La membrane cellulaire, également appelée plasmalemme, cytolemme ou membrane plasmique, est une structure moléculaire, de nature élastique, constituée de diverses protéines et lipides. Il sépare le contenu de toute cellule du milieu extérieur, régulant ainsi ses propriétés protectrices, et assure également l'échange entre le milieu extérieur et le contenu interne immédiat de la cellule.

Le plasmalemme est une cloison située à l’intérieur, directement derrière la membrane. Il divise la cellule en certains compartiments, qui sont dirigés vers des compartiments ou organites. Ils contiennent des conditions environnementales spécialisées. La paroi cellulaire recouvre entièrement la totalité de la membrane cellulaire. Cela ressemble à une double couche de molécules.

Informations de base

La composition du plasmalemme est constituée de phospholipides ou, comme on les appelle également, de lipides complexes. Les phospholipides comportent plusieurs parties : une queue et une tête. Les experts appellent parties hydrophobes et hydrophiles : en fonction de la structure de la cellule animale ou végétale. Les zones appelées tête font face à l’intérieur de la cellule et les queues font face à l’extérieur. Les plasmalemmes ont une structure invariable et sont très similaires dans différents organismes ; Le plus souvent, l'exception peut être les archées, dont les cloisons sont constituées de divers alcools et de glycérol.

Épaisseur du plasmalemme environ 10 nm.

Il existe des cloisons situées à l'extérieur ou à l'extérieur de la partie adjacente à la membrane - elles sont dites superficielles. Certains types de protéines peuvent constituer des points de contact uniques pour la membrane cellulaire et la membrane. À l’intérieur de la cellule se trouvent un cytosquelette et une paroi externe. Certains types de protéines intégrales peuvent être utilisés comme canaux dans les récepteurs de transport d'ions (en parallèle avec les terminaisons nerveuses).

Si vous utilisez un microscope électronique, vous pouvez obtenir des données sur la base desquelles vous pouvez construire un diagramme de la structure de toutes les parties de la cellule, ainsi que des principaux composants et membranes. L'appareil supérieur sera composé de trois sous-systèmes :

• inclusion supramembranaire complexe;
• l'appareil de soutien-contractile du cytoplasme, qui aura une partie sous-membranaire.

Cet appareil comprend le cytosquelette de la cellule. Le cytoplasme avec des organites et un noyau est appelé appareil nucléaire. La membrane cytoplasmique ou, en d'autres termes, la membrane plasmocytaire est située sous la membrane cellulaire.

Le mot « membrane » vient du mot latin membranum, qui peut être traduit par « peau » ou « gaine ». Le terme a été proposé il y a plus de 200 ans et était plus souvent utilisé pour désigner les bords de la cellule, mais à l'époque où l'utilisation de divers équipements électroniques a commencé, il a été établi que les cytolemmes plasmatiques constituent de nombreux éléments différents de la membrane. .

Les éléments sont le plus souvent structurels, tels que :

• les mitochondries ;
• les lysosomes ;
• plastes;
• cloisons.

L'une des premières hypothèses concernant la composition moléculaire du plasmalemme a été avancée en 1940 par un institut scientifique britannique. Déjà en 1960, William Roberts proposait au monde l’hypothèse de la « membrane élémentaire ». Elle a supposé que tous les plasmalemmes cellulaires sont constitués de certaines parties et, en fait, sont formés selon un principe général pour tous les règnes d'organismes.

Au début des années 70 du 20e siècle, de nombreuses données ont été découvertes, sur la base desquelles, en 1972, des scientifiques australiens ont proposé un nouveau modèle mosaïque-liquide de la structure cellulaire.

Structure de la membrane plasmique

Le modèle de 1972 est généralement reconnu à ce jour. Autrement dit, dans la science moderne, divers scientifiques travaillant avec la coquille s'appuient sur les travaux théoriques "Structure de la membrane biologique du modèle de mosaïque liquide".

Les molécules de protéines sont associées à la bicouche lipidique et pénètrent complètement dans toute la membrane - protéines intégrales (l'un des noms communs est protéines transmembranaires).

La coquille contient divers composants glucidiques qui ressembleront à un polysaccharide ou à une chaîne saccharidique. La chaîne, à son tour, sera reliée par des lipides et des protéines. Les chaînes reliées par des molécules protéiques sont appelées glycoprotéines et par des molécules lipidiques - glycosides. Les glucides sont situés à l’extérieur de la membrane et fonctionnent comme des récepteurs dans les cellules animales.

Glycoprotéine - représente un complexe de fonctions supra-membranaires. On l'appelle aussi glycocalyx (des mots grecs glyk et kalix, qui signifie « doux » et « tasse »). Le complexe favorise l'adhésion cellulaire.

Fonctions de la membrane plasmique

Barrière

Aide à séparer les composants internes de la masse cellulaire des substances externes. Il protège l’organisme de l’entrée de diverses substances qui lui seraient étrangères, et contribue au maintien de l’équilibre intracellulaire.

Transport

La cellule dispose de son propre « transport passif » et l’utilise pour réduire la consommation d’énergie. La fonction transport intervient dans les processus suivants :

• endocytose;
• exocytose;
• métabolisme du sodium et du potassium.

Sur la face externe de la membrane se trouve un récepteur sur le site duquel se produit un mélange d'hormones et de diverses molécules régulatrices.

Transport passif- un processus dans lequel une substance traverse une membrane sans dépenser d'énergie. En d’autres termes, la substance est délivrée d’une zone de la cellule à forte concentration vers le côté où la concentration sera plus faible.

Il en existe deux types :

• Diffusion simple- est inhérent aux petites molécules neutres H2O, CO2 et O2 et à certaines substances organiques hydrophobes de faible poids moléculaire et, par conséquent, traverse sans problème les phospholipides membranaires. Ces molécules peuvent pénétrer dans la membrane jusqu'à ce que le gradient de concentration soit stable et inchangé.
• Diffusion facilitée- caractéristique de diverses molécules hydrophiles. Ils peuvent également traverser la membrane selon un gradient de concentration. Cependant, le processus sera réalisé à l’aide de diverses protéines, qui formeront des canaux spécifiques de composés ioniques dans la membrane.

Transport actif- il s'agit du mouvement de divers composants à travers la paroi membranaire par opposition à un gradient. Un tel transfert nécessite une dépense importante de ressources énergétiques dans la cellule. Le plus souvent, les transports actifs constituent la principale source de consommation d’énergie.

Il existe plusieurs variétés transport actif avec la participation de protéines porteuses :

• Pompe sodium-potassium. Réception des minéraux et oligo-éléments nécessaires par la cellule.
• Endocytose- un processus dans lequel la cellule capture des particules solides (phagocytose) ou diverses gouttelettes de n'importe quel liquide (pinocytose).
• Exocytose- un processus par lequel certaines particules sont libérées d'une cellule dans l'environnement extérieur. Le processus est un contrepoids à l’endocytose.

Le terme « endocytose » vient des mots grecs « enda » (de l'intérieur) et « cétose » (tasse, récipient). Le processus caractérise la capture de composés externes par la cellule et est réalisé lors de la production de vésicules membranaires. Ce terme a été inventé en 1965 par Christian Bayles, professeur de cytologie en Belgique, qui a étudié l'absorption de diverses substances par les cellules de mammifères, ainsi que la phagocytose et la pinocytose.

Phagocytose

Se produit lorsqu'une cellule capture certaines particules solides ou cellules vivantes. Et la pinocytose est le processus par lequel des gouttelettes de liquide sont capturées par une cellule. La phagocytose (des mots grecs « dévoreur » et « réceptacle ») est le processus par lequel de très petits objets vivants sont capturés et absorbés, ainsi que des parties solides de divers organismes unicellulaires.

La découverte du processus appartient au physiologiste russe Vyacheslav Ivanovich Mechnikov, qui a déterminé le processus lui-même, alors qu'il effectuait divers tests avec des étoiles de mer et de minuscules daphnies.

La nutrition des organismes hétérotrophes unicellulaires repose sur leur capacité à digérer et également à capturer diverses particules.

Mechnikov a décrit l'algorithme d'absorption des bactéries par l'amibe et le principe général de la phagocytose :

• adhésion - collage des bactéries à la membrane cellulaire ;
• absorption;
• formation d'une vésicule avec une cellule bactérienne ;
• déboucher la bouteille.

Sur cette base, le processus de phagocytose comprend les étapes suivantes :

1. La particule absorbée est attachée à la membrane.
2. Entourer la particule absorbée d’une membrane.
3. Formation d'une vésicule membranaire (phagosome).
4. Détachement d'une vésicule membranaire (phagosome) à l'intérieur de la cellule.
5. Combinaison de phagosome et de lysosome (digestion), ainsi que mouvement interne des particules.

Une digestion complète ou partielle peut être observée.

En cas de digestion partielle, il se forme le plus souvent un corps résiduel qui restera un certain temps à l'intérieur de la cellule. Les résidus non digérés sont éliminés (évacués) de la cellule par exocytose. Au cours du processus d'évolution, cette fonction de prédisposition à la phagocytose s'est progressivement séparée et est passée de diverses cellules unicellulaires à des cellules spécialisées (telles que la cellule digestive des coelentérés et des éponges), puis à des cellules spécialisées chez les mammifères et les humains.

Les lymphocytes et les leucocytes du sang sont prédisposés à la phagocytose. Le processus de phagocytose lui-même nécessite de grandes quantités d’énergie et est directement associé à l’activité de la membrane cellulaire externe et du lysosome, où se trouvent les enzymes digestives.

Pinocytose

La pinocytose est la capture d'un liquide contenant diverses substances par la surface cellulaire. La découverte du phénomène de pinocytose appartient au scientifique Fitzgerald Lewis. Cet événement a eu lieu en 1932.

La pinocytose est l'un des principaux mécanismes par lesquels des composés de haut poids moléculaire, par exemple diverses glycoprotéines ou protéines solubles, pénètrent dans la cellule. L’activité pinocytotique, quant à elle, est impossible sans l’état physiologique de la cellule et dépend de sa composition et de celle de l’environnement. On peut observer la pinocytose la plus active chez l'amibe.

Chez l'homme, la pinocytose est observée dans les cellules intestinales, les vaisseaux sanguins, les tubules rénaux ainsi que dans les ovocytes en croissance. Afin de représenter le processus de pinocytose, qui sera réalisé à l'aide de leucocytes humains, une saillie de la membrane plasmique peut être réalisée. Dans ce cas, les pièces seront délacées et séparées. Le processus de pinocytose nécessite de l'énergie.

Étapes du processus de pinocytose :

1. De fines excroissances apparaissent sur le plasmalemme cellulaire externe, qui entoure les gouttelettes de liquide.
2. Cette section de la coque extérieure devient plus fine.
3. Formation d'une vésicule membranaire.
4. Le mur est en train de percer (d’échouer).
5. La vésicule se déplace dans le cytoplasme et peut fusionner avec diverses vésicules et organites.

Exocytose

Le terme vient des mots grecs « exo » - externe, externe et « cytosis » - vaisseau, coupe. Le processus implique la libération de certaines particules par la cellule dans l'environnement extérieur. Le processus d'exocytose est à l'opposé de la pinocytose.

Au cours du processus d'écocytose, des bulles de liquide intracellulaire émergent de la cellule et se déplacent vers la membrane externe de la cellule. Le contenu des vésicules peut être libéré et la membrane cellulaire fusionne avec la membrane des vésicules. Ainsi, la plupart des connexions macromoléculaires se produiront de cette manière.

L'exocytose remplit un certain nombre de tâches :

• livraison de molécules à la membrane cellulaire externe;
• transport dans toute la cellule de substances qui seront nécessaires à la croissance et à l'augmentation de la surface membranaire, par exemple certaines protéines ou phospholipides ;
• libérer ou connecter diverses pièces ;
• élimination des produits nocifs et toxiques apparaissant au cours du métabolisme, par exemple l'acide chlorhydrique sécrété par les cellules de la muqueuse gastrique ;
• le transport du pepsinogène, ainsi que des molécules de signalisation, des hormones ou des neurotransmetteurs.

Fonctions spécifiques des membranes biologiques:

• génération d'une impulsion se produisant au niveau nerveux, à l'intérieur de la membrane neuronale ;
• synthèse de polypeptides, ainsi que de lipides et de glucides du réticulum rugueux et lisse du réticulum endoplasmique ;
• changement d'énergie lumineuse et sa conversion en énergie chimique.

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La membrane plasmique occupe une position particulière, puisqu'elle limite la cellule de l'extérieur et est directement reliée au milieu extracellulaire. Elle mesure environ 10 nm d’épaisseur et constitue la plus épaisse des membranes cellulaires. Les principaux composants sont les protéines (plus de 60 %), les lipides (environ 40 %) et les glucides (environ 1 %). Comme toutes les autres membranes cellulaires, elle est synthétisée dans les canaux ER.

Fonctions du plasmalemme.

Transport.

La membrane plasmique est semi-perméable, c'est-à-dire différentes molécules sélectivement le traversent à des vitesses différentes. Il existe deux manières de transporter des substances à travers une membrane : transports passifs et actifs.

Transport passif. Le transport ou la diffusion passive ne nécessite pas d’énergie. Les molécules non chargées diffusent le long d'un gradient de concentration ; le transport des molécules chargées dépend du gradient de concentration des protons d'hydrogène et de la différence de potentiel transmembranaire, qui se combinent pour former un gradient électrochimique de protons. En règle générale, la surface cytoplasmique interne de la membrane porte une charge négative, ce qui facilite la pénétration des ions chargés positivement dans la cellule. Il existe deux types de diffusion : simple et facilitée.

La diffusion simple est typique des petites molécules neutres (H 2 O, CO 2, O 2), ainsi que des substances organiques hydrophobes de faible poids moléculaire. Ces molécules peuvent passer sans aucune interaction avec les protéines membranaires à travers les pores ou canaux membranaires tant que le gradient de concentration est maintenu.

La diffusion facilitée est caractéristique des molécules hydrophiles qui sont également transportées à travers la membrane selon un gradient de concentration, mais à l'aide de protéines porteuses membranaires spéciales selon le principe uniport.

La diffusion facilitée est hautement sélective, puisque la protéine porteuse possède un centre de liaison complémentaire à la substance transportée, et le transfert s'accompagne de changements conformationnels dans la protéine. L'un des mécanismes possibles de diffusion facilitée est le suivant : une protéine de transport (translocase) se lie à une substance, puis s'approche du côté opposé de la membrane, libère cette substance, reprend sa conformation d'origine et est à nouveau prête à remplir la fonction de transport. On sait peu de choses sur la façon dont la protéine elle-même se déplace. Un autre mécanisme de transport possible implique la participation de plusieurs protéines transporteuses. Dans ce cas, le composé initialement lié lui-même se déplace d’une protéine à une autre, se liant séquentiellement d’abord à l’une puis à une autre protéine jusqu’à ce qu’il se retrouve du côté opposé de la membrane.

Transport actif. Un tel transport se produit lorsque le transport se produit contre un gradient de concentration. Cela nécessite une dépense énergétique de la cellule. Le transport actif sert à accumuler des substances à l'intérieur de la cellule. La source d'énergie est souvent l'ATP. Pour le transport actif, en plus de la source d'énergie, la participation des protéines membranaires est nécessaire. L'un des systèmes de transport actifs dans les cellules animales est responsable du transport des ions Na et K + à travers la membrane cellulaire. Ce système est appelé N / A + - Pompe K*. Il est responsable du maintien de la composition de l'environnement intracellulaire, dans lequel la concentration en ions K + est supérieure à celle des ions Na *.

Le gradient de concentration des deux ions est maintenu par le transfert de K + dans la cellule et de Na + en sortie. Les deux transports se produisent à contre-courant du gradient de concentration. Cette répartition des ions détermine la teneur en eau des cellules, l’excitabilité des cellules nerveuses et musculaires ainsi que d’autres propriétés des cellules normales. La pompe Na + -K + - est une protéine - transporter l'ATPase. La molécule de cette enzyme est un oligomère et pénètre dans la membrane. Au cours d'un cycle complet de fonctionnement de la pompe, 3 ions Na + sont transférés de la cellule à la substance intercellulaire, et 2 ions K + sont transférés dans la direction opposée, en utilisant l'énergie de la molécule d'ATP. Il existe des systèmes de transport pour le transfert d'ions calcium (Ca 2+ -ATPases), des pompes à protons (H + -ATPases), etc.

Le transfert actif d'une substance à travers une membrane, réalisé grâce à l'énergie du gradient de concentration d'une autre substance, est appelé importer. L'ATPase de transport possède dans ce cas des centres de liaison pour les deux substances. Antiport est le mouvement d'une substance contre son gradient de concentration. Dans ce cas, une autre substance se déplace dans la direction opposée le long de son gradient de concentration. Le symport et l'antiport (cotransport) peuvent se produire lors de l'absorption des acides aminés de l'intestin et de la réabsorption du glucose de l'urine primaire, en utilisant l'énergie du gradient de concentration en ions Na + créé par la Na + , K + -ATPase.

Deux autres types de transport sont l'endocytose et l'exocytose.

Endocytose- capture des grosses particules par la cellule. Il existe plusieurs voies d'endocytose : la pinocytose et la phagocytose. Généralement sous pinocytose comprendre l'absorption des particules colloïdales liquides par la cellule, sous phagocytose- capture de corpuscules (particules plus denses et plus grosses jusqu'aux autres cellules). Le mécanisme de la pino- et de la phagocytose est différent.

En général, l’entrée de particules solides ou de gouttes de liquide dans une cellule depuis l’extérieur est appelée hétérophagie. Ce processus est plus répandu chez les protozoaires, mais il est également très important chez l'homme (ainsi que chez d'autres mammifères). L'hétérophagie joue un rôle important dans la défense de l'organisme (neutrophiles segmentés - granulocytes ; macrophagocytes), la restructuration du tissu osseux (ostéoclastes), la formation de thyroxine par les follicules thyroïdiens, la réabsorption des protéines et autres macromolécules dans le néphron proximal et autres processus.

Pinocytose.

Pour que les molécules externes pénètrent dans la cellule, elles doivent d’abord être liées aux récepteurs du glycocalyx (un ensemble de molécules associées aux protéines membranaires de surface) (Fig.).

Au site de cette liaison, les molécules de protéine clathrine se trouvent sous le plasmalemme. La membrane plasmique, ainsi que les molécules attachées de l’extérieur et reposant sur la clathrine du côté du cytoplasme, commencent à s’invaginer. L'invagination devient plus profonde, ses bords se rapprochent puis se referment. En conséquence, une bulle contenant les molécules capturées se sépare du plasmalemme. La clathrine à sa surface ressemble à une bordure inégale sur les micrographies électroniques, c'est pourquoi ces bulles sont appelées bordées.

La clathrine empêche les vésicules de se fixer aux membranes intracellulaires. Par conséquent, les vésicules bordées peuvent être librement transportées dans la cellule précisément vers les zones du cytoplasme où leur contenu doit être utilisé. C’est ainsi que les hormones stéroïdes, en particulier, sont acheminées vers le noyau. Cependant, les vésicules généralement bordées perdent leur bordure peu de temps après leur séparation du plasmalemme. La clathrine est transportée vers le plasmalemme et peut à nouveau participer aux réactions d'endocytose.

Près de la surface cellulaire du cytoplasme se trouvent des vésicules plus permanentes - les endosomes. Les vésicules bordées éliminent la clathrine et fusionnent avec les endosomes, augmentant ainsi le volume et la surface des endosomes. Ensuite, la partie excédentaire des endosomes est divisée sous la forme d'une nouvelle vésicule, dans laquelle aucune substance ne pénètre dans la cellule, elles restent dans l'endosome ; La nouvelle vésicule se déplace vers la surface cellulaire et fusionne avec la membrane. En conséquence, la perte du plasmalemme, survenue lors du détachement de la vésicule bordée, est restaurée et ses récepteurs retournent également au plasmalemme.

Les endosomes sont immergés dans le cytoplasme et fusionnent avec les membranes du lysosome. Les substances entrant à l'intérieur d'un tel lysosome secondaire subissent diverses transformations biochimiques. À la fin du processus, la membrane du lysosome peut se désintégrer en fragments et les produits de dégradation et le contenu du lysosome deviennent disponibles pour les réactions métaboliques intracellulaires. Par exemple, les acides aminés sont liés par l’ARNt et délivrés aux ribosomes, et le glucose peut pénétrer dans le complexe de Golgi ou dans les tubules du RE agranulaire.

Bien que les endosomes n’aient pas de bordure en clathrine, ils ne fusionnent pas tous avec les lysosomes. Certains d'entre eux sont dirigés d'une surface cellulaire à une autre (si les cellules forment une couche épithéliale). Là, la membrane de l'endosome fusionne avec le plasmalemme et son contenu est évacué vers l'extérieur. En conséquence, les substances sont transférées à travers la cellule d’un environnement à un autre sans changement. Ce processus est appelé transcytose. Des molécules protéiques, notamment des immunoglobulines, peuvent également être transférées par transcytose.

Phagocytose.

Si une grosse particule possède à sa surface des groupes moléculaires pouvant être reconnus par les récepteurs cellulaires, elle se lie. Il n’est pas toujours vrai que les particules étrangères elles-mêmes possèdent de tels groupes. Cependant, lorsqu’ils pénètrent dans l’organisme, ils sont entourés de molécules d’immunoglobulines (opsonines), toujours présentes aussi bien dans le sang que dans le milieu intercellulaire. Les immunoglobulines sont toujours reconnues par les cellules phagocytaires.

Une fois que les opsonines recouvrant la particule étrangère se sont liées aux récepteurs phagocytaires, son complexe de surface est activé. Les microfilaments d'actine commencent à interagir avec la myosine et la configuration de la surface cellulaire change. Des excroissances du cytoplasme phagocytaire s'étendent autour de la particule. Ils recouvrent la surface de la particule et se combinent au-dessus. Les couches externes des excroissances fusionnent, fermant la surface de la cellule.

De profondes feuilles d'excroissances forment une membrane autour de la particule absorbée - un phagosome. Le phagosome fusionne avec les lysosomes, ce qui donne naissance à leur complexe - hétérolysosome (hétérosome, ou phagolysosome). Dans celui-ci, la lyse des composants capturés de la particule se produit. Certains des produits de lyse sont éliminés de l'hétérosome et utilisés par la cellule, tandis que d'autres peuvent ne pas se prêter à l'action des enzymes lysosomales. Ces résidus forment des corps résiduels.

Potentiellement, toutes les cellules ont la capacité de phagocyter, mais dans l’organisme, seules quelques-unes se spécialisent dans cette direction. Ce sont des leucocytes neutrophiles et des macrophages.

Exocytose.

Il s'agit de l'élimination de substances de la cellule. Premièrement, les composés moléculaires de grande taille sont séparés dans le complexe de Golgi sous forme de vésicules de transport. Ces derniers, avec la participation des microtubules, sont dirigés vers la surface cellulaire. La membrane de la vésicule est intégrée dans le plasmalemme et le contenu de la vésicule apparaît à l'extérieur de la cellule (Fig.). La vésicule peut fusionner avec le plasmalemme sans aucun signal supplémentaire. Cette exocytose est appelée constitutif. C’est ainsi que la plupart des produits de son propre métabolisme sont éliminés des cellules. Un certain nombre de cellules, cependant, sont conçues pour synthétiser des composés spéciaux – des sécrétions utilisées dans d’autres parties du corps. Pour que la vésicule de transport contenant la sécrétion fusionne avec le plasmalemme, des signaux extérieurs sont nécessaires. Ce n’est qu’alors que la fusion aura lieu et que le secret sera dévoilé. Cette exocytose est appelée Ajustable. Les molécules signal qui favorisent l'élimination des sécrétions sont appelées les libérins (facteurs de libération), et ceux empêchant l'excrétion - les statines.

Fonctions du récepteur.

Ils sont principalement apportés par des glycoprotéines situées à la surface du plasmalemme et capables de se lier à leurs ligands. Le ligand correspond à son récepteur comme la clé d'une serrure. La liaison d'un ligand à un récepteur provoque une modification de la conformation du polypeptide. Avec ce changement dans la protéine transmembranaire, une communication s'établit entre l'environnement extra- et intracellulaire.

Types de récepteurs.

Récepteurs couplés aux canaux ioniques des protéines. Ils interagissent avec une molécule de signalisation qui ouvre ou ferme temporairement le canal de passage des ions. (Par exemple, le récepteur du neurotransmetteur acétylcholine est une protéine composée de 5 sous-unités qui forment un canal ionique. En l'absence d'acétylcholine, le canal est fermé et, après fixation, il s'ouvre et laisse passer les ions sodium).

Récepteurs catalytiques. Ils sont constitués d'une partie extracellulaire (le récepteur lui-même) et d'une partie cytoplasmique intracellulaire, qui fonctionne comme une enzyme prolinkase (par exemple, les récepteurs de l'hormone de croissance).

Récepteurs couplés aux protéines G. Ce sont des protéines transmembranaires constituées d'un récepteur interagissant avec un ligand et d'une protéine G (protéine régulatrice liée à la guanosine triphosphate) qui transmet un signal à une enzyme liée à la membrane (adénylate cyclase) ou à un canal ionique. En conséquence, les ions AMP cyclique ou calcium sont activés. (C'est ainsi que fonctionne le système adénylate cyclase. Par exemple, dans les cellules hépatiques, il existe un récepteur pour l'hormone insuline. La partie supracellulaire du récepteur se lie à l'insuline. Cela provoque l'activation de la partie intracellulaire - l'enzyme adénylate cyclase. Elle synthétise AMP cyclique de l'ATP, qui régule le taux de divers processus intracellulaires, provoquant l'activation ou l'inhibition de certaines enzymes métaboliques).

Récepteurs qui perçoivent les facteurs physiques. Par exemple, la protéine photoréceptrice rhodopsine. Lorsque la lumière est absorbée, elle change de conformation et excite une impulsion nerveuse.

Conférence n°4.

Nombre d'heures : 2

Membrane plasma

1.

2.

3. Contacts intercellulaires.

1. Structure de la membrane plasmique

Membrane plasmique, ou plasmalemme, est une structure périphérique superficielle qui limitecellule à l’extérieur et assurant sa connexion avec les autres cellules et le milieu extracellulaire. Il a une épaisseurenviron 10 nm. Parmi les autres membranes cellulaires, le plasmalemme est la plus épaisse. Chimiquement, la membrane plasmique est complexe lipoprotéique. Les principaux composants sont les lipides (environ 40 %), les protéines (plus de 60 %) et les glucides (environ 2 à 10 %).

Les lipides comprennent un grand groupe de substances organiques qui ont une faible solubilité dans l'eau (hydrophobie) et une bonne solubilité dans les solvants organiques et les graisses (lipophile).Les lipides typiques trouvés dans la membrane plasmique sont les phospholipides, les sphingomyélines et le cholestérol. Dans les cellules végétales, le cholestérol est remplacé par le phytostérol. En fonction de leur rôle biologique, les protéines du plasmalemme peuvent être divisées en protéines enzymatiques, protéines réceptrices et structurelles. Les glucides du plasmalemme font partie du plasmalemme à l'état lié (glycolipides et glycoprotéines).

Actuellement, il est généralement admis modèle fluide-mosaïque de la structure d’une membrane biologique. Selon ce modèle, la base structurelle de la membrane est constituée d'une double couche de phospholipides incrustée de protéines. Les queues des molécules se font face en une double couche, tandis que les têtes polaires restent à l'extérieur, formant des surfaces hydrophiles. Les molécules de protéines ne forment pas une couche continue ; elles sont situées dans la couche lipidique, plongeant à différentes profondeurs (il existe des protéines périphériques, certaines protéines pénètrent à travers la membrane, d'autres sont immergées dans la couche lipidique). La plupart des protéines ne sont pas associées aux lipides membranaires, c'est-à-dire ils semblent flotter dans un « lac lipidique ». Ainsi, les molécules de protéines sont capables de se déplacer le long de la membrane, de s'assembler en groupes ou, au contraire, de se disperser à la surface de la membrane. Cela suggère que la membrane plasmique n’est pas une formation statique et gelée.

À l'extérieur du plasmalemme se trouve une couche supra-membranaire - glycocalice. L'épaisseur de cette couche est d'environ 3 à 4 nm. Le glycocalyx se trouve dans presque toutes les cellules animales. Il est associé au plasmalemme complexe glycoprotéique. Les glucides forment de longues chaînes ramifiées de polysaccharides associés aux protéines et aux lipides de la membrane plasmique. Le glycocalice peut contenir des protéines enzymatiques impliquées dans la dégradation extracellulaire de diverses substances. Les produits de l'activité enzymatique (acides aminés, nucléotides, acides gras, etc.) sont transportés à travers la membrane plasmique et absorbés par les cellules.

La membrane plasmique est constamment renouvelée. Cela se produit en détachant de petites bulles de sa surface dans la cellule et en incorporant des vacuoles de l'intérieur de la cellule dans la membrane. Ainsi, il y a un flux constant d'éléments membranaires dans la cellule : de la membrane plasmique vers le cytoplasme (endocytose) et le flux des structures membranaires du cytoplasme vers la surface cellulaire (exocytose). Dans le renouvellement membranaire, le système de vacuoles membranaires du complexe de Golgi joue le rôle principal.

4. Fonctions de la membrane plasmique. Mécanismes de transport des substances à travers le plasmalemme. Fonction réceptrice du plasmalemme

La membrane plasmique remplit un certain nombre de fonctions importantes :

1) Barrière.La fonction barrière de la membrane plasmique est delimiter la libre diffusion des substances de cellule à cellule, empêchantfuite rotative du contenu cellulaire soluble dans l’eau. Mais depuisvotre cellule doit recevoir les nutriments nécessaires, vousdiviser les produits finaux du métabolisme, réguler l'intracellulaireSi la concentration d'ions est élevée, des mécanismes spéciaux se forment pour le transfert de substances à travers la membrane cellulaire.

2) Transport.La fonction de transport comprend assurer l'entrée et la sortie de diverses substances dans et hors de la cellule. Une propriété importante de la membrane est perméabilité sélective, ou semi-perméabilité. Il laisse passer facilement l'eau et les solutions aqueusesgaz et repousse les molécules polaires telles que le glucose ou acides aminés.

Il existe plusieurs mécanismes de transport de substances à travers la membrane :

transport passif;

transport actif;

transport sous emballage à membrane.

Transport passif. La diffusion -c'est le mouvement des particules du milieu, conduisant au transfert d'énergiesubstances d'une zone où sa concentration est élevée vers une zone où sa concentration est faibletion. Lors du transport par diffusion, la membrane fonctionne comme une barrière osmotique. Le taux de diffusion dépend de l'ampleurmolécules et leur solubilité relative dans les graisses. Moins de foismesures de molécules et plus elles sont liposolubles (lipophiles), plus elles se déplaceront rapidement à travers la bicouche lipidique.La diffusion peut être neutre(transfert de non facturémolécules) et poids léger(avec l'aide de protéines spécialestransporteurs). Le taux de diffusion facilitée est supérieur à celui de diffusion neutre.Pénétration maximaleL'eau a la capacité decomment ses molécules sont petites et non chargées. Diffusion de l'eau à travers les cellulesla membrane s'appelle osmose poisson-chatOn suppose que dans les cellulesmembrane de pénétrationl'eau et certains ions sontil y a des « pores » spéciaux. Leur numéroest petit et le diamètre estenviron 0,3 à 0,8 nm. Diffuse le plus rapidement à travers la membrane bien, facilement soluble dans les lipides bicouche d'une molécule, telle que O, et molécules polaires non chargéeslessives de petit diamètre (SO, mo Chevina).

Transfert de molécules polaires (avecsucres, acides aminés), notammentfabriqué à l'aide d'un transport spécial à membraneles protéines sont appelées diffusion facilitée. De telles protéines se trouventtrouvé dans tous les types de membranes biologiques, et chaque spécifique Cette protéine est conçue pour transporter des molécules d'une certaine classe sa. Les protéines de transport sont transmembranaires ; leur chaîne polypeptidique traverse plusieurs fois la bicouche lipidique, formant Il a des passages traversants. Cela garantit le transfert de données spécifiquessubstances à travers la membrane sans contact direct avec elle.Il existe deux grandes classes de protéines de transport : écureuils- transporteurs (transporteurs) Et formation de canaux protéines (blancheschaînes ki). Les protéines porteuses transportent les molécules à travers la membrane, en changeant d'abord leur configuration. Les protéines formant des canaux forment des membranes remplies pores d'eau. Lorsque les pores sont ouverts, des molécules de substances spécifiques(généralement des ions inorganiques de taille et de charge appropriées) les traversent. Si la molécule de la substance transportée n'a aucune charge, alors la direction du transport est déterminée par le gradient de concentration. Si la molécule est chargée, alors son transport, en plus du gradient, dépend centralisation, la charge électrique de la membrane (membranepotentiel). La face interne du plasmalemme est généralement chargée de négatif par rapport à l’extérieur. Le potentiel de membrane facilite la pénétration des ions chargés positivement dans la cellule et empêche le passage des ions chargés négativement.

Transport actif. Le transport actif est le transfert de substances contre un gradient électrochimique. Elle est toujours réalisée par des protéines transporteurs et étroitement liés zan avec source d'énergiegii. En transfert de protéines il y a des complots contraignant au transportsubstance titrée. Plus il y a de telles leçons tkov contacte la choseplus le taux est élevécroissance des transports. Le transfert sélectif d’une substance est appelé uniport. Le transfert de plusieurs substances est effectué Kotran systèmes sportifs. Si le transfert va dans un sens -Ce simport, si en face – antiport. Donc,par exemple, le glucose est transféré du liquide extracellulaire vers la cellule de manière uniportale. Le transfert de glucose et Na 4 de la cavité intestinale ouLes tubules rénaux, respectivement, dans les cellules intestinales ou dans le sang s'effectuent de manière symportale, et le transfert de C1~ et de HCO est antiporteur. On suppose que lors du transfert, des changements conformationnels réversibles surviennent. modifications du transporteur, qui permet le mouvement des substances qui y sont connectées.

Un exemple de protéine porteuse utilisée pour le transportsubstances, l'énergie libérée lors de l'hydrolyse de l'ATP estN / A + -K + pompe, trouvé dans la membrane plasmique de toutes les cellules. Na+-K la pompe fonctionne sur le principe de l'antiport, pompage vaya Na "hors de la cellule et K t dans la cellule contre leur effet électrochimique dégradés. Pente Na+ crée une pression osmotique, maintient le volume cellulaire et assure le transport des sucres et des acides aminéssans acides Le fonctionnement de cette pompe consomme un tiers de toute l'énergie nécessaire au fonctionnement des cellules.Lors de l'étude du mécanisme d'action Na+ - K+ la pompe a été installéeIl est démontré qu'il s'agit d'une enzyme ATPase et d'une protéine transmembranaire. Protéine intégrale. En présence Na+ et l'ATP sous l'influence de l'ATP-Le phosphate terminal est séparé de l'ATP et ajouté au résiduacide aspartique sur une molécule d'ATPase. Molécule ATPase phosforyle, change sa configuration et Na+ est retiré de cellules. Suite au retrait N / A K" est toujours transporté de cellule en cellule. Pour ce faire, le phosphate précédemment fixé est clivé de l'ATPase en présence de K. L'enzyme est déphosphorylée, restaure sa configuration et K 1 est "pompé" dans la cellule.

L'ATPase est formée de deux sous-unités, une grande et une petite.La grande sous-unité est constituée de milliers de résidus d'acides aminés,traversant la bicouche plusieurs fois. Il a un catalyseur activité et peut être phosphorylé et déphosphoré de manière réversibleà réaliser. Grande sous-unité du côté cytoplasmiquene comporte pas de zones de reliure Na+ et ATP, et à l'extérieur -sites de liaison pour K+ et ouabaïne. La petite sous-unité estla glycoprotéine et sa fonction ne sont pas encore connues.

Na+-K la pompe a un effet électrogène. Il en supprime troision chargé positivement Naf de la cage et en apporte deuxion K En conséquence, un courant traverse la membrane, formant une électrodepotentiel ric avec une valeur négative à l’intérieur de la cellule par rapport à sa surface extérieure. Na"-K+ la pompe régule le volume cellulaire, contrôle la concentration des substancesà l'intérieur de la cellule, maintient la pression osmotique, participe à la création du potentiel membranaire.

Transport sous emballage à membrane. Transfert de macromolécules (protéines, acides nucléiques) à travers la membranelot, polysaccharides, lipoprotéines) et d'autres particules sont réalisées par la formation séquentielle et la fusion de l'environnementvésicules liées à la membrane (vésicules). Processus de transport vésiculaireelle se déroule en deux étapes. Au débutmembrane vésiculaire et plasmalemmese serrer les coudes puis fusionner.Pour que l'étape 2 ait lieu, il fautJ'aimerais que tu sois des molécules d'eausont encombrés de bicouches lipidiques en interaction, qui se rapprochent d’une distance de 1 à 5 nm. Comptes Xia que ce processus est en cours d'activationspécial protéines de fusion(Ils isolé jusqu'à présent uniquement des virus). Le transport vésiculaire acaractéristique importante - macromolécules absorbées ou sécrétées,situé dans des bulles, généralement pasmélanger avec un autre macromolcules ou organites de la cellule. Pu les boutons peuvent fusionner avec le spécifique membranes chimiques, qui fournissentfacilite l’échange de macromolécules entreentre l'espace extracellulaire etcontenu de la cellule. De mêmeles macromolécules sont transférées d'un compartiment cellulaire à un autre.

Le transport des macromolécules et des particules dans la cellule est appelé endo cytose.Dans ce cas, les substances transportées sont enveloppéesité de la membrane plasmique, une vésicule (vacuole) se forme, quiqui se déplace à l’intérieur de la cellule. En fonction de la taille de l'imageformant des vésicules, il existe deux types d'endocytose - pinocytose et la phagocytose.

Pinocytoseassure l'absorption du liquide et dissoussubstances sous forme de petites bulles ( d =150nm). Phagocytose -c'est l'absorption de grosses particules, de micro-organismesappel ou fragments d'organites, de cellules. Dans ce cas, ils formentil y a de grosses vésicules, phagosomes ou vacuoles ( d -250 nm ou plus). U fonction phagocytaire des protozoaires - forme de nutrition. Chez les mammifères, la fonction phagocytaire est assurée par les macrophages etrofils, qui protègent le corps des infections en absorbant les microbes envahisseurs. Les macrophages participent également au recyclagedes cellules anciennes ou endommagées et de leurs débris (dans l’organismeles macrophages humains absorbent quotidiennement plus de 100 anciennes éritesrocytes). La phagocytose ne commence que lorsque la particule engloutiese lie à la surface du phagocyte et active destoutes les cellules réceptrices. Liaison des particules à des substances spécifiquesLes récepteurs membranaires provoquent la formation de pseudopodes, quiIls enveloppent la particule et, fusionnant sur les bords, forment une bulle -phagosome.La formation d'un phagosome et la phagocytose elle-même se produisentne se déplace que si, pendant le processus d'enveloppement, la particulecontacte constamment les récepteurs du plasmalemme, comme s'il « stagnait »éclairs clignotants. »

Une partie importante de la matière absorbée par la cellule via endocytose, termine son voyage dans les lysosomes. Grosses particules inclusesAttendons avec impatience phagosomes, qui fusionnent ensuite avec les lysosomes et forment phagolysosomes. Liquide et macromolécules absorbés pendantpinocytose, sont initialement transférés aux endosomes, qui sontIls fusionnent avec les lysosomes pour former des endolysosomes. je suis présent diverses enzymes hydrolytiques présentes dans les lysosomes rapidementro détruire les macromolécules. Produits d'hydrolyse (acides aminéslots, sucres, nucléotides) sont transportés des lysosomes vers le cytosol, où ils sont utilisés par la cellule. La plupart des composants de la membrane les vésicules endocytotiques des phagosomes et des endosomes retournent via exocytose à la membrane plasmique et y sont redistribuéessont lysés. La principale signification biologique de l’endocytose est il est possible d'obtenir des éléments de base grâce à l'intracellulaire digestion des macromolécules dans les lysosomes.

L'absorption de substances dans les cellules eucaryotes commence dans lezones spécialisées de la membrane plasmique, appeléesnous sommes X fosses bordées. En micrographie électroniqueles piqûres ressemblent à des invaginations de la membrane plasmique, du cytoplasmedont la face mate est recouverte d'une couche fibreuse. Couche commeborderait les petites fosses de la place Malemmes. Les fosses occupent environ 2% vol.la surface de la membrane cellulairenous, les eucaryotes. En une minute les trous grandissent, ils creusent de plus en plus profondément Xia, sont attirés dans la cellule et ensuite, effilé à la base, fendu,formant des bulles bordées.Il a été établi que depuis la placemembrane de tapis de fibroblastesCamarade en moins d'une minuteenviron un quart est versémembranes sous forme de PU bordé Zyrkov. Les bulles disparaissent rapidement leur frontière et acquérir un chemincapacité à fusionner avec le lysosome.

L'endocytose peut être non spécifique(constitutif)Et spécifique(récepteur).À endocytose non spécifique la cellule prend le relais etabsorbe des substances qui lui sont totalement étrangères, par exemple des particules de suie,colorants. Tout d’abord, les particules se déposent sur le glycocalyx. plasmalemmes. Ils sont particulièrement bien déposés (adsorbés) par groupes de protéines chargés positivement, puisque le glycocalyx porte charge négative. Ensuite la morphologie de la cellule changemembranes. Il peut soit couler, formant des invaginations(invaginations), ou, à l'inverse, pour former des excroissances, qui semblent se plier, séparant les petits volumes milieu liquide. La formation d'intussusceptions est plus typique pour les cellules épithéliales intestinales, les amibes et les excroissances - pour les phagocytes et fibroblastes. Ces processus peuvent être bloqués avec des inhibiteursrespiration. Les vésicules résultantes sont des endosomes primaires et peuvent s'écouleréchangeant les uns avec les autres, augmentant en taille. Plus tard, ils se connecteront interagir avec les lysosomes, se transformant en endolysosome - digestif nouvelle vacuole. L'intensité de la pinocytose non spécifique en phase liquide jusqu'àassez haut. Il y a jusqu'à 125 macrophages et des cellules épithéliales finementles intestins jusqu'à mille pinos par minute. L'abondance des pinosomes conduit au fait que le plasmalemme est rapidement consacré à la formation de nombreuxde petites vacuoles. La restauration membranaire est assez rapidetro lors du recyclage lors de l'exocytose due au retour de vales cuoles et leur intégration dans le plasmalemme. Les macrophages ont tout du plasmaLa membrane chimique est remplacée en 30 minutes, et dans les fibroblastes en 2 heures.

Méthode d'absorption plus efficace du liquide extracellulaireles macromolécules spécifiques aux os sont spécifique fr docytose(à médiation par le récepteur). En même temps, les macromoléculesse lier à des récepteurs complémentaires à la surfaceles cellules s'accumulent dans la fosse bordée, puis, formant un endosome, sont immergées dans le cytosol. L'endocytose du récepteur assure l'accumulation de macromolécules spécifiques au niveau de son récepteur.Molécules qui se lient à la surface du plasmalemme avec des récepteursles tores sont appelés ligands. Utiliser le récepteur une endocytose se produit dans de nombreuses cellules animalescholestérol extracellulaire environnement.

La membrane plasmique participe à l'élimination des substances de la cellule (exocytose). Dans ce cas, les vacuoles se rapprochent du plasmalemme. Aux points de contact, la membrane plasmique et la membrane de la vacuole fusionnent et le contenu de la vacuole pénètre dans l'environnement.Chez certains protozoaires, les sites d'exocytose sur la membrane cellulaire sont prédéterminés. Ainsi, dans la membrane plasmique Certains ciliés ciliés ont certaines zones avec la disposition correcte de gros globules de protéines intégrales. Ules mucocystes et les trichocystes des ciliés sont complètement prêts à être sécrétés ; sur la partie supérieure du plasmalemme se trouve un bord de globules intégrés ;protéines. Ces zones de la membrane des mucocystes et des trichocystes sont adjacentesadhérer à la surface cellulaire.Une sorte d'exocytose est observée chez les neutrophiles. Ils sontpeut, sous certaines conditions, être rejeté dans l’environnementfaire mes lysosomes. Dans certains cas, de petites excroissances du plasmalemme contenant des lysosomes se forment, qui se détachent ensuite et se déplacent dans le milieu. Dans d'autres cas, on observe une invagination du plasmalemme profondément dans la cellule et sa capture de lysosomes, situés situé loin de la surface cellulaire.

Les processus d'endocytose et d'exocytose sont réalisés avec la participation d'un système de composants fibrillaires du cytoplasme associé au plasmalemme.

Fonction réceptrice du plasmalemme. C'est la bonne l'un des principaux, universel pour toutes les cellules, est le refonction réceptrice du plasmalemme. Il définit l'interactioncellules entre elles et avec l’environnement extérieur.

L'ensemble des interactions informationnelles intercellulaires peut être schématiquement représenté comme une chaîne d'interactions séquentielles.réactions de réponse du signal-récepteur-second messager (concept signal-réponse).Les signaux transmettent des informations de cellule à cellulemolécules produites dans certaines cellules et spécialesinfluencer physiquement d’autres cellules (cellules) sensibles au signal sheni). Molécule signal - intermédiaire primaire attacher interagit avec les récepteurs situés sur les cellules cibles, réagit transmettant uniquement à certains signaux. Molécules signal - ligands- s'adapte à son récepteur comme une clé dans une serrure. Ligand-pour les récepteurs membranaires (récepteurs du plasmalemme) sontmolécules hydrophiles, hormones peptidiques, neuromédia- tors, cytokines, anticorps et pour les récepteurs nucléaires - graisse Molécules romaines, hormones stéroïdes et thyroïdiennes, vitamine DComme récepteurs au sommetla protéine peut agir comme une cellulemembranes ou éléments glycocalyxca - polysaccharides et glycoprotéines.On pense qu'ils sont sensibles àzones, disperséessan à la surface de la cellule ou avecbranes en petites zones. Oui, sursurface des cellules procaryoteset les cellules animales, il y a des limitesnombre limité de places avec lesquelles ils peuventlier les particules virales. Mèmejurent les protéines (transporteurs et canaly) reconnaître, interagir et transférerne transportent que certaines substances.Les récepteurs cellulaires sont impliqués danstransmettre des signaux de la surface de la cellule vers celle-ci.Diversité et spécificitédouves de récepteurs à la surface des cellulesconduit à la création d’un système très complexenous avons des marqueurs qui nous permettent de distinguervos cellules des autres. Cellules similairesinteragir entre elles, leurs surfaces peuvent se coller (conjugaisonprotozoaires, formation de tissus dans les organismes multicellulaires). Je ne perçois pas les cellulesmarqueurs communs, ainsi que ceux qui diffèrent dansbore de marqueurs déterminantss’accrocher ou rejeter.Lors de la formation du complexe récepteur-ligand, ils sont activésprotéines transmembranaires : protéine transformatrice, protéine activatrice.En conséquence, le récepteur change de conformation et d’interaction.existe avec le précurseur du deuxième messager situé dans la cellule ka - Messager.Les messagers peuvent être du calcium ionisé, des phospholipidespour C, adénylate cyclase, guanylate cyclase. Sous l'influence du messagerles enzymes impliquées dans la synthèse sont activées monophosphates cycliques - AMP ou GMF. Ces derniers changent l'actifla présence de deux types d'enzymes protéine kinase dans le cytoplasme cellulaire, conduisant à la phosphorylation de nombreuses protéines intracellulaires.

La plus courante est la formation d'AMPc, sous l'influence du coce qui augmente la sécrétion d'un certain nombre d'hormones - thyroxine, cortisone, progestérone, augmente la dégradation du glycogène dans le foie et les muscles,fréquence cardiaque et force, ostéodestruction, marche arrière absorption d'eau dans les tubules du néphron.

L'activité du système adénylate cyclase est très élevée - la synthèse d'AMPc entraîne une dix millième augmentation du signal.

Sous l'influence du GMPc, la sécrétion d'insuline par le pancréas, d'histamine par les mastocytes et de sérotonine par le throm augmentebocytes, les tissus musculaires lisses se contractent.

Dans de nombreux cas, lorsqu’un complexe récepteur-ligand se formeil y a une modification du potentiel membranaire, ce qui entraîne à son tour une modification de la perméabilité du plasmalemme et du métabolismecertains processus dans la cellule.

Des récepteurs spécifiques sont situés sur la membrane plasmique facteurs qui réagissent à des facteurs physiques. Ainsi, chez les bactéries photosynthétiques, les chlorophylles sont localisées à la surface des cellules,sensible à la lumière. Chez les animaux photosensibles dans le plasmaLa membrane cérébrale contient tout un système de protéines phagoréceptrices -les rhodopsines, à l'aide desquelles le stimulus lumineux transforme converti en signal chimique puis en impulsion électrique.

3. Contacts intercellulaires

Chez les organismes animaux multicellulaires, le plasmalemme participe à la formation connexions intercellulaires, fournissant des interactions intercellulaires. Il existe plusieurs types de telles structures.

§ Contacts simples.Un simple contact se produit entre la plupart des cellules adjacentes d'origines différentes. Il représente la convergence des membranes plasmiques des cellules voisines à une distance de 15 à 20 nm. Dans ce cas, l'interaction des couches de glycocalice des cellules voisines se produit.

§ Contact serré (fermé). Grâce à cette connexion, les couches externes des deux membranes plasmiques sont aussi proches que possible. Le rapprochement est si étroit que c'est comme si les sections de plasmalemme de deux cellules voisines fusionnaient. La fusion membranaire ne se produit pas sur toute la zone de contact étroit, mais représente une série d'approches ponctuelles des membranes. Le rôle de la jonction serrée est de relier mécaniquement les cellules entre elles. Cette zone est imperméable aux macromolécules et aux ions et, par conséquent, ferme et délimite les espaces intercellulaires (et avec eux l'environnement interne du corps) de l'environnement externe.

§ Tache de cohésion, ou desmosome. Le desmosome est une petite zone d'un diamètre allant jusqu'à 0,5 micron. Dans la zone desmosomes du côté cytoplasmique, il y a une zone de fines fibrilles. Le rôle fonctionnel des desmosomes est principalement la communication mécanique entre les cellules.

§ Jonction Gap, ou lien. Avec ce type de contact, les membranes plasmiques des cellules voisines sont séparées par un espace de 2 à 3 nm sur une distance de 0,5 à 3 µm. La structure des membranes plasmiques contient des complexes protéiques spéciaux (connexons). Un connexon sur la membrane plasmique d'une cellule est exactement opposé à un connexon sur la membrane plasmique d'une cellule adjacente. En conséquence, un canal se forme d’une cellule à l’autre. Les connexons peuvent se contracter, modifiant le diamètre du canal interne, et ainsi participer à la régulation du transport des molécules entre les cellules. Ce type de connexion se retrouve dans tous les groupes tissulaires. Le rôle fonctionnel de la jonction lacunaire est de transporter les ions et les petites molécules d’une cellule à l’autre. Ainsi, dans le muscle cardiaque, l'excitation, basée sur le processus de modification de la perméabilité ionique, est transmise de cellule en cellule via le lien.

§ Contact synaptique, ou synapse. Les synapses sont des zones de contact entre deux cellules spécialisées pour la transmission unilatérale d'excitation ou d'inhibition d'un élément à un autre. Ce type de connexion est caractéristique du tissu nerveux et se produit à la fois entre deux neurones et entre un neurone et un autre élément. Les membranes de ces cellules sont séparées par un espace intercellulaire - une fente synaptique d'environ 20 à 30 nm de large. La membrane dans la zone de contact synaptique d'une cellule est appelée présynaptique, l'autre post-synaptique. Près de la membrane présynaptique, un grand nombre de petites vacuoles (vésicules synaptiques) contenant l'émetteur sont détectées. Au moment du passage d'un influx nerveux, les vésicules synaptiques libèrent le transmetteur dans la fente synaptique. Le médiateur interagit avec les sites récepteurs de la membrane postsynaptique, ce qui conduit finalement à la transmission d'un influx nerveux. En plus de transmettre l'influx nerveux, les synapses assurent une connexion rigide entre les surfaces de deux cellules en interaction.

§ Plasmodesmes.Ce type de communication intercellulaire se retrouve chez les plantes. Les plasmodesmes sont de minces canaux tubulaires qui relient deux cellules adjacentes. Le diamètre de ces canaux est généralement de 40 à 50 nm. Les plasmodesmes traversent la paroi cellulaire qui sépare les cellules. Dans les jeunes cellules, le nombre de plasmodesmes peut être très important (jusqu'à 1 000 par cellule). À mesure que les cellules vieillissent, leur nombre diminue en raison des ruptures à mesure que l’épaisseur de la paroi cellulaire augmente. Le rôle fonctionnel des plasmodesmes est d'assurer la circulation intercellulaire de solutions contenant des nutriments, des ions et d'autres composés. Grâce aux plasmodesmes, les cellules sont infectées par des virus végétaux.

Structures spécialisées de la membrane plasmique

Le plasmalemme de nombreuses cellules animales forme des excroissances de diverses structures (microvillosités, cils, flagelles). Le plus souvent trouvé à la surface de nombreuses cellules animales microvillosités. Ces excroissances du cytoplasme, limitées par le plasmalemme, ont la forme d'un cylindre au sommet arrondi. Les microvillosités sont caractéristiques des cellules épithéliales, mais se retrouvent également dans les cellules d'autres tissus. Le diamètre des microvillosités est d'environ 100 nm. Leur nombre et leur longueur varient selon les différents types de cellules. L’importance des microvillosités est d’augmenter considérablement la surface cellulaire. Ceci est particulièrement important pour les cellules impliquées dans l’absorption. Ainsi, dans l'épithélium intestinal, il y a jusqu'à 2x10 8 microvillosités pour 1 mm 2 de surface.

L'article est un résumé d'une leçon-étude et une consolidation primaire de nouvelles connaissances (cours « Biologie générale », 10e année, selon le programme de V.B. Zakharov).

Tâches:

1. formation de connaissances sur la structure, les propriétés et les fonctions de la couche interne de la membrane cellulaire - la membrane plasmique (et, en utilisant son exemple, d'autres membranes cellulaires), en utilisant une bulle de savon comme modèle.
2. développement du concept de correspondance de la structure avec les fonctions exercées.
3. consolidation primaire des connaissances acquises à l'aide de tâches au format examen d'État unifié.

Équipement:

1. tableau « Structure des cellules végétales et animales selon les microscopes optique et électronique ».
2. solution détergente (pour produire des bulles de savon), tube en plastique, fine aiguille à coudre.
3. dessin au tableau : modèles moléculaires<Image 1 >.
4. matériel didactique avec des tâches au format examen d'État unifié.

Pendant les cours

Professeur: Lors de la dernière leçon, nous avons effectué un travail de laboratoire « Plasmolyse et déplasmolyse des cellules de peau d'oignon », au cours desquels nous avons découvert des phénomènes intéressants. Quelle est leur essence ?

Étudiants: Lorsque du tissu végétal (l'épiderme des écailles d'oignon) était placé dans une solution hypertonique de chlorure de sodium (NaCl), il n'y avait pas de diffusion de cette solution dans les cellules, mais un dégagement d'eau des vacuoles cellulaires vers la solution hypertonique de NaCl afin pour équilibrer les concentrations d’ions des deux côtés de la membrane cellulaire. Dans le même temps, le volume des vacuoles et de l'ensemble du cytoplasme a diminué, ce qui a conduit à la séparation du cytoplasme de la paroi cellulaire - plasmolyse. Lors du retour du tissu étudié dans de l'eau propre, nous n'avons pas non plus observé la libération de solutés des vacuoles, mais seulement l'écoulement de l'eau de l'espace environnant dans la cellule, dans les vacuoles avec la sève cellulaire, ce qui a conduit à la restauration de le volume cellulaire à ses limites précédentes - déplasmolyse.

Professeur: Quelle conclusion peut-on tirer de l’expérience ?

Étudiants: Probablement, la surface cellulaire laisse passer librement l'eau dans les deux sens, mais retient les ions Na + et Cl - qui font partie du sel de table.

Professeur: La propriété que nous avons découverte s'appelle perméabilité sélective ou semi-perméabilité de la membrane plasmique.

Qu’est-ce qu’une membrane plasmique (ou membrane plasmique), quelle est sa structure, ses propriétés et ses fonctions, nous devons comprendre dans la leçon d’aujourd’hui. Comme nous l'avons convenu, la leçon sera dispensée par vos camarades qui ont préparé une conférence sur les membranes cellulaires. Votre tâche consiste à noter des informations de base sur les membranes cellulaires tout en écoutant. Vous devrez appliquer les connaissances acquises en répondant à la question test à la fin du cours.

Conférencier 1. Structure membranaire.

La membrane plasmique est présente dans toutes les cellules (sous le glycocalice chez les animaux et sous la paroi cellulaire chez les autres organismes), elle assure l'interaction de la cellule avec son environnement. Le plasmalemme forme une surface mobile de la cellule, qui peut avoir des excroissances et des invaginations, effectue des mouvements oscillatoires ondulatoires et des macromolécules s'y déplacent constamment.

Malgré ces changements continus, la cellule reste toujours entourée d’une membrane étanche. La membrane plasmique est un film mince de moins de 10 nm d'épaisseur. Même si son épaisseur est augmentée de 1 million de fois, nous obtiendrons une valeur d'environ 1 cm seulement, tandis que si la cellule entière est augmentée de 1 million de fois, sa taille sera comparable à celle d'un public assez large.

La membrane contient deux principaux types de molécules : phospholipides, formant bicouche dans l'épaisseur de la membrane, et écureuils sur ses surfaces. Ces molécules sont maintenues ensemble par des interactions non covalentes. Ce modèle de membrane en forme de sandwich a été proposé par les scientifiques américains Danieli et Dawson en 1935. Avec l’avènement du microscope électronique, elle s’est confirmée et quelque peu modifiée. Actuellement accepté modèle de membrane en mosaïque fluide, selon lequel les molécules protéiques flottant dans une bicouche lipidique liquide y forment une sorte de mosaïque. Un schéma de ce modèle moderne, proposé en 1972 par Singer et Nicholson, est donné dans le manuel.

Certaines protéines contiennent des glucides attachés de manière covalente à leur surface externe, formant glycoprotéines– des antennes moléculaires particulières qui sont des récepteurs. Les glycoprotéines sont impliquées dans la reconnaissance des signaux externes provenant de l'environnement ou d'autres parties du corps lui-même, ainsi que dans la réponse des cellules à leur influence. Une telle reconnaissance mutuelle est une étape nécessaire précédant la fécondation, ainsi que l'adhésion des cellules dans le processus de différenciation tissulaire. La reconnaissance est également associée à la régulation du transport des molécules et des ions à travers la membrane, ainsi qu'à la réponse immunitaire, dans laquelle les glycoprotéines jouent le rôle d'antigènes.

Conférencier 2.Propriétés des membranes.

Pour comprendre quelles sont les propriétés de ces structures microscopiques, prenons comme modèle une bulle de savon. Le fait est que les molécules de savon et de phospholipides qui composent les membranes ont une structure similaire<Image 1>. Les savons (sels d'acides gras) ont dans leur structure tête hydrophile(d'un groupe carboxyle chargé) et long queue hydrophobe. Les phospholipides qui composent les membranes ont également une queue hydrophobe (composée de deux chaînes d'acides gras) et une grande tête hydrophile contenant un groupe acide phosphorique chargé négativement.

Riz. 1. Modèles de molécules.

Lorsque des substances de structure similaire sont mélangées à de l'eau, leurs molécules prennent spontanément la configuration suivante : les têtes hydrophiles sont immergées dans l'eau, et les queues hydrophobes n'entrent pas en contact avec l'eau, se contactant uniquement entre elles et avec d'autres substances hydrophobes qui peut être présent, par exemple, avec de l'air. Se trouvant à la frontière entre deux environnements de nature similaire, les molécules de savon comme les molécules de phospholipides sont capables de former une bicouche. Certaines des propriétés importantes des membranes biologiques (comme les bulles de savon), énumérées ci-dessous, s'expliquent par la structure de la bicouche lipidique.

UN) Mobilité.

Une bicouche lipidique est essentiellement une formation liquide, dans le plan de laquelle les molécules peuvent se déplacer librement - « couler » sans perdre les contacts en raison de l'attraction mutuelle ( « conférencier » montre l'écoulement de liquide dans la paroi d'une bulle de savon suspendue à un tube en plastique). Les queues hydrophobes peuvent glisser librement les unes sur les autres.

b) Capacité d'auto-verrouillage.

« Le Conférencier » montre comment lorsqu'une bulle de savon est percée et que l'aiguille est ensuite retirée, l'intégrité de sa paroi est immédiatement restaurée. Grâce à cette capacité, les cellules peuvent fusionner en fusionnant leurs membranes plasmiques (par exemple lors du développement du tissu musculaire). Le même effet est observé lors de la découpe d'une cellule en deux parties avec un micro-couteau, après quoi chaque partie est entourée d'une membrane plasmique fermée.

V) Perméabilité sélective.

C’est-à-dire l’imperméabilité aux molécules hydrosolubles due au film huileux formé par les queues hydrophobes des molécules phospholipidiques. Pour pénétrer physiquement dans un tel film, la substance elle-même doit être hydrophobe, sinon elle peut se faufiler à travers des interstices aléatoires formés à la suite de mouvements moléculaires (petites molécules, telles que des molécules d'eau).

Les protéines qui pénètrent dans toute l'épaisseur de la membrane ou sont situées sur ses surfaces externe et interne aident la cellule à échanger des substances avec l'environnement. Les molécules de protéines assurent le transport sélectif de substances à travers la membrane, étant des enzymes ; de plus, des pores se forment à l'intérieur des molécules de protéines ou entre des molécules voisines, à travers lesquels l'eau et certains ions pénètrent passivement dans les cellules.

Conférencier 3. Fonctions de la membrane plasmique.

À quoi sert une structure avec une telle structure et de telles propriétés pour une cellule ? Il s'avère qu'elle :

1. Donne la forme à la cellule et protège des dommages physiques et chimiques.
2. Grâce à sa mobilité, sa capacité à former des excroissances et des saillies, il réalise le contact et l'interaction des cellules dans les tissus et les organes.
3. Sépare l'environnement cellulaire de l'environnement extérieur et entretient leurs différences.
4. C'est une sorte d'indicateur du type cellulaire car les protéines et les glucides à la surface des membranes et des différentes cellules ne sont pas les mêmes.
5. Régule les échanges entre la cellule et l'environnement, assurant de manière sélective le transport des nutriments dans la cellule et l'élimination des produits métaboliques finaux vers l'extérieur.

Conférencier 4. Je veux vous dire comment cela se passe transport à travers la membrane plasmique, et de même à travers d’autres membranes cellulaires. Le transport peut être passif, qui ne nécessite pas d'énergie, et actif, dépendant de l'énergie, au cours duquel l'énergie résultant de l'hydrolyse des molécules d'ATP est consommée.

1. La diffusion.

Il s'agit d'un processus passif ; le mouvement des substances se produit d'une zone de forte concentration vers une zone de faible concentration. Les gaz et les molécules lipophiles (lipophiles) diffusent rapidement, les ions et les petites molécules polaires (glucose, acides aminés, acides gras) diffusent lentement. La diffusion est accélérée par les pores des molécules protéiques.

Un type de diffusion est osmose– mouvement de l'eau à travers la membrane.

2. Endocytose.

Il s'agit du transport actif de substances à travers la membrane vers la cellule (exocytose - hors de la cellule). Selon la nature de la substance transférée à travers la membrane, on distingue deux types de ces processus : si une substance dense est transférée - phagocytose(du grec « phagos » - dévorer et « cytos » - cellule), s'il s'agit de gouttes de liquide contenant diverses substances à l'état dissous ou en suspension, alors - pinocytose(du grec « pino » – boisson et « cytos » – cellule).

Le principe du transfert dans les deux cas est identique : à l'endroit où la surface de la cellule entre en contact avec une particule ou une goutte de substance, la membrane se plie, forme une dépression et entoure la particule ou la goutte de liquide, qui est immergée. dans un « emballage membranaire » à l’intérieur de la cellule. Une vacuole digestive se forme ici et les substances organiques entrant dans la cellule y sont digérées. La phagocytose est répandue chez les animaux et la pinocytose est réalisée par des cellules d'animaux, de plantes, de champignons, de bactéries et d'algues bleu-vert.

3. Transport actif utilisant des enzymes intégrées à la membrane.

Le transfert se produit contre le gradient de concentration avec la dépense énergétique, par exemple, les ions potassium entrent (« pompés ») dans la cellule et les ions sodium sont éliminés (« pompés ») hors de la cellule. Ce travail s'accompagne de l'accumulation d'une différence de potentiel électrique sur la membrane. De tels systèmes de transport cellulaire sont généralement appelés « pompes" Le transport des acides aminés et des sucres s’effectue de la même manière.

conclusions:

1. Le plasmalemme est un mince film d’environ 10 nm d’épaisseur à la surface de la cellule. Il comprend les structures lipoprotéiques (lipides et protéines).
2. Certaines molécules de surface des protéines sont liées à des molécules de glucides (elles sont associées au mécanisme de reconnaissance).
3. Les lipides membranaires forment spontanément une bicouche. Ceci détermine la perméabilité sélective de la membrane.
4. Les protéines membranaires remplissent diverses fonctions et facilitent considérablement le transport à travers la membrane.
5. Les lipides et les protéines membranaires sont capables de se déplacer dans le plan de la membrane, ce qui fait que la surface cellulaire n'est pas parfaitement lisse.

Pour consolider les informations reçues au cours de la leçon, les étudiants se voient proposer des tâches au format Examen d'État unifié.

Partie "A"

Choisissez une bonne réponse.

A1. La structure et les fonctions de la membrane plasmique sont déterminées par les molécules qui la composent :

1) glycogène et amidon
2) ADN et ATP
3) protéines et lipides
4) fibres et glucose

A2. La membrane plasmique ne remplit pas la fonction de :

1) transport de substances
2) protection cellulaire
3) interaction avec d'autres cellules
4) synthèse des protéines

A3. Les glucides inclus dans la structure de la membrane cellulaire remplissent les fonctions suivantes :

1) transport de substances
2) récepteur
3) formation d'une double couche de membrane
4) la photosynthèse

A4. Les protéines incluses dans la structure de la membrane cellulaire remplissent les fonctions suivantes :

1) construction
2) protecteur
3) transports
4) toutes les fonctions spécifiées

A5. La phagocytose est :

1) absorption de liquide par la cellule
2) capture de particules solides
3) transport de substances à travers la membrane
4) accélération des réactions biochimiques

A6. Les surfaces hydrophiles des membranes se forment :

1) queues non polaires de lipides
2) têtes polaires de lipides
3) protéines
4) les glucides

A7. Le passage des ions Na+ et K+ à travers la membrane s'effectue par :

1) diffusion
2) osmose
3) transfert actif
4) non mis en œuvre

A8. Les éléments suivants traversent librement la couche lipidique de la membrane :

1) l'eau
2) diffusion
3) glucose
4) amidon

Partie "B"

1) les transports actifs consomment de l’énergie
2) la phagocytose est un type d'endocytose
3) la diffusion est un type de transport actif
4) la paroi cellulaire des plantes est constituée de cellulose
5) l'osmose est la diffusion de l'eau
6) la pinocytose est un type de phagocytose
7) le plasmalemme est constitué de trois couches de lipides
8) une cellule animale n'a pas de paroi cellulaire
9) le plasmalemme assure la communication entre la cellule et son environnement

Partie "C"

Tâches avec réponse détaillée gratuite

C1. Quelle est la signification de l'endocytose :

a) pour les protozoaires et les invertébrés inférieurs ?
b) pour les animaux et les humains hautement organisés ?

C2. Quelle est la base physique du transport vacuolaire dans une cellule ?

C3. Quelle est la signification biologique des irrégularités de la surface du plasmalemme de certaines cellules (microvillosités, cils, etc.) ?

C4. La raie pastenague électrique et l'anguille électrique étourdissent leurs proies avec des décharges de plusieurs centaines de volts. Quelles propriétés des membranes plasmiques cellulaires soutiennent la possibilité de créer de telles décharges ?

C5. Comment le plasmalemme fonctionne-t-il pour fournir à la cellule une « carte d’identité » ?

Réponses aux devoirs.

Partie "A".

1–3, 2–4, 3–2, 4–4, 5–2, 6–2, 7–3, 8–2.

Partie "B".

1, 2, 4, 5, 8, 9 – « oui » ; 3, 6, 7 – « non »

Partie "C".

1a. La possibilité que de la nourriture pénètre dans les cellules et une digestion ultérieure dans les lysosomes.

1b. L'activité phagocytaire des leucocytes est d'une grande importance pour protéger l'organisme contre les bactéries pathogènes et autres particules indésirables. La pinocytose dans les cellules des tubules rénaux conduit à l'absorption des protéines de l'urine primaire.

2. Les principales propriétés des bicouches lipidiques sont la capacité des membranes à se fermer.

3. Augmenter la surface de la cellule pour les échanges entre la cellule et son environnement.

4. La présence de systèmes enzymatiques effectuant le transport actif (« pompes ») entraîne une redistribution des charges sur le plasmalemme et la création d'une différence de potentiel membranaire.

5. Pour cela, il existe un certain nombre de groupes chimiques spécifiques à la surface de la membrane - des « antennes », qui sont le plus souvent des glycoprotéines.

L'extérieur de la cellule est recouvert d'une membrane plasmique (ou membrane cellulaire externe) d'environ 6 à 10 nm d'épaisseur.

La membrane cellulaire est un film dense de protéines et de lipides (principalement des phospholipides). Les molécules lipidiques sont disposées de manière ordonnée - perpendiculairement à la surface, en deux couches, de sorte que leurs parties qui interagissent intensément avec l'eau (hydrophiles) soient dirigées vers l'extérieur et que leurs parties inertes vis-à-vis de l'eau (hydrophobes) soient dirigées vers l'intérieur.

Les molécules de protéines sont situées dans une couche non continue à la surface de la structure lipidique des deux côtés. Certains d’entre eux plongent dans la couche lipidique, d’autres la traversent, formant des zones perméables à l’eau. Ces protéines remplissent diverses fonctions - certaines d'entre elles sont des enzymes, d'autres sont des protéines de transport impliquées dans le transfert de certaines substances de l'environnement vers le cytoplasme et dans le sens opposé.

Fonctions de base de la membrane cellulaire

L'une des principales propriétés des membranes biologiques est la perméabilité sélective (semi-perméabilité)- certaines substances les traversent difficilement, d'autres facilement et même vers des concentrations plus élevées Ainsi, pour la plupart des cellules, la concentration en ions Na à l'intérieur est nettement inférieure à celle de l'environnement. La relation inverse est typique pour les ions K : leur concentration à l'intérieur de la cellule est plus élevée qu'à l'extérieur. Par conséquent, les ions Na ont toujours tendance à pénétrer dans la cellule et les ions K ont toujours tendance à en sortir. L'égalisation des concentrations de ces ions est empêchée par la présence dans la membrane d'un système spécial qui joue le rôle d'une pompe, qui pompe les ions Na hors de la cellule et pompe simultanément les ions K à l'intérieur.

La tendance des ions Na à se déplacer de l’extérieur vers l’intérieur est utilisée pour transporter les sucres et les acides aminés dans la cellule. Avec l'élimination active des ions Na de la cellule, des conditions sont créées pour l'entrée de glucose et d'acides aminés dans celle-ci.

Dans de nombreuses cellules, les substances sont également absorbées par phagocytose et pinocytose. À phagocytose la membrane externe flexible forme une petite dépression dans laquelle tombe la particule capturée. Cet évidement s'agrandit et, entourée d'une section de la membrane externe, la particule est immergée dans le cytoplasme de la cellule. Le phénomène de phagocytose est caractéristique des amibes et de certains autres protozoaires, ainsi que des leucocytes (phagocytes). Les cellules absorbent de la même manière les liquides contenant les substances nécessaires à la cellule. Ce phénomène a été appelé pinocytose.

Les membranes externes des différentes cellules diffèrent considérablement tant par la composition chimique de leurs protéines et lipides que par leur contenu relatif. Ce sont ces caractéristiques qui déterminent la diversité de l'activité physiologique des membranes de diverses cellules et leur rôle dans la vie des cellules et des tissus.

Le réticulum endoplasmique de la cellule est relié à la membrane externe. A l'aide des membranes externes, différents types de contacts intercellulaires sont réalisés, c'est-à-dire communication entre les cellules individuelles.

De nombreux types de cellules se caractérisent par la présence à leur surface d'un grand nombre de saillies, de plis et de microvillosités. Ils contribuent à la fois à une augmentation significative de la surface cellulaire et à une amélioration du métabolisme, ainsi qu’à des connexions plus fortes entre les cellules individuelles.

Les cellules végétales ont des membranes épaisses à l'extérieur de la membrane cellulaire, clairement visibles au microscope optique, constituées de fibres (cellulose). Ils créent un support solide pour les tissus végétaux (bois).

Certaines cellules animales possèdent également un certain nombre de structures externes situées au-dessus de la membrane cellulaire et ont un caractère protecteur. Un exemple est la chitine des cellules tégumentaires des insectes.

Fonctions de la membrane cellulaire (brièvement)