A sejt külső membránja. A sejtmembrán szerkezete. Profilozott membrán: jellemzők, funkciók és előnyök

Biológiai membránok- a sejteket (sejt- vagy plazmamembránokat) és intracelluláris organellumokat (mitokondriumok, sejtmagok, lizoszómák, endoplazmatikus retikulum stb.) megkötő, funkcionálisan aktív felületi struktúrák általános neve. Tartalmaznak lipideket, fehérjéket, heterogén molekulákat (glikoproteineket, glikolipideket) és az ellátott funkciótól függően számos kisebb komponenst: koenzimeket, nukleinsavakat, antioxidánsokat, karotinoidokat, szervetlen ionokat stb.

A membránrendszerek - receptorok, enzimek, transzportmechanizmusok - összehangolt működése segít fenntartani a sejt homeosztázisát, és egyben gyorsan reagálni a külső környezet változásaira.

NAK NEK A biológiai membránok alapvető funkciói tulajdonítható:

· a sejt elválasztása a környezettől és intracelluláris kompartmentek (kompartmentek) kialakítása;

· sokféle anyag membránon keresztüli szállításának ellenőrzése és szabályozása;

· részvétel a sejtközi interakciók biztosításában, jelek továbbításában a sejtbe;

· élelmiszer szerves anyagok energiájának átalakítása ATP molekulák kémiai kötéseinek energiájává.

A plazma (celluláris) membrán molekuláris felépítése minden sejtben megközelítőleg azonos: két lipidmolekula rétegből áll, amelyekben sok specifikus fehérje található. Egyes membránfehérjék enzimatikus aktivitással rendelkeznek, míg mások megkötik a tápanyagokat a környezetből, és a membránokon keresztül a sejtbe szállítják. A membránfehérjéket a membránszerkezetekkel való kapcsolatuk jellege különbözteti meg. Egyes fehérjék ún külső vagy periféria , lazán kötődnek a membrán felületéhez, mások, ún belső vagy integrált , a membrán belsejébe merítve. A perifériás fehérjék könnyen extrahálhatók, míg az integrált fehérjék csak detergensekkel vagy szerves oldószerekkel izolálhatók. ábrán. A 4. ábra a plazmamembrán szerkezetét mutatja.

Számos sejt külső, vagyis plazmamembránját, valamint intracelluláris organellumok, például mitokondriumok, kloroplasztiszok membránjait szabad formában izolálták, és molekuláris összetételüket tanulmányozták. Minden membrán poláris lipideket tartalmaz tömegének 20-80%-ában, a membrán típusától függően, a többi főként fehérjék. Így az állati sejtek plazmamembránjaiban a fehérjék és lipidek mennyisége általában megközelítőleg azonos; a belső mitokondriális membrán körülbelül 80% fehérjét és csak 20% lipidet tartalmaz, míg az agysejtek mielin membránja ezzel szemben körülbelül 80% lipideket és csak 20% fehérjét tartalmaz.

Rizs. 4. A plazmamembrán felépítése

A membrán lipid része különböző típusú poláris lipidek keveréke. A poláris lipidek, amelyek magukban foglalják a foszfoglicerolipideket, szfingolipideket és glikolipideket, nem raktározódnak a zsírsejtekben, hanem beépülnek a sejtmembránokba, és szigorúan meghatározott arányban.

A membránokban lévő összes poláris lipid a metabolikus folyamat során, normál körülmények között folyamatosan megújul, a sejtben dinamikus stacionárius állapot jön létre, amelyben a lipidszintézis sebessége megegyezik a bomlásuk sebességével.

Az állati sejtek membránja főleg foszfoglicerolipideket és kisebb mértékben szfingolipideket tartalmaz; triacilglicerolok csak nyomokban találhatók. Az állati sejtek egyes membránjai, különösen a külső plazmamembrán jelentős mennyiségű koleszterint és észtereit tartalmazzák (5. ábra).

5. ábra. Membrán lipidek

Jelenleg a membránszerkezet általánosan elfogadott modellje a fluid mozaik modell, amelyet 1972-ben S. Singer és J. Nicholson javasolt.

Eszerint a fehérjék a lipidtengerben úszó jéghegyekhez hasonlíthatók. Mint fentebb említettük, a membránfehérjéknek két típusa van: integrált és perifériás. Az integrált fehérjék áthatolnak a membránon; amfipatikus molekulák. A perifériás fehérjék nem hatolnak át a membránon, és kevésbé szorosan kötődnek hozzá. A membrán fő folytonos része, vagyis mátrixa a poláris lipid kettős réteg. Normál sejthőmérsékleten a mátrix folyékony állapotban van, amit a telített és telítetlen zsírsavak bizonyos aránya biztosít a poláris lipidek hidrofób farkain.

A folyadék-mozaik modell azt is feltételezi, hogy a membránban elhelyezkedő integrált fehérjék felületén aminosavmaradékok R-csoportjai találhatók (főleg hidrofób csoportok, amelyek miatt a fehérjék a kettősréteg központi hidrofób részében „oldódni” látszanak) ). Ugyanakkor a perifériás, vagy külső fehérjék felületén elsősorban hidrofil R-csoportok találhatók, amelyek elektrosztatikus erők hatására vonzódnak a lipidek hidrofil töltésű poláris fejeihez. Az integrált fehérjék, amelyek magukban foglalják az enzimeket és a transzportfehérjéket, csak akkor aktívak, ha a kettősréteg hidrofób részén belül helyezkednek el, ahol az aktivitás megnyilvánulásához szükséges térbeli konfigurációt nyerik el (6. ábra). Még egyszer hangsúlyozni kell, hogy kovalens kötések nem jönnek létre sem a kettősréteg molekulái között, sem a kettősréteg fehérjéi és lipidjei között.

6. ábra. Membránfehérjék

A membránfehérjék szabadon mozoghatnak az oldalsó síkban. A perifériás fehérjék szó szerint a kétrétegű „tenger” felszínén lebegnek, míg az integrált fehérjék, mint a jéghegyek, szinte teljesen elmerülnek a szénhidrogénrétegben.

A membránok többnyire aszimmetrikusak, azaz egyenlőtlen oldalaik vannak. Ez az aszimmetria a következőkben nyilvánul meg:

· először is, hogy a baktérium- és állati sejtek plazmamembránjának belső és külső oldala a poláris lipidek összetételében különbözik. Például az emberi vörösvértest-membránok belső lipidrétege főként foszfatidil-etanol-amint és foszfatidil-szerint, a külső réteg pedig foszfatidil-kolint és szfingomielint tartalmaz.

Másodszor, a membránokban lévő egyes transzportrendszerek csak egy irányban működnek. Például az eritrociták membránjában van egy transzportrendszer („pumpa”), amely Na + ionokat pumpál a sejtből a környezetbe, és K + ionokat a sejtbe az ATP hidrolízise során felszabaduló energia miatt.

· harmadrészt a plazmamembrán külső felületén nagyon sok oligoszacharid csoport található, amelyek glikoproteinek glikolipid fejei és oligoszacharid oldalláncai, míg a plazmamembrán belső felületén gyakorlatilag nincsenek oligoszacharid csoportok.

A biológiai membránok aszimmetriája megmarad annak köszönhetően, hogy az egyes foszfolipid molekulák átvitele a lipid kettősréteg egyik oldaláról a másikra energia okokból nagyon nehézkes. A poláris lipidmolekula szabadon mozoghat a kettősréteg saját oldalán, de korlátozott a képessége, hogy átugorjon a másik oldalra.

A lipidmobilitás a jelenlévő telítetlen zsírsavak relatív tartalmától és típusától függ. A zsírsavláncok szénhidrogén jellege a folyékonyság és mobilitás membrántulajdonságait adja. Cisz-telítetlen zsírsavak jelenlétében a láncok közötti kohéziós erők gyengébbek, mint egyedül a telített zsírsavak esetében, és a lipidek még alacsony hőmérsékleten is nagy mobilitásúak maradnak.

A membránok külső oldalán specifikus felismerési régiók találhatók, amelyek funkciója bizonyos molekuláris jelek felismerése. Például egyes baktériumok a membránon keresztül érzékelik a tápanyag koncentrációjának enyhe változását, ami serkenti mozgásukat a táplálékforrás felé; ezt a jelenséget hívják kemotaxis.

A különböző sejtek és intracelluláris organellumok membránjai szerkezetükből, kémiai összetételükből és funkciójukból adódóan bizonyos specifikussággal rendelkeznek. Az eukarióta szervezetekben a következő fő membráncsoportokat különböztetjük meg:

plazmamembrán (külső sejtmembrán, plazmalemma),

· nukleáris membrán,

endoplazmatikus retikulum,

a Golgi-készülék membránjai, mitokondriumok, kloroplasztiszok, mielinhüvelyek,

gerjeszthető membránok.

A prokarióta szervezetekben a plazmamembránon kívül vannak intracitoplazmatikus membránképződmények is a heterotróf prokariótákban; mezoszómák. Ez utóbbiak a külső sejtmembrán behatolásával jönnek létre, és bizonyos esetekben megtartják a kapcsolatot vele.

Vörösvérsejt membrán fehérjékből (50%), lipidekből (40%) és szénhidrátokból (10%) áll. A szénhidrátok nagy része (93%) fehérjékhez, a többi lipidekhez kapcsolódik. A membránban a lipidek aszimmetrikusan helyezkednek el, ellentétben a micellák szimmetrikus elrendezésével. Például a cefalin túlnyomórészt a belső lipidrétegben található. Ez az aszimmetria láthatóan megmarad a membránban lévő foszfolipidek keresztirányú mozgásának köszönhetően, amelyet a membránfehérjék segítségével hajtanak végre, valamint a metabolikus energiának köszönhetően. Az eritrocita membrán belső rétege főként szfingomielint, foszfatidil-etanol-amint, foszfatidil-szerint, a külső réteg foszfatidil-kolint tartalmaz. A vörösvérsejt membrán egy integrált glikoproteint tartalmaz glikoforin 131 aminosavból álló és a membránon áthatoló fehérjét, valamint a 900 aminosavból álló úgynevezett band 3 fehérjét. A glikoforin szénhidrát komponensei az influenzavírusok, a fitohemagglutininok és számos hormon receptor funkcióját töltik be. Egy másik integrált fehérjét találtak a vörösvértest membránjában, amely kevés szénhidrátot tartalmaz, és áthatol a membránon. Neveztetik alagút fehérje(a komponens), mivel úgy gondolják, hogy csatornát képez az anionok számára. Az eritrocita membrán belső oldalához kapcsolódó perifériás fehérje az spektrin.

Mielin membránok , az idegsejtek axonjait körülvevő, többrétegűek, nagy mennyiségű lipidet tartalmaznak (kb. 80%, fele foszfolipidek). Ezen membránok fehérjéi fontosak az egymáson fekvő membránsók rögzítésében.

Kloroplaszt membránok. A kloroplasztokat kétrétegű membrán borítja. A külső membránnak van némi hasonlósága a mitokondriumokkal. Ezen a felületi membránon kívül a kloroplasztiszoknak van egy belső membránrendszere is - lamellák. A lamellák vagy lapított hólyagokat - tilakoidokat - alkotnak, amelyek egymás felett helyezkednek el, és csomagokban (granák) gyűlnek össze, vagy stroma membránrendszert alkotnak (stromális lamellák). A tilakoid membrán külső oldalán lévő grana és stroma lamellái koncentrált hidrofil csoportok, galakto- és szulfolipidek. A klorofillmolekula fitol része a golyócskába merülve érintkezik a fehérjék és lipidek hidrofób csoportjaival. A klorofill porfirin magjai elsősorban a grana tilakoidok érintkező membránjai között helyezkednek el.

Baktériumok belső (citoplazmatikus) membránja szerkezete hasonló a kloroplasztiszok és a mitokondriumok belső membránjaihoz. A légzési lánc enzimei és az aktív transzport lokalizálódnak benne; membránkomponensek kialakításában részt vevő enzimek. A bakteriális membránok túlnyomó része a fehérjék: a fehérje/lipid arány (tömeg szerint) 3:1. A Gram-negatív baktériumok külső membránja a citoplazmatikus membránhoz képest kisebb mennyiségben tartalmaz különféle foszfolipideket és fehérjéket. Mindkét membrán lipidösszetételében különbözik. A külső membrán fehérjéket tartalmaz, amelyek pórusokat képeznek számos kis molekulatömegű anyag behatolásához. A külső membrán jellegzetes komponense egy specifikus lipopoliszacharid is. Számos külső membránfehérje szolgál receptorként a fágok számára.

Vírus membrán. A vírusok közül a membránszerkezetek a fehérjéből és nukleinsavból álló nukleokapszidot tartalmazókra jellemzőek. A vírusoknak ezt a „magját” membrán (burok) veszi körül. Ezenkívül egy lipid kettős rétegből áll, beágyazott glikoproteinekkel, amelyek főként a membrán felszínén helyezkednek el. Számos vírus (mikrovírus) esetében az összes fehérje 70-80%-a a membránokban található, a többi fehérjét a nukleokapszid tartalmazza.

Így a sejtmembránok nagyon összetett szerkezetek; alkotó molekuláris komplexeik rendezett kétdimenziós mozaikot alkotnak, amely biológiai specifitást kölcsönöz a membrán felületének.

A sejt külsejét körülbelül 6-10 nm vastag plazmamembrán (vagy külső sejtmembrán) borítja.

A sejtmembrán fehérjékből és lipidekből (főleg foszfolipidekből) álló sűrű film. A lipidmolekulák rendezetten - a felületre merőlegesen - két rétegben helyezkednek el úgy, hogy a vízzel intenzív kölcsönhatásba lépő részeik (hidrofil) kifelé, a vízzel szemben inert részeik (hidrofób) befelé irányulnak.

A fehérjemolekulák a lipidváz felszínén, mindkét oldalon nem folytonos rétegben helyezkednek el. Egy részük belemerül a lipidrétegbe, néhányuk pedig áthalad rajta, vízáteresztő területeket képezve. Ezek a fehérjék különféle funkciókat látnak el - egyesek enzimek, mások transzportfehérjék, amelyek részt vesznek bizonyos anyagok átvitelében a környezetből a citoplazmába és ellenkező irányba.

A sejtmembrán alapvető funkciói

A biológiai membránok egyik fő tulajdonsága a szelektív permeabilitás (félpermeabilitás)- egyes anyagok nehezen, mások könnyen, sőt nagyobb koncentráció felé haladnak át Így a legtöbb sejtnél a Na ionok koncentrációja lényegesen alacsonyabb, mint a környezetben. A K-ionokra az ellenkező kapcsolat jellemző: sejten belüli koncentrációjuk magasabb, mint kívül. Ezért a Na-ionok mindig hajlamosak behatolni a sejtbe, és a K-ionok mindig hajlamosak kilépni. Ezen ionok koncentrációjának kiegyenlítődését megakadályozza, hogy a membránban egy speciális rendszer található, amely pumpa szerepét tölti be, amely Na-ionokat pumpál ki a sejtből, és egyidejűleg K-iont pumpál be.

A Na-ionok azon tendenciája, hogy kívülről befelé mozognak, a cukrok és aminosavak sejtbe szállítására szolgál. A Na-ionok aktív eltávolításával a sejtből megteremtődnek a feltételek a glükóz és az aminosavak bejutásához.

Sok sejtben fagocitózissal és pinocitózissal is felszívódnak az anyagok. Nál nél fagocitózis a rugalmas külső membrán kis mélyedést képez, amelybe a befogott részecske esik. Ez a mélyedés megnő, és a külső membrán egy részével körülvéve a részecske a sejt citoplazmájába merül. A fagocitózis jelensége jellemző az amőbákra és néhány más protozoára, valamint a leukocitákra (fagocitákra). A sejtek hasonló módon szívják fel a sejt számára szükséges anyagokat tartalmazó folyadékokat. Ezt a jelenséget nevezték el pinocytosis.

A különböző sejtek külső membránjai jelentősen eltérnek mind a fehérjék és lipidek kémiai összetételében, mind a relatív tartalmukban. Ezek a tulajdonságok határozzák meg a különböző sejtek membránjainak élettani aktivitásának sokféleségét, valamint a sejtek és szövetek életében betöltött szerepét.

A sejt endoplazmatikus retikuluma a külső membránhoz kapcsolódik. A külső membránok segítségével különféle típusú intercelluláris érintkezések valósulnak meg, pl. kommunikáció az egyes sejtek között.

Sok sejttípusra jellemző, hogy felületükön nagyszámú kiemelkedés, redő és mikrobolyhok találhatók. Hozzájárulnak mind a sejtfelszín jelentős növekedéséhez, mind az anyagcsere javulásához, valamint az egyes sejtek és egymás közötti erősebb kapcsolatokhoz.

A növényi sejtek vastag, optikai mikroszkóp alatt jól látható membránnal rendelkeznek a sejtmembrán külső oldalán, és rostból (cellulózból) állnak. Erős alátámasztást biztosítanak a növényi szöveteknek (fa).

Egyes állati sejteknek számos külső struktúrájuk van a sejtmembrán tetején, és védő jellegűek. Ilyen például a rovarok integumentáris sejtjeinek kitinje.

A sejtmembrán funkciói (röviden)

Sejt membrán

A sejtmembrán képe. A kis kék és fehér golyók a foszfolipidek hidrofób „fejeinek”, a hozzájuk kapcsolódó vonalak pedig a hidrofil „faroknak” felelnek meg. Az ábrán csak integrált membránfehérjék láthatók (vörös gömböcskék és sárga hélixek). Sárga ovális pöttyök a membránon belül - koleszterin molekulák Sárga-zöld gyöngyláncok a membrán külső oldalán - oligoszacharid láncok, amelyek a glikokalixot alkotják

A biológiai membrán különböző fehérjéket is tartalmaz: integrált (áthatol a membránon), félig integrált (egyik végén a külső vagy belső lipidrétegbe merítve), felületi (a membrán külső oldalán vagy a belső oldalai mellett található). Egyes fehérjék a sejtmembrán és a sejten belüli citoszkeleton, kívül pedig a sejtfal (ha van) érintkezési pontjai. Az integrált fehérjék egy része ioncsatornaként, különféle transzporterként és receptorként funkcionál.

Funkciók

• barrier – szabályozott, szelektív, passzív és aktív anyagcserét biztosít a környezettel. Például a peroxiszóma membrán megvédi a citoplazmát a sejtre veszélyes peroxidoktól. A szelektív permeabilitás azt jelenti, hogy a membrán különböző atomok vagy molekulák permeabilitása azok méretétől, elektromos töltésétől és kémiai tulajdonságaitól függ. A szelektív permeabilitás biztosítja, hogy a sejt és a sejtrekesz elkülönüljön a környezettől és el legyen látva a szükséges anyagokkal.
• szállítás – az anyagok sejtbe és sejtből való szállítása a membránon keresztül történik. A membránokon keresztül történő szállítás biztosítja: tápanyagok szállítását, anyagcsere végtermékek eltávolítását, különböző anyagok kiválasztását, iongradiensek létrehozását, a sejtenzimek működéséhez szükséges optimális ionkoncentráció fenntartását a sejtben.
  Olyan részecskék, amelyek bármilyen okból nem képesek átjutni a foszfolipid kettősrétegen (például hidrofil tulajdonságok miatt, mivel a belsejében lévő membrán hidrofób és nem engedi át a hidrofil anyagokat, vagy nagy méretük miatt), de szükségesek a sejt számára , speciális hordozófehérjéken (transzportereken) és csatornafehérjéken keresztül vagy endocitózissal áthatolhatnak a membránon.
  A passzív transzport során az anyagok átjutnak a lipid kettős rétegen anélkül, hogy diffúzió útján energiát pazarolnának a koncentrációgradiens mentén. Ennek a mechanizmusnak egy változata a megkönnyített diffúzió, amelyben egy adott molekula segíti az anyagot átjutni a membránon. Ennek a molekulának lehet egy csatornája, amelyen csak egyfajta anyag jut át.
  Az aktív transzport energiát igényel, mivel koncentrációgradiens ellenében történik. A membránon speciális pumpás fehérjék találhatók, köztük az ATPáz, amely aktívan pumpálja a káliumionokat (K+) a sejtbe, és nátriumionokat (Na+) pumpál ki belőle.
• mátrix - biztosítja a membránfehérjék bizonyos relatív helyzetét és orientációját, optimális kölcsönhatásukat.
• mechanikus - biztosítja a sejt autonómiáját, intracelluláris struktúráit, valamint a kapcsolatot más sejtekkel (a szövetekben). A sejtfalak nagy szerepet játszanak a mechanikai működés biztosításában, állatoknál pedig az intercelluláris anyag.
• energia - a kloroplasztiszokban a fotoszintézis és a mitokondriumokban a sejtlégzés során membránjaikban energiatranszfer rendszerek működnek, amelyekben fehérjék is részt vesznek;
• receptor - a membránban található egyes fehérjék receptorok (molekulák, amelyek segítségével a sejt bizonyos jeleket érzékel).
  Például a vérben keringő hormonok csak azokra a célsejtekre hatnak, amelyek rendelkeznek ezeknek a hormonoknak megfelelő receptorokkal. A neurotranszmitterek (az idegimpulzusok vezetését biztosító vegyi anyagok) speciális receptorfehérjékhez is kötődnek a célsejtekben.
• enzimatikus - a membránfehérjék gyakran enzimek. Például a bélhámsejtek plazmamembránjai emésztőenzimeket tartalmaznak.
• a biopotenciálok generálásának és vezetésének megvalósítása.
  A membrán segítségével állandó ionkoncentrációt tartanak fenn a sejtben: a sejten belüli K+-ion koncentrációja sokkal magasabb, mint a külső, a Na+-koncentráció pedig jóval alacsonyabb, ami nagyon fontos, hiszen ez biztosítja a potenciálkülönbség fenntartása a membránon és az idegimpulzus generálása.
• sejtjelölés - a membránon antigének vannak, amelyek markerként működnek - „címkék”, amelyek lehetővé teszik a sejt azonosítását. Ezek glikoproteinek (vagyis olyan fehérjék, amelyekhez elágazó oligoszacharid oldalláncok kapcsolódnak), amelyek az „antennák” szerepét töltik be. Az oldalláncok számtalan konfigurációja miatt lehetséges, hogy minden sejttípushoz specifikus markert készítsünk. A markerek segítségével a sejtek felismerhetnek más sejteket, és velük együtt tudnak működni, például szervek és szövetek kialakításában. Ez azt is lehetővé teszi, hogy az immunrendszer felismerje az idegen antigéneket.

A biomembránok szerkezete és összetétele

A membránok három lipidosztályból állnak: foszfolipidekből, glikolipidekből és koleszterinből. A foszfolipidek és glikolipidek (lipidek szénhidrátokkal) két hosszú hidrofób szénhidrogén-farokból állnak, amelyek egy töltött hidrofil fejhez kapcsolódnak. A koleszterin merevséget ad a membránnak azáltal, hogy elfoglalja a lipidek hidrofób farka közötti szabad teret, és megakadályozza azok meghajlását. Ezért az alacsony koleszterintartalmú membránok rugalmasabbak, a magas koleszterintartalmú membránok pedig merevebbek és törékenyebbek. A koleszterin „záróként” is szolgál, amely megakadályozza a poláris molekulák sejtből a sejtbe való mozgását. A membrán fontos része a membránon áthatoló fehérjékből áll, amelyek a membránok különféle tulajdonságaiért felelősek. Összetételük és orientációjuk különböző membránokban különbözik.

A sejtmembránok gyakran aszimmetrikusak, vagyis a rétegek lipidösszetételben különböznek egymástól, az egyes molekulák egyik rétegből a másikba való átmenete (ún. strand papucs) nehéz.

Membránszervecskék

Ezek a citoplazma zárt egyetlen vagy egymással összefüggő szakaszai, amelyeket membránok választanak el a hialoplazmától. Az egymembrán organellumok közé tartozik az endoplazmatikus retikulum, a Golgi-készülék, a lizoszómák, a vakuolák, a peroxiszómák; kettős membránokhoz - mag, mitokondriumok, plasztidok. A különböző organellumok membránjainak szerkezete különbözik a lipidek és a membránfehérjék összetételében.

Szelektív permeabilitás

A sejtmembránok szelektív permeabilitással rendelkeznek: glükóz, aminosavak, zsírsavak, glicerin és ionok lassan diffundálnak rajtuk, és maguk a membránok bizonyos mértékig aktívan szabályozzák ezt a folyamatot - egyes anyagok átjutnak, mások nem. Négy fő mechanizmus létezik az anyagok sejtbe való bejutására, illetve a sejtből kifelé történő eltávolítására: diffúzió, ozmózis, aktív transzport és exo- vagy endocitózis. Az első két folyamat passzív jellegű, azaz nem igényel energiaráfordítást; az utolsó kettő az energiafogyasztással kapcsolatos aktív folyamatok.

A membrán szelektív permeabilitása a passzív transzport során a speciális csatornáknak - integrált fehérjéknek köszönhető. Közvetlenül áthatolnak a membránon, egyfajta átjárót képezve. A K, Na és Cl elemeknek saját csatornái vannak. A koncentráció gradienshez viszonyítva ezen elemek molekulái ki-be mozognak a sejtben. Irritáció esetén a nátriumion csatornák megnyílnak, és nátriumionok hirtelen beáramlása következik be a sejtbe. Ebben az esetben a membránpotenciál egyensúlyhiánya lép fel. Ezután a membránpotenciál helyreáll. A káliumcsatornák mindig nyitva vannak, így a káliumionok lassan bejutnak a sejtbe.

Lásd még

Irodalom

• Antonov V.F., Szmirnova E.N., Sevcsenko E.V. Lipid membránok fázisátalakulások során. - M.: Nauka, 1994.
• Gennis R. Biomembránok. Molekulaszerkezet és funkciók: fordítás angolból. = Biomembránok. Molekuláris szerkezet és funkció (Robert B. Gennis). - 1. kiadás. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V. G., Beresztovszkij T. N. Biológiai membránok lipid kettős rétege. - M.: Nauka, 1982.
• Rubin A. B. Biofizika, tankönyv 2 kötetben. - 3. kiadás, javítva és bővítve. - M.: Moszkvai Egyetemi Kiadó, 2004. -

A sejtmembrán képe. A kis kék és fehér golyók a lipidek hidrofil fejének, a hozzájuk kapcsolódó vonalak pedig a hidrofób faroknak felelnek meg. Az ábrán csak integrált membránfehérjék láthatók (vörös gömböcskék és sárga hélixek). Sárga ovális pöttyök a membránon belül - koleszterin molekulák Sárga-zöld gyöngyláncok a membrán külső oldalán - oligoszacharid láncok, amelyek a glikokalixot alkotják

A biológiai membrán különböző fehérjéket is tartalmaz: integrált (áthatol a membránon), félig integrált (egyik végén a külső vagy belső lipidrétegbe merítve), felületi (a membrán külső oldalán vagy a belső oldalai mellett található). Egyes fehérjék a sejtmembrán és a sejten belüli citoszkeleton, kívül pedig a sejtfal (ha van) érintkezési pontjai. Az integrált fehérjék egy része ioncsatornaként, különféle transzporterként és receptorként funkcionál.

A biomembránok funkciói

• barrier – szabályozott, szelektív, passzív és aktív anyagcserét biztosít a környezettel. Például a peroxiszóma membrán megvédi a citoplazmát a sejtre veszélyes peroxidoktól. A szelektív permeabilitás azt jelenti, hogy a membrán különböző atomok vagy molekulák permeabilitása azok méretétől, elektromos töltésétől és kémiai tulajdonságaitól függ. A szelektív permeabilitás biztosítja, hogy a sejt és a sejtrekesz elkülönüljön a környezettől és el legyen látva a szükséges anyagokkal.

• szállítás – az anyagok sejtbe és sejtből való szállítása a membránon keresztül történik. A membránokon keresztül történő szállítás biztosítja: tápanyagok szállítását, anyagcsere végtermékek eltávolítását, különböző anyagok kiválasztását, iongradiensek létrehozását, a sejtenzimek működéséhez szükséges megfelelő pH és ionkoncentráció fenntartását a sejtben.

Olyan részecskék, amelyek valamilyen okból nem képesek átjutni a foszfolipid kettősrétegen (például hidrofil tulajdonságai miatt, mivel a belsejében lévő membrán hidrofób és nem engedi át a hidrofil anyagokat, vagy nagy méretük miatt), de szükségesek a sejt, speciális hordozófehérjéken (transzportereken) és csatornafehérjéken keresztül vagy endocitózissal áthatolhat a membránon.

A passzív transzport során az anyagok energiafelhasználás nélkül, diffúzió útján átjutnak a lipid kettős rétegen. Ennek a mechanizmusnak egy változata a megkönnyített diffúzió, amelyben egy adott molekula segíti az anyagot átjutni a membránon. Ennek a molekulának lehet egy csatornája, amelyen csak egyfajta anyag jut át.

Az aktív transzport energiát igényel, mivel koncentrációgradiens ellenében történik. A membránon speciális pumpás fehérjék találhatók, köztük az ATPáz, amely aktívan pumpálja a káliumionokat (K+) a sejtbe, és nátriumionokat (Na+) pumpál ki belőle.

• mátrix - biztosítja a membránfehérjék bizonyos relatív helyzetét és orientációját, optimális kölcsönhatásukat;

• mechanikus - biztosítja a sejt autonómiáját, intracelluláris struktúráit, valamint a kapcsolatot más sejtekkel (a szövetekben). A sejtfalak nagy szerepet játszanak a mechanikai működés biztosításában, állatoknál pedig az intercelluláris anyag.

• energia - a kloroplasztiszokban a fotoszintézis és a mitokondriumokban a sejtlégzés során membránjaikban energiatranszfer rendszerek működnek, amelyekben fehérjék is részt vesznek;

• receptor - a membránban található egyes fehérjék receptorok (molekulák, amelyek segítségével a sejt bizonyos jeleket érzékel).

Például a vérben keringő hormonok csak azokra a célsejtekre hatnak, amelyek rendelkeznek ezeknek a hormonoknak megfelelő receptorokkal. A neurotranszmitterek (az idegimpulzusok vezetését biztosító vegyi anyagok) speciális receptorfehérjékhez is kötődnek a célsejtekben.

• enzimatikus - a membránfehérjék gyakran enzimek. Például a bélhámsejtek plazmamembránjai emésztőenzimeket tartalmaznak.

• a biopotenciálok generálásának és vezetésének megvalósítása.

A membrán segítségével állandó ionkoncentrációt tartanak fenn a sejtben: a sejten belüli K+-ion koncentrációja sokkal magasabb, mint a külső, a Na+-koncentráció pedig jóval alacsonyabb, ami nagyon fontos, hiszen ez biztosítja a potenciálkülönbség fenntartása a membránon és az idegimpulzus generálása.

• sejtjelölés - a membránon antigének vannak, amelyek markerként működnek - „címkék”, amelyek lehetővé teszik a sejt azonosítását. Ezek glikoproteinek (vagyis olyan fehérjék, amelyekhez elágazó oligoszacharid oldalláncok kapcsolódnak), amelyek az „antennák” szerepét töltik be. Az oldalláncok számtalan konfigurációja miatt lehetséges, hogy minden sejttípushoz specifikus markert készítsünk. A markerek segítségével a sejtek felismerhetnek más sejteket, és velük együtt tudnak működni, például szervek és szövetek kialakításában. Ez azt is lehetővé teszi, hogy az immunrendszer felismerje az idegen antigéneket.

A biomembránok szerkezete és összetétele

A membránok három lipidosztályból állnak: foszfolipidekből, glikolipidekből és koleszterinből. A foszfolipidek és glikolipidek (lipidek szénhidrátokkal) két hosszú hidrofób szénhidrogén-farokból állnak, amelyek egy töltött hidrofil fejhez kapcsolódnak. A koleszterin merevséget ad a membránnak azáltal, hogy elfoglalja a lipidek hidrofób farka közötti szabad teret, és megakadályozza azok meghajlását. Ezért az alacsony koleszterintartalmú membránok rugalmasabbak, a magas koleszterintartalmú membránok pedig merevebbek és törékenyebbek. A koleszterin „záróként” is szolgál, amely megakadályozza a poláris molekulák sejtből a sejtbe való mozgását. A membrán fontos része a membránon áthatoló fehérjékből áll, amelyek a membránok különféle tulajdonságaiért felelősek. Összetételük és orientációjuk különböző membránokban különbözik.

A sejtmembránok gyakran aszimmetrikusak, vagyis a rétegek lipidösszetételben különböznek egymástól, az egyes molekulák egyik rétegből a másikba való átmenete (ún. strand papucs) nehéz.

Membránszervecskék

Ezek a citoplazma zárt egyetlen vagy egymással összefüggő szakaszai, amelyeket membránok választanak el a hialoplazmától. Az egymembrán organellumok közé tartozik az endoplazmatikus retikulum, a Golgi-készülék, a lizoszómák, a vakuolák, a peroxiszómák; kettős membránokhoz - mag, mitokondriumok, plasztidok. A sejt külsejét az úgynevezett plazmamembrán határolja. A különböző organellumok membránjainak szerkezete különbözik a lipidek és a membránfehérjék összetételében.

Szelektív permeabilitás

A sejtmembránok szelektív permeabilitással rendelkeznek: glükóz, aminosavak, zsírsavak, glicerin és ionok lassan diffundálnak rajtuk, és maguk a membránok bizonyos mértékig aktívan szabályozzák ezt a folyamatot - egyes anyagok átjutnak, mások nem. Négy fő mechanizmus létezik az anyagok sejtbe való bejutására, illetve a sejtből kifelé történő eltávolítására: diffúzió, ozmózis, aktív transzport és exo- vagy endocitózis. Az első két folyamat passzív jellegű, azaz nem igényel energiafelhasználást; az utolsó kettő az energiafogyasztással kapcsolatos aktív folyamatok.

A membrán szelektív permeabilitása a passzív transzport során a speciális csatornáknak - integrált fehérjéknek köszönhető. Áthatolnak a membránon keresztül, egyfajta átjárót képezve. A K, Na és Cl elemek saját csatornákkal rendelkeznek. A koncentráció gradienshez viszonyítva ezen elemek molekulái be- és kimozdulnak a sejtbe. Irritáció esetén a nátriumion csatornák megnyílnak, és hirtelen nátriumionok áramlanak be a sejtbe. Ebben az esetben a membránpotenciál egyensúlyhiánya lép fel. Ezután a membránpotenciál helyreáll. A káliumcsatornák mindig nyitva vannak, így a káliumionok lassan bejutnak a sejtbe.

Linkek

• Bruce Alberts és mtsai. A sejt molekuláris biológiája. - 5. kiadás - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - angol nyelvű tankönyv a molekuláris biológiáról. nyelv

• Rubin A.B. Biofizika, tankönyv 2 kötetben. . - 3. kiadás, javítva és bővítve. - Moszkva: Moszkvai Egyetemi Kiadó, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

• Gennis R. Biomembránok. Molekulaszerkezet és funkciók: fordítás angolból. = Biomembránok. Molekuláris szerkezet és funkció (Robert B. Gennis). - 1. kiadás. - Moszkva: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

• Ivanov V.G., Beresztovszkij T.N. Biológiai membránok lipid kettős rétege. - Moszkva: Tudomány, 1982.

• Antonov V.F., Szmirnova E.N., Sevcsenko E.V. Lipid membránok fázisátalakulások során. - Moszkva: Tudomány, 1994.

Lásd még

• Vladimirov Yu A., A biológiai membránok összetevőinek károsodása kóros folyamatok során

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Sejt- a szövetek és szervek önszabályozó szerkezeti és funkcionális egysége. A szervek és szövetek szerkezetének sejtelméletét Schleiden és Schwann dolgozta ki 1839-ben. Ezt követően elektronmikroszkóppal és ultracentrifugálással sikerült tisztázni az állati és növényi sejtek összes fő organellumának szerkezetét. 1).

Rizs. 1. Egy állati sejt felépítésének vázlata

A sejt fő részei a citoplazma és a sejtmag. Minden sejtet egy nagyon vékony membrán vesz körül, amely korlátozza a tartalmát.

A sejtmembrán az ún plazma membránés szelektív permeabilitás jellemzi. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a szükséges tápanyagok és kémiai elemek bejutását a sejtbe, és a felesleges termékek távozását. A plazmamembrán két lipidmolekula rétegből áll, amelyek specifikus fehérjéket tartalmaznak. A membrán fő lipidjei a foszfolipidek. Foszfort, egy poláris fejet és két nem poláris farkát tartalmaznak hosszú láncú zsírsavakból. A membránlipidek közé tartozik a koleszterin és a koleszterin-észterek. A folyékony mozaik szerkezeti modellnek megfelelően a membránok fehérje- és lipidmolekulák zárványait tartalmazzák, amelyek a kettős réteghez képest keveredhetnek. Bármely állati sejt membránjának mindegyik típusa megvan a maga viszonylag állandó lipidösszetételével.

A membránfehérjék szerkezetük szerint két típusra oszthatók: integrált és perifériás. A perifériás fehérjék eltávolíthatók a membránról anélkül, hogy megsemmisítenék azt. A membránfehérjéknek négy típusa van: transzportfehérjék, enzimek, receptorok és szerkezeti fehérjék. Egyes membránfehérjék enzimatikus aktivitással rendelkeznek, mások megkötnek bizonyos anyagokat, és megkönnyítik a sejtbe való szállításukat. A fehérjék több útvonalat biztosítanak az anyagok membránokon keresztüli mozgásához: több fehérje alegységből álló nagy pórusokat képeznek, amelyek lehetővé teszik a vízmolekulák és ionok mozgását a sejtek között; ioncsatornákat képeznek, amelyek bizonyos típusú ionok mozgására specializálódtak a membránon bizonyos körülmények között. A strukturális fehérjék a belső lipidréteghez kapcsolódnak, és a sejt citoszkeletonját biztosítják. A citoszkeleton biztosítja a sejtmembrán mechanikai szilárdságát. A különböző membránokban a fehérjék a tömeg 20-80%-át teszik ki. A membránfehérjék szabadon mozoghatnak az oldalsó síkban.

A membrán szénhidrátokat is tartalmaz, amelyek kovalensen kötődhetnek lipidekhez vagy fehérjékhez. A membrán szénhidrátjainak három típusa van: glikolipidek (gangliozidok), glikoproteinek és proteoglikánok. A legtöbb membránlipid folyékony halmazállapotú, és bizonyos folyékonysággal rendelkezik, pl. az egyik területről a másikra való mozgás képessége. A membrán külső oldalán receptorhelyek találhatók, amelyek különféle hormonokat kötnek meg. A membrán más specifikus területei nem tudnak felismerni és megkötni bizonyos fehérjéket és különféle biológiailag aktív vegyületeket, amelyek idegenek ezektől a sejtektől.

A sejt belső terét citoplazma tölti ki, amelyben a sejtmetabolizmus legtöbb enzimkatalizált reakciója játszódik le. A citoplazma két rétegből áll: a belső, az úgynevezett endoplazma és a perifériás, ektoplazma, amely nagy viszkozitású és szemcséktől mentes. A citoplazma egy sejt vagy organellum összes összetevőjét tartalmazza. A sejtszervecskék közül a legfontosabbak az endoplazmatikus retikulum, riboszómák, mitokondriumok, Golgi-apparátus, lizoszómák, mikrofilamentumok és mikrotubulusok, peroxiszómák.

Endoplazmatikus retikulumösszekapcsolt csatornák és üregek rendszere, amelyek áthatolnak a teljes citoplazmán. Biztosítja az anyagok szállítását a környezetből és a sejtek belsejéből. Az endoplazmatikus retikulum az intracelluláris Ca 2+ -ionok depójaként is szolgál, és a sejtben a lipidszintézis fő helyeként szolgál.

Riboszómák - 10-25 nm átmérőjű mikroszkopikus gömb alakú részecskék. A riboszómák szabadon helyezkednek el a citoplazmában, vagy az endoplazmatikus retikulum és a nukleáris membrán membránjainak külső felületéhez kapcsolódnak. Kölcsönhatásba lépnek a hírvivő és transzport RNS-sel, és fehérjeszintézis megy végbe bennük. Olyan fehérjéket szintetizálnak, amelyek belépnek a ciszternákba vagy a Golgi-készülékbe, majd kiszabadulnak. A citoplazmában szabadon elhelyezkedő riboszómák fehérjéket szintetizálnak, amelyeket maga a sejt használ fel, az endoplazmatikus retikulumhoz kapcsolódó riboszómák pedig fehérjét termelnek, amely kiválasztódik a sejtből. A riboszómák különféle funkcionális fehérjéket szintetizálnak: hordozófehérjéket, enzimeket, receptorokat, citoszkeletális fehérjéket.

Golgi készülék tubulusok, ciszternák és hólyagok rendszere alkotja. Az endoplazmatikus retikulummal kapcsolódik, és az ide bekerülő biológiailag aktív anyagok tömörített formában szekréciós vezikulákban raktározódnak. Ez utóbbiak folyamatosan elkülönülnek a Golgi-apparátustól, a sejtmembránra szállítják és összeolvadnak vele, a vezikulákban lévő anyagok pedig exocitózis útján távoznak a sejtből.

Lizoszómák - 0,25-0,8 mikron méretű membránnal körülvett részecskék. Számos enzimet tartalmaznak, amelyek részt vesznek a fehérjék, poliszacharidok, zsírok, nukleinsavak, baktériumok és sejtek lebontásában.

Peroxiszómák sima endoplazmatikus retikulumból képződnek, lizoszómákra hasonlítanak, és olyan enzimeket tartalmaznak, amelyek a peroxidázok és katalázok hatására lebomló hidrogén-peroxid bomlását katalizálják.

Mitokondriumok külső és belső membránokat tartalmaznak, és a sejt „energia állomása”. A mitokondriumok kerek vagy hosszúkás szerkezetek kettős membránnal. A belső membrán a mitokondriumokba benyúló redőket képez - cristae. Megtörténik bennük az ATP szintézis, a Krebs-ciklus szubsztrátjainak oxidációja és számos biokémiai reakció. A mitokondriumokban termelődő ATP-molekulák a sejt minden részébe diffundálnak. A mitokondriumok kis mennyiségű DNS-t, RNS-t és riboszómákat tartalmaznak, és részvételükkel új mitokondriumok megújulása és szintézise történik.

Mikrofilamentumok Vékony fehérjeszálak, amelyek miozinból és aktinból állnak, és a sejt kontraktilis apparátusát alkotják. A mikrofilamentumok részt vesznek a sejtmembrán redőinek vagy kiemelkedéseinek kialakításában, valamint a különböző struktúrák sejten belüli mozgásában.

Mikrotubulusok képezik a citoszkeleton alapját és biztosítják annak erejét. A citoszkeleton a sejtek jellegzetes megjelenését és alakját adja, és az intracelluláris organellumok és különféle testek kapcsolódási helyeként szolgál. Az idegsejtekben a mikrotubulusok kötegei vesznek részt az anyagok szállításában a sejttestből az axonok végei felé. Közreműködésükkel a mitotikus orsó a sejtosztódás során működik. Motoros elemek szerepét töltik be a bolyhokban, az eukariótákban pedig flagellákat.

Mag a sejt fő szerkezete, részt vesz az örökletes tulajdonságok átvitelében és a fehérjék szintézisében. A sejtmagot egy nukleáris membrán veszi körül, amely számos nukleáris pórust tartalmaz, amelyeken keresztül különféle anyagok cserélődnek a sejtmag és a citoplazma között. Egy mag van benne. Megállapították a nucleolus fontos szerepét a riboszomális RNS és a hiszton fehérjék szintézisében. A mag többi része kromatint tartalmaz, amely DNS-ből, RNS-ből és számos specifikus fehérjéből áll.

A sejtmembrán funkciói

A sejtmembránok kritikus szerepet játszanak az intracelluláris és intercelluláris anyagcsere szabályozásában. Szelektív permeabilitással rendelkeznek. Speciális felépítésük lehetővé teszi akadályozó, szállítási és szabályozási funkciók ellátását.

Sorompó funkció abban nyilvánul meg, hogy korlátozza a vízben oldott vegyületek behatolását a membránon keresztül. A membrán áthatolhatatlan a nagy fehérjemolekulák és szerves anionok számára.

Szabályozó funkció A membránok feladata az intracelluláris anyagcsere szabályozása a kémiai, biológiai és mechanikai hatásokra válaszul. Különféle hatásokat érzékelnek a speciális membránreceptorok, az enzimaktivitás későbbi változásával.

Szállítási funkció A biológiai membránokon keresztül passzívan (diffúzió, szűrés, ozmózis) vagy aktív transzport segítségével.

diffúzió - gáz vagy oldható anyag mozgása koncentráció és elektrokémiai gradiens mentén. A diffúzió sebessége a sejtmembrán áteresztőképességétől, valamint a töltetlen részecskék koncentráció-gradiensétől, a töltött részecskék elektromos és koncentráció-gradiensétől függ. Egyszerű diffúzió lipid kettős rétegen vagy csatornákon keresztül történik. A töltött részecskék elektrokémiai gradiens, a töltetlen részecskék pedig kémiai gradiens szerint mozognak. Például az oxigén, a szteroid hormonok, a karbamid, az alkohol stb. egyszerű diffúzióval áthatol a membrán lipidrétegén. Különféle ionok és részecskék mozognak a csatornákon. Az ioncsatornákat fehérjék alkotják, és kapuzott és nem kapuzott csatornákra oszthatók. A szelektivitástól függően megkülönböztetik az ion-szelektív kábeleket, amelyek csak egy iont engednek át, és azokat a csatornákat, amelyek nem rendelkeznek szelektivitással. A csatornák nyílásos és szelektív szűrővel, a vezérelt csatornák pedig kapumechanizmussal rendelkeznek.

Könnyített diffúzió - olyan folyamat, amelyben az anyagokat speciális membrántranszportfehérjék segítségével szállítják át a membránon. Ily módon az aminosavak és a monoszacharidok behatolnak a sejtbe. Ez a fajta szállítás nagyon gyorsan megtörténik.

ozmózis - víz mozgása a membránon keresztül alacsonyabb ozmózisnyomású oldatból magasabb ozmotikus nyomású oldatba.

Aktiv szállitás - anyagok transzportja koncentrációgradiens ellenében transzport-ATPázok (ionpumpák) segítségével. Ez az átvitel energiafelhasználással történik.

A Na + /K + -, Ca 2+ - és H + -szivattyúkat nagyobb mértékben vizsgálták. A szivattyúk a sejtmembránokon helyezkednek el.

Az aktív szállítás egyik fajtája endocitózisÉs exocitózis. Ezen mechanizmusok segítségével a csatornákon át nem szállítható nagyobb anyagok (fehérjék, poliszacharidok, nukleinsavak) szállítódnak. Ez a transzport gyakrabban fordul elő a bélhámsejtekben, a vesetubulusokban és a vaszkuláris endotéliumban.

Nál nél Az endocitózis során a sejtmembránok invaginációkat képeznek a sejtbe, amelyek felszabadulva vezikulákká alakulnak. Az exocitózis során a vezikulák tartalmukkal átkerülnek a sejtmembránba és összeolvadnak vele, és a vezikulák tartalma az extracelluláris környezetbe kerül.

A sejtmembrán felépítése és funkciói

Az élő sejtekben az elektromos potenciálok létezését biztosító folyamatok megértéséhez először meg kell értenie a sejtmembrán szerkezetét és tulajdonságait.

Jelenleg a legszélesebb körben elfogadott a membrán folyékony mozaik modellje, amelyet S. Singer és G. Nicholson javasolt 1972-ben. A membrán kettős foszfolipidek rétegén (kettős réteg) alapul, amelynek molekulájának hidrofób fragmentumai elmerülnek a membrán vastagságában, és a poláris hidrofil csoportok kifelé irányulnak, azok. a környező vízi környezetbe (2. ábra).

A membránfehérjék a membrán felszínén lokalizálódnak, vagy a hidrofób zónába különböző mélységekbe ágyazhatók be. Egyes fehérjék átfedik a membránt, és ugyanannak a fehérjének különböző hidrofil csoportjai találhatók a sejtmembrán mindkét oldalán. A plazmamembránban található fehérjék nagyon fontos szerepet töltenek be: részt vesznek az ioncsatornák kialakításában, a membránpumpák és a különféle anyagok transzportereinek szerepét töltik be, valamint receptor funkciót is elláthatnak.

A sejtmembrán fő funkciói: gát, transzport, szabályozó, katalitikus.

A barrier funkció a vízben oldódó vegyületek membránon keresztüli diffúziójának korlátozása, ami a sejtek idegen, mérgező anyagoktól való megvédéséhez és a sejteken belüli különböző anyagok viszonylag állandó tartalmának fenntartásához szükséges. Így a sejtmembrán 100 000-10 000 000-szer képes lelassítani a különféle anyagok diffúzióját.

Rizs. 2. A Singer-Nicholson membrán folyadék-mozaik modelljének háromdimenziós diagramja

Az ábrán lipid kettős rétegbe ágyazott globuláris integrált fehérjék láthatók. Egyes fehérjék ioncsatornák, mások (glikoproteinek) oligoszacharid oldalláncokat tartalmaznak, amelyek a sejtek egymás közötti felismerésében és az intercelluláris szövetekben vesznek részt. A koleszterinmolekulák szorosan szomszédosak a foszfolipidfejekkel, és rögzítik a „farok” szomszédos szakaszait. A foszfolipid molekula farkainak belső szakaszai mozgásukban nincsenek korlátozva, és felelősek a membrán folyékonyságáért (Bretscher, 1985).

A membrán csatornákat tartalmaz, amelyeken keresztül az ionok behatolnak. A csatornák lehetnek feszültségfüggőek vagy potenciálfüggetlenek. Feszültségfüggő csatornák nyitott, ha a potenciálkülönbség megváltozik, és potenciális független(hormonszabályozott) akkor nyílik meg, amikor a receptorok kölcsönhatásba lépnek az anyagokkal. A csatornák a kapuknak köszönhetően nyithatók vagy zárhatók. A membránba kétféle kapu van beépítve: aktiválás(a csatorna mélyén) és inaktiválás(a csatorna felületén). A kapu három állapotú lehet:

• nyitott állapot (mindkét típusú kapu nyitva van);
• zárt állapot (aktiváló kapu zárva);
• inaktivációs állapot (inaktivációs kapu zárva).

A membránok másik jellegzetessége a szervetlen ionok, tápanyagok és különféle anyagcseretermékek szelektív szállításának képessége. Léteznek az anyagok passzív és aktív átvitelének (szállításának) rendszerei. Passzív a transzport ioncsatornákon keresztül történik hordozófehérjék segítségével vagy anélkül, hajtóereje az ionok elektrokémiai potenciáljának különbsége az intra- és extracelluláris tér között. Az ioncsatornák szelektivitását geometriai paraméterei, valamint a csatorna falát és száját bélelő csoportok kémiai jellege határozza meg.

Jelenleg a leginkább tanulmányozott csatornák azok, amelyek szelektíven permeábilisak a Na +, K +, Ca 2+ ionok és a víz számára is (ún. akvaporinok). Az ioncsatornák átmérője különböző vizsgálatok szerint 0,5-0,7 nm. A csatorna kapacitása változhat egy ioncsatornán másodpercenként 10 7 - 10 8 ion.

Aktív A transzport energiafelhasználással történik, és úgynevezett ionszivattyúk végzik. Az ionpumpák membránba ágyazott molekuláris fehérjeszerkezetek, amelyek az ionokat magasabb elektrokémiai potenciál felé szállítják.

A szivattyúk az ATP hidrolízis energiájával működnek. Jelenleg a Na+/K+ - ATPáz, Ca 2+ - ATPáz, H + - ATPáz, H + /K + - ATPáz, Mg 2+ - ATPáz, amelyek biztosítják a Na +, K +, Ca 2+ ionok mozgását, ill. jól tanulmányozott, H+, Mg 2+ izolált vagy konjugált (Na+ és K+; H+ és K+). Az aktív transzport molekuláris mechanizmusa nem teljesen ismert.