentro de otra), desmosomas (cuando las membranas están conectadas por haces de fibras transversales que penetran en el citoplasma). Además, existe una variante de los contactos intercelulares debido a mediadores (intermediarios): las sinapsis. En ellos, la señal se transmite no sólo químicamente, sino también eléctricamente. Las sinapsis transmiten señales entre las células nerviosas, así como del nervio al músculo.

Las células se caracterizan por un principio de estructura de membrana.

membrana biológica - una película delgada, estructura proteína-lípido, de 7 a 10 nm de espesor, ubicada en la superficie de las células (membrana celular), que forma las paredes de la mayoría de los orgánulos y la capa del núcleo.

En 1972, S. Singer y G. Nichols propusieron Modelo de mosaico fluido estructura de la membrana celular. Posteriormente quedó prácticamente confirmado. Cuando se observa con un microscopio electrónico, se pueden ver tres capas. Medio, ligero, forma la base de la membrana: la capa bilípida formada por fosfolípidos líquidos ("mar de lípidos"). Las moléculas de lípidos de membrana (fosfolípidos, glicolípidos, colesterol, etc.) tienen cabezas hidrófilas y colas hidrófobas, por lo que están orientadas ordenadamente en la bicapa. Las dos capas oscuras son proteínas que se ubican de manera diferente en relación con la bicapa lipídica: periférico (adyacente) - la mayoría de las proteínas se encuentran en ambas superficies de la capa lipídica; semiintegral (semisumergido) - penetrar solo una capa de lípidos; integral (sumergido) atraviesa ambas capas. Las proteínas tienen regiones hidrófobas que interactúan con los lípidos y regiones hidrófilas en la superficie de la membrana en contacto con el contenido acuoso de la célula o el fluido tisular.

Funciones de las membranas biológicas.:

1) delimita el contenido de la célula del ambiente externo y el contenido de los orgánulos, el núcleo del citoplasma;

2) asegurar el transporte de sustancias dentro y fuera de la célula, al citoplasma desde los orgánulos y viceversa;

3) participar en la recepción y conversión de señales del medio ambiente, reconocimiento de sustancias celulares, etc.;

4) proporcionar procesos cercanos a la membrana;

5) participar en la transformación de la energía.

Membrana citoplasmática (plasmalema, membrana celular, membrana plasmática) - la membrana biológica que rodea la célula; El componente principal del aparato de superficie, universal para todas las células. Su espesor es de unos 10 nm. Tiene una estructura característica de las membranas biológicas. En la membrana citoplasmática, las cabezas hidrófilas de los lípidos miran hacia los lados exterior e interior de la membrana, mientras que las colas hidrófobas miran hacia el interior de la membrana. Proteínas periféricas asociado con las cabezas polares de las moléculas de lípidos mediante interacciones hidrostáticas. No forman una capa continua. Las proteínas periféricas unen el plasmalema a estructuras supra o submembrana del aparato de superficie. Algunas moléculas de lípidos y proteínas en el plasmalema de las células animales tienen enlaces covalentes con moléculas de oligoiposacáridos ubicadas en la superficie exterior de la membrana. Las moléculas altamente ramificadas forman glicolípidos y glicoproteínas con lípidos y proteínas, respectivamente. capa de sacárido glicocalix (lat. glicis- dulce y callum- piel gruesa) cubre toda la superficie de la célula y es un complejo epimembrana de la célula animal. Las cadenas de oligosacáridos y polisacáridos (antenas) realizan una serie de funciones: reconocimiento de señales externas; adhesión de células, su correcta orientación durante la formación de tejidos; respuesta inmune, donde las glicoproteínas desempeñan el papel de una respuesta inmune.

Arroz. La estructura del plasmalema.

La composición química de la membrana plasmática: 55% - proteínas, 35-40% - lípidos, 2-10% - carbohidratos.

La membrana celular externa forma una superficie móvil de la célula, que puede tener excrecencias y protuberancias, realiza movimientos oscilatorios ondulantes y las macromoléculas se mueven constantemente en ella. La superficie celular es heterogénea: su estructura no es la misma en diferentes áreas y las propiedades fisiológicas de estas áreas tampoco son las mismas. Algunas enzimas (alrededor de 200) están localizadas en el plasmalema, por lo que el efecto de los factores ambientales en la célula está mediado por su membrana citoplasmática. La superficie de la célula tiene alta resistencia y elasticidad, se restaura fácil y rápidamente después de daños menores.

La estructura de la membrana plasmática determina sus propiedades:

Plasticidad (fluidez), permite que la membrana cambie de forma y tamaño;

La capacidad de autocerrarse permite que la membrana restablezca su integridad cuando se rompe;

La permeabilidad selectiva proporciona el paso de diversas sustancias a través de la membrana a diferentes velocidades.

Las principales funciones de la membrana citoplasmática:

determina y mantiene la forma de la célula ( formación);

delimita el contenido interno de la celda ( barrera), desempeñando el papel de una barrera mecánica; la función de barrera real la proporciona la capa bilípida, que evita que el contenido se propague y evita la penetración de sustancias extrañas en la célula;

Protege la célula de influencias mecánicas ( protector);

Regula el metabolismo entre la célula y el medio ambiente, asegurando la constancia de la composición intracelular ( regulador);

reconoce señales externas, "reconoce" ciertas sustancias (por ejemplo, hormonas) ( receptor); Algunas proteínas de la membrana plasmática (receptores hormonales; receptores de linfocitos B; proteínas integrales que realizan funciones enzimáticas específicas que llevan a cabo procesos de digestión parietal) son capaces de reconocer ciertas sustancias y unirse a ellas, por lo que los receptores traseros participan en la selección de moléculas que ingresan. la célula;

Se desarrolló de tal manera que la función de cada uno de sus sistemas era resultado de la función de la suma de las células que conforman los órganos y tejidos de este sistema. Cada célula del cuerpo tiene un conjunto de estructuras y mecanismos que le permiten realizar su propio metabolismo y realizar su propia función.

La celda contiene membrana citoplasmática o superficial; citoplasma, que tiene varios orgánulos, inclusiones, elementos del citoesqueleto; Núcleo que contiene el genoma nuclear. Los orgánulos celulares y el núcleo están delimitados en el citoplasma por membranas internas. Cada estructura de la célula realiza su función en ella, y todas ellas en conjunto aseguran la viabilidad de la célula y el desempeño de sus funciones específicas.

Papel clave en las funciones celulares. y su regulación Pertenece a la membrana citoplasmática de la célula.

Principios generales de la estructura de la membrana citoplasmática.

Todas las membranas celulares comparten el mismo principio estructural.(Fig. 1), que se basa en las propiedades fisicoquímicas de los lípidos y proteínas complejos que los componen. Las membranas celulares están ubicadas en un medio acuoso y para comprender los fenómenos fisicoquímicos que afectan su organización estructural, es útil describir la interacción de las moléculas de lípidos y proteínas con las moléculas de agua y entre sí. Varias propiedades de las membranas celulares también se derivan de la consideración de esta interacción.

Se sabe que la membrana plasmática de una célula está representada por una doble capa de lípidos complejos que cubren la superficie de la célula en toda su longitud. Para crear una bicapa lipídica, solo aquellas moléculas lipídicas que poseen propiedades anfifílicas (anfipáticas) podrían seleccionarse por naturaleza e incluirse en su estructura. Las moléculas de fosfolípidos y colesterol cumplen estas condiciones. Sus propiedades son tales que una parte de la molécula (glicerol para los fosfolípidos y ciclopentano para el colesterol) tiene propiedades polares (hidrófilas) y la otra (radicales de ácidos grasos) tiene propiedades no polares (hidrófobas).

Arroz. 1. La estructura de la membrana citoplasmática de la célula.

Si se coloca una cierta cantidad de moléculas de fosfolípidos y colesterol en un medio acuoso, espontáneamente comenzarán a ensamblarse en estructuras ordenadas y a formar burbujas cerradas. liposomas), en el que parte del medio acuático está encerrado y la superficie queda cubierta por una doble capa continua ( bicapa) moléculas de fosfolípidos y colesterol. Al considerar la naturaleza de la disposición espacial de las moléculas de fosfolípidos y colesterol en esta bicapa, está claro que las moléculas de estas sustancias están ubicadas con sus partes hidrófilas hacia los espacios de agua exterior e interior, e hidrofóbicas, en direcciones opuestas, dentro de la bicapa. .

¿Qué hace que las moléculas de estos lípidos formen espontáneamente estructuras bicapa en un medio acuoso, similares a la estructura de una bicapa de la membrana celular? La disposición espacial de las moléculas de lípidos anfifílicos en un medio acuoso está dictada por uno de los requisitos de la termodinámica. La estructura espacial más probable que formarán las moléculas de lípidos en un medio acuoso será estructura con mínima energía libre.

Este mínimo de energía libre en la estructura espacial de los lípidos en el agua se logrará cuando las propiedades hidrófilas e hidrófobas de las moléculas se realicen en forma de enlaces intermoleculares correspondientes.

Al considerar el comportamiento de moléculas complejas de lípidos anfifílicos en agua, algunos propiedades de las membranas celulares. Se sabe que si la membrana plasmática está dañada mecánicamente(por ejemplo, perforarlo con un electrodo o extraer el núcleo mediante una punción y colocar otro núcleo en la célula), luego en un momento debido a las fuerzas de interacción intermolecular de lípidos y agua. la membrana restaurará espontáneamente su integridad. Bajo la influencia de las mismas fuerzas, se puede observar. Fusión de bicapas de dos membranas cuando entran en contacto.(p. ej., vesículas y membranas presinápticas en sinapsis). La capacidad de las membranas para fusionarse tras su contacto directo es parte de los mecanismos de renovación de la estructura de la membrana, el transporte de componentes de la membrana de un espacio subcelular a otro y también parte de los mecanismos de endo y exocitosis.

Energía de los enlaces intermoleculares en la bicapa lipídica. muy bajo, por lo tanto, se crean las condiciones para el rápido movimiento de moléculas de lípidos y proteínas en la membrana y para cambiar la estructura de la membrana cuando actúan sobre ella fuerzas mecánicas, presiones, temperaturas y otros factores. La presencia de una doble capa lipídica en la membrana forma un espacio cerrado, aísla el citoplasma del medio acuático circundante y crea un obstáculo para el libre paso del agua y sustancias solubles en ella a través de la membrana celular. El espesor de la bicapa lipídica es de unos 5 nm.

Las membranas celulares también contienen proteínas. Sus moléculas son entre 40 y 50 veces más grandes en volumen y masa que las moléculas de los lípidos de membrana. Debido a las proteínas, el espesor de la membrana alcanza los 7-10 nm. A pesar de que las masas totales de proteínas y lípidos en la mayoría de las membranas son casi iguales, el número de moléculas de proteínas en la membrana es diez veces menor que el de las moléculas de lípidos.

¿Qué sucede si una molécula de proteína se coloca en una bicapa de fosfolípidos de liposomas, cuyas superficies externa e interna son polares y el intralípido es apolar? Bajo la influencia de las fuerzas de las interacciones intermoleculares de lípidos, proteínas y agua, se formará una estructura espacial en la que las regiones no polares de la cadena peptídica tenderán a asentarse en las profundidades de la bicapa lipídica, mientras que los polares tomarán una posición sobre una de las superficies de la bicapa y también podrán sumergirse en el ambiente acuoso externo o interno del liposoma. Una naturaleza muy similar en la disposición de las moléculas de proteínas también tiene lugar en la bicapa lipídica de las membranas celulares (Fig. 1).

Normalmente, las moléculas de proteínas se localizan en la membrana por separado unas de otras. Las fuerzas muy débiles de las interacciones hidrofóbicas entre los radicales hidrocarbonados de las moléculas lipídicas y las regiones no polares de la molécula de proteína (interacciones lípido-lípido, lípido-proteína) que surgen en la parte no polar de la bicapa lipídica no impiden los procesos de difusión térmica de estas moléculas en la estructura bicapa.

Cuando se estudió la estructura de las membranas celulares mediante métodos de investigación sutiles, resultó que es muy similar a la que se forman espontáneamente los fosfolípidos, el colesterol y las proteínas en el medio acuático. En 1972, Singer y Nichols propusieron un modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana celular y formularon sus principios básicos.

Según este modelo, la base estructural de todas las membranas celulares es una doble capa continua similar a un líquido de moléculas anfipáticas de fosfolípidos, colesterol y glicolípidos, que se forman espontáneamente en el medio acuático. En la bicapa lipídica, las moléculas de proteínas están ubicadas asimétricamente y realizan funciones receptoras, enzimáticas y de transporte específicas. Las moléculas de proteínas y lípidos son móviles y pueden realizar movimientos de rotación, difusos en el plano de la bicapa. Las moléculas de proteínas pueden cambiar su estructura espacial (conformación), desplazarse y cambiar su posición en la bicapa lipídica de la membrana, sumergiéndose a diferentes profundidades o flotando hacia su superficie. La estructura de la bicapa lipídica de la membrana es heterogénea. Tiene zonas (dominios) llamadas "balsas", que se encuentran enriquecidas en esfingolípidos y colesterol. Las "balsas" difieren en su estado de fase del estado del resto de la membrana en la que se encuentran. Las características estructurales de las membranas dependen de la función que realizan y del estado funcional.

El estudio de la composición de las membranas celulares confirmó que sus componentes principales son los lípidos, que constituyen aproximadamente el 50% de la masa de la membrana plasmática. Aproximadamente el 40-48% de la masa de la membrana está formada por proteínas y entre el 2 y el 10% por carbohidratos. Los residuos de carbohidratos se incorporan a proteínas, formando glicoproteínas, o a lípidos, formando glicolípidos. Los fosfolípidos son los principales lípidos estructurales de las membranas plasmáticas y constituyen entre el 30 y el 50% de su masa.

Los residuos de carbohidratos de las moléculas de glicolípidos generalmente se encuentran en la superficie exterior de la membrana y se sumergen en un medio acuoso. Desempeñan un papel importante en las interacciones intercelulares entre células y la matriz y en el reconocimiento de antígenos por parte de las células del sistema inmunológico. Las moléculas de colesterol incrustadas en la bicapa de fosfolípidos contribuyen a mantener la disposición ordenada de las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípidos y su estado de cristal líquido. Debido a la alta movilidad conformacional de los radicales acilo de los ácidos grasos en los fosfolípidos, forman un empaquetamiento bastante suelto de la bicapa lipídica y se pueden formar defectos estructurales en ella.

Las moléculas de proteínas son capaces de penetrar toda la membrana de modo que sus secciones finales sobresalgan más allá de sus límites transversales. Estas proteínas se llaman transmembrana, o integral. Las membranas también contienen proteínas que solo están parcialmente sumergidas en la membrana o ubicadas en su superficie.

Muchos funciones específicas de las membranas están determinados por moléculas de proteínas, para las cuales la matriz lipídica es un microambiente directo y la implementación de funciones por parte de las moléculas de proteínas depende de sus propiedades. Entre las funciones más importantes de las proteínas de membrana, se pueden destacar las siguientes: receptor: unión a moléculas de señal como neurotransmisores, hormonas, ingerleucinas, factores de crecimiento y transmisión de señales a estructuras post-receptoras de la célula; enzimático - catálisis de reacciones intracelulares; estructural: participación en la formación de la estructura de la membrana misma; transporte: la transferencia de sustancias a través de membranas; formación de canales: la formación de canales iónicos y de agua. Las proteínas, junto con los carbohidratos, participan en la implementación de la adhesión, pegado y pegado de las células durante las reacciones inmunes, uniendo las células en capas y tejidos, y aseguran la interacción de las células con la matriz extracelular.

La actividad funcional de las proteínas de membrana (receptores, enzimas, portadores) está determinada por su capacidad para cambiar fácilmente su estructura espacial (conformación) al interactuar con moléculas de señalización, la acción de factores físicos o cambiar las propiedades del microambiente. La energía necesaria para implementar estos cambios conformacionales en la estructura de las proteínas depende tanto de las fuerzas de interacción intramoleculares entre secciones individuales de la cadena peptídica como del grado de fluidez (microviscosidad) de los lípidos de la membrana que rodean inmediatamente a la proteína.

Los carbohidratos en forma de glicolípidos y glicoproteínas constituyen sólo del 2 al 10% de la masa de la membrana; su número en diferentes celdas es variable. Gracias a ellos se llevan a cabo algunos tipos de interacciones intercelulares, participan en el reconocimiento de antígenos extraños por parte de la célula y, junto con las proteínas, crean una especie de estructura antigénica de la membrana superficial de la propia célula. Mediante tales antígenos, las células se reconocen entre sí, se unen formando tejidos y se unen durante un breve período para transmitir moléculas de señal entre sí.

Debido a la baja energía de interacción de las sustancias incluidas en la membrana y al relativo orden de su disposición, la membrana celular adquiere una serie de propiedades y funciones que no se pueden reducir a una simple suma de las propiedades de las sustancias que la forman. Efectos insignificantes sobre la membrana, comparables a la energía de los enlaces intermoleculares de proteínas y lípidos, pueden provocar cambios en la conformación de las moléculas de proteínas, la permeabilidad de los canales iónicos, cambios en las propiedades de los receptores de membrana y otras numerosas funciones de la membrana. membrana y la propia célula. La alta sensibilidad de los componentes estructurales de la membrana plasmática tiene una importancia decisiva en la percepción de las señales de información por parte de la célula y su transformación en respuestas celulares.

Funciones de la membrana citoplasmática de la célula.

La membrana citoplasmática realiza muchas funciones que satisfacen las necesidades vitales de la célula. y, en particular, una serie de funciones necesarias para la percepción y transmisión de señales de información por parte de la célula.

Entre las funciones más importantes de la membrana plasmática se encuentran:

• delimitación de la célula del medio ambiente manteniendo la forma, el volumen y las diferencias significativas entre el contenido celular y el espacio extracelular;
• la transferencia de sustancias dentro y fuera de la célula basándose en las propiedades de permeabilidad selectiva, modos activos y otros de transporte;
• mantenimiento de la diferencia de potencial eléctrico transmembrana (polarización de la membrana) en reposo, su cambio bajo diversas influencias en la célula, generación y conducción de excitación;
• participación en la detección (recepción) de señales de naturaleza física, moléculas de señales debido a la formación de receptores sensoriales o moleculares y la transmisión de señales al interior de la célula;
• la formación de contactos intercelulares (contacto estrecho, hendido y desmosómico) en la composición de los tejidos formados o durante la adhesión de células de varios tejidos;
• creación de un microambiente hidrofóbico para la manifestación de la actividad de las enzimas asociadas a la membrana;
• asegurando la especificidad inmune de la célula debido a la presencia en la estructura de la membrana de antígenos de naturaleza proteica o glicoproteica. La especificidad inmunológica es importante cuando las células se combinan en tejidos e interactúan con las células de vigilancia inmunológica del cuerpo.

La lista anterior de funciones de las membranas celulares indica que están involucradas en la implementación no solo de funciones celulares, sino también en los procesos básicos de la actividad vital de los órganos, tejidos y de todo el organismo. Sin el conocimiento de una serie de fenómenos y procesos proporcionados por las estructuras de membrana, es imposible comprender y realizar conscientemente ciertos procedimientos de diagnóstico y medidas terapéuticas. Por ejemplo, para el uso correcto de muchas sustancias medicinales, es necesario saber en qué medida cada una de ellas penetra a través de las membranas celulares desde la sangre hasta el líquido tisular y las células.

Citoplasma- una parte obligatoria de la célula, encerrada entre la membrana plasmática y el núcleo; Se subdivide en hialoplasma (la sustancia principal del citoplasma), orgánulos (componentes permanentes del citoplasma) e inclusiones (componentes temporales del citoplasma). La composición química del citoplasma: la base es el agua (60-90% de la masa total del citoplasma), diversos compuestos orgánicos e inorgánicos. El citoplasma es alcalino. Un rasgo característico del citoplasma de una célula eucariota es el movimiento constante ( ciclosis). Se detecta principalmente por el movimiento de orgánulos celulares, como los cloroplastos. Si el movimiento del citoplasma se detiene, la célula muere, ya que sólo estando en constante movimiento puede realizar sus funciones.

hialoplasma ( citosol) es una solución coloidal incolora, viscosa, espesa y transparente. Es en él donde tienen lugar todos los procesos metabólicos, proporciona la interconexión del núcleo y todos los orgánulos. Dependiendo del predominio de la parte líquida o de moléculas grandes en el hialoplasma, se distinguen dos formas de hialoplasma: Sol- hialoplasma más líquido y gel- hialoplasma más denso. Son posibles transiciones mutuas entre ellos: el gel se convierte en sol y viceversa.

Funciones del citoplasma:

1. integración de todos los componentes de la célula en un solo sistema,
2. ambiente para el paso de muchos procesos bioquímicos y fisiológicos,
3. Ambiente para la existencia y funcionamiento de los orgánulos.

Paredes celulares

Paredes celulares limitar las células eucariotas. En cada membrana celular se pueden distinguir al menos dos capas. La capa interna está adyacente al citoplasma y está representada por membrana de plasma(sinónimos: plasmalema, membrana celular, membrana citoplasmática), sobre la cual se forma la capa externa. En una célula animal, es delgada y se llama glicocalix(formado por glicoproteínas, glicolípidos, lipoproteínas), en una célula vegetal - espesa, llamada pared celular(formado por celulosa).

Todas las membranas biológicas tienen características y propiedades estructurales comunes. Actualmente generalmente aceptado modelo de mosaico fluido de la estructura de la membrana. La base de la membrana es una bicapa lipídica, formada principalmente por fosfolípidos. Los fosfolípidos son triglicéridos en los que un residuo de ácido graso se reemplaza por un residuo de ácido fosfórico; la sección de la molécula en la que se encuentra el residuo de ácido fosfórico se llama cabeza hidrófila, las secciones en las que se encuentran los residuos de ácidos grasos se denominan colas hidrófobas. En la membrana, los fosfolípidos están dispuestos de forma estrictamente ordenada: las colas hidrófobas de las moléculas se enfrentan entre sí y las cabezas hidrófilas miran hacia afuera, hacia el agua.

Además de los lípidos, la membrana contiene proteínas (en promedio ≈ 60%). Determinan la mayoría de funciones específicas de la membrana (transporte de determinadas moléculas, catálisis de reacciones, recepción y conversión de señales del medio ambiente, etc.). Distinguir: 1) proteínas periféricas(ubicado en la superficie externa o interna de la bicapa lipídica), 2) proteínas semiintegrales(sumergido en la bicapa lipídica a diferentes profundidades), 3) proteínas integrales o transmembrana(impregna la membrana de principio a fin, mientras está en contacto con el entorno externo e interno de la célula). Las proteínas integrales en algunos casos se denominan formadoras de canales o canales, ya que pueden considerarse canales hidrófilos a través de los cuales pasan moléculas polares a la célula (el componente lipídico de la membrana no las dejaría pasar).

A - cabeza hidrofílica del fosfolípido; C, colas hidrofóbicas del fosfolípido; 1 - regiones hidrofóbicas de las proteínas E y F; 2, regiones hidrofílicas de la proteína F; 3 - una cadena de oligosacárido ramificada unida a un lípido en una molécula de glicolípido (los glicolípidos son menos comunes que las glicoproteínas); 4 - cadena de oligosacárido ramificada unida a una proteína en una molécula de glicoproteína; 5 - canal hidrófilo (funciona como un poro a través del cual pueden pasar iones y algunas moléculas polares).

La membrana puede contener carbohidratos (hasta un 10%). El componente carbohidrato de las membranas está representado por cadenas de oligosacáridos o polisacáridos asociados con moléculas de proteínas (glicoproteínas) o lípidos (glicolípidos). Básicamente, los carbohidratos se encuentran en la superficie exterior de la membrana. Los carbohidratos proporcionan funciones receptoras de la membrana. En las células animales, las glicoproteínas forman un complejo de epimembrana, el glicocálix, de varias decenas de nanómetros de espesor. En él se encuentran muchos receptores celulares, con su ayuda se produce la adhesión celular.

Las moléculas de proteínas, carbohidratos y lípidos son móviles y pueden moverse en el plano de la membrana. El espesor de la membrana plasmática es de aproximadamente 7,5 nm.

Funciones de membrana

Las membranas realizan las siguientes funciones:

1. separación del contenido celular del entorno externo,
2. regulación del metabolismo entre la célula y el medio ambiente,
3. división de la célula en compartimentos ("compartimentos"),
4. ubicación de "transportadores enzimáticos",
5. proporcionar comunicación entre células en los tejidos de organismos multicelulares (adhesión),
6. reconocimiento de señales.

El más importante propiedad de la membrana- permeabilidad selectiva, es decir Las membranas son muy permeables a algunas sustancias o moléculas y poco permeables (o completamente impermeables) a otras. Esta propiedad subyace a la función reguladora de las membranas, que asegura el intercambio de sustancias entre la célula y el entorno externo. El proceso por el cual las sustancias atraviesan la membrana celular se llama transporte de sustancias. Distinguir: 1) transporte pasivo- el proceso de expulsión de sustancias, quedando sin energía; 2) transporte activo- el proceso de paso de sustancias, dependiendo del coste de la energía.

En transporte pasivo las sustancias se mueven de un área con mayor concentración a un área con menor, es decir, a lo largo del gradiente de concentración. En cualquier solución hay moléculas del disolvente y del soluto. El proceso de movimiento de las moléculas de soluto se llama difusión, el movimiento de moléculas de disolvente se llama ósmosis. Si la molécula está cargada, su transporte se ve afectado por el gradiente eléctrico. Por lo tanto, a menudo se habla de un gradiente electroquímico, que combina ambos gradientes. La velocidad del transporte depende de la magnitud del gradiente.

Se pueden distinguir los siguientes tipos de transporte pasivo: 1) difusión simple- transporte de sustancias directamente a través de la bicapa lipídica (oxígeno, dióxido de carbono); 2) difusión a través de canales de membrana- transporte a través de proteínas formadoras de canales (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) difusión facilitada- transporte de sustancias mediante proteínas de transporte especiales, cada una de las cuales es responsable del movimiento de determinadas moléculas o grupos de moléculas relacionadas (glucosa, aminoácidos, nucleótidos); 4) ósmosis- transporte de moléculas de agua (en todos los sistemas biológicos, el agua es el disolvente).

Necesidad transporte activo Ocurre cuando es necesario asegurar la transferencia de moléculas a través de la membrana contra el gradiente electroquímico. Este transporte se realiza mediante proteínas portadoras especiales, cuya actividad requiere un gasto energético. La fuente de energía son las moléculas de ATP. El transporte activo incluye: 1) bomba Na + /K + (bomba de sodio-potasio), 2) endocitosis, 3) exocitosis.

Trabajo Na + /K + -bomba. Para un funcionamiento normal, la célula debe mantener una cierta proporción de iones K + y Na + en el citoplasma y en el ambiente externo. La concentración de K + dentro de la célula debe ser significativamente mayor que fuera de ella, y Na +, viceversa. Cabe señalar que Na+ y K+ pueden difundirse libremente a través de los poros de la membrana. La bomba Na+/K+ contrarresta la ecualización de estas concentraciones de iones y bombea activamente Na+ fuera de la célula y K+ hacia la célula. La bomba Na+/K+ es una proteína transmembrana capaz de realizar cambios conformacionales, de modo que puede unir tanto K+ como Na+. El ciclo de funcionamiento de la bomba Na+/K+ se puede dividir en las siguientes fases: 1) unión de Na+ desde el interior de la membrana, 2) fosforilación de la proteína de la bomba, 3) liberación de Na+ en el medio extracelular. espacio, 4) unión de K + desde el exterior de la membrana, 5) desfosforilación de la proteína de la bomba, 6) liberación de K + en el espacio intracelular. La bomba de sodio-potasio consume casi un tercio de toda la energía necesaria para la vida de la célula. Durante un ciclo de operación, la bomba bombea 3Na + de la celda y bombea 2K +.

Endocitosis- el proceso de absorción por la célula de partículas grandes y macromoléculas. Hay dos tipos de endocitosis: 1) fagocitosis- captura y absorción de partículas grandes (células, partes de células, macromoléculas) y 2) pinocitosis- captura y absorción de material líquido (solución, solución coloidal, suspensión). El fenómeno de la fagocitosis fue descubierto por I.I. Mechnikov en 1882. Durante la endocitosis, la membrana plasmática forma una invaginación, sus bordes se fusionan y las estructuras delimitadas del citoplasma por una sola membrana se unen al citoplasma. Muchos protozoos y algunos leucocitos son capaces de fagocitosis. La pinocitosis se observa en las células epiteliales del intestino, en el endotelio de los capilares sanguíneos.

Exocitosis- el proceso inverso de la endocitosis: la eliminación de diversas sustancias de la célula. Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula se fusiona con la membrana citoplasmática externa, el contenido de la vesícula se elimina fuera de la célula y su membrana se incluye en la membrana citoplasmática externa. De esta forma, las hormonas se excretan de las células de las glándulas endocrinas y, en los más simples, quedan alimentos no digeridos.

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