Vonkajšia membrána bunky. Štruktúra bunkovej membrány. Profilovaná membrána: vlastnosti, funkcie a výhody

Biologické membrány- všeobecný názov pre funkčne aktívne povrchové štruktúry, ktoré viažu bunky (bunkové alebo plazmatické membrány) a vnútrobunkové organely (membrány mitochondrií, jadier, lyzozómov, endoplazmatického retikula a pod.). Obsahujú lipidy, bielkoviny, heterogénne molekuly (glykoproteíny, glykolipidy) a v závislosti od vykonávanej funkcie aj početné vedľajšie zložky: koenzýmy, nukleové kyseliny, antioxidanty, karotenoidy, anorganické ióny atď.

Koordinované fungovanie membránových systémov – receptorov, enzýmov, transportných mechanizmov – pomáha udržiavať homeostázu buniek a zároveň rýchlo reagovať na zmeny vonkajšieho prostredia.

TO základné funkcie biologických membrán možno pripísať:

· oddelenie bunky od prostredia a tvorba vnútrobunkových kompartmentov (kompartmentov);

· kontrola a regulácia transportu obrovského množstva látok cez membrány;

· účasť na zabezpečovaní medzibunkových interakcií, prenos signálov do bunky;

· premena energie potravinových organických látok na energiu chemických väzieb molekúl ATP.

Molekulárna organizácia plazmatickej (bunkovej) membrány je vo všetkých bunkách približne rovnaká: pozostáva z dvoch vrstiev lipidových molekúl s mnohými špecifickými proteínmi. Niektoré membránové proteíny majú enzymatickú aktivitu, zatiaľ čo iné viažu živiny z prostredia a transportujú ich do bunky cez membrány. Membránové proteíny sa vyznačujú povahou ich spojenia s membránovými štruktúrami. Niektoré bielkoviny tzv externé alebo periférne , sú voľne viazané na povrch membrány, iné, tzv interné alebo integrálne , ponorený vo vnútri membrány. Periférne proteíny sa ľahko extrahujú, zatiaľ čo integrálne proteíny sa dajú izolovať iba pomocou detergentov alebo organických rozpúšťadiel. Na obr. Obrázok 4 znázorňuje štruktúru plazmatickej membrány.

Vonkajšie alebo plazmové membrány mnohých buniek, ako aj membrány intracelulárnych organel, napríklad mitochondrií, chloroplastov, boli izolované vo voľnej forme a bolo študované ich molekulárne zloženie. Všetky membrány obsahujú polárne lipidy v množstve od 20 do 80 % ich hmotnosti, v závislosti od typu membrány, zvyšok tvoria najmä proteíny. V plazmatických membránach živočíšnych buniek je teda množstvo proteínov a lipidov spravidla približne rovnaké; vnútorná mitochondriálna membrána obsahuje asi 80 % bielkovín a len 20 % lipidov, zatiaľ čo myelínové membrány mozgových buniek, naopak, obsahujú asi 80 % lipidov a iba 20 % bielkovín.

Ryža. 4. Štruktúra plazmatickej membrány

Lipidová časť membrány je zmesou rôznych typov polárnych lipidov. Polárne lipidy, medzi ktoré patria fosfoglycerolipidy, sfingolipidy a glykolipidy, sa neukladajú v tukových bunkách, ale sú integrované do bunkových membrán, a to v presne definovaných pomeroch.

Všetky polárne lipidy v membránach sa počas metabolického procesu za normálnych podmienok neustále obnovujú, v bunke vzniká dynamický stacionárny stav, v ktorom sa rýchlosť syntézy lipidov rovná rýchlosti ich rozpadu.

Membrány živočíšnych buniek obsahujú najmä fosfoglycerolipidy a v menšej miere sfingolipidy; triacylglyceroly sa nachádzajú len v stopových množstvách. Niektoré membrány živočíšnych buniek, najmä vonkajšia plazmatická membrána, obsahujú značné množstvo cholesterolu a jeho esterov (obr. 5).

Obr.5. Membránové lipidy

V súčasnosti je všeobecne akceptovaným modelom membránovej štruktúry model tekutej mozaiky, ktorý v roku 1972 navrhli S. Singer a J. Nicholson.

Podľa nej možno proteíny prirovnať k ľadovcom plávajúcim v lipidovom mori. Ako bolo uvedené vyššie, existujú 2 typy membránových proteínov: integrálne a periférne. Integrálne proteíny prenikajú cez membránu; amfipatické molekuly. Periférne proteíny neprenikajú cez membránu a sú s ňou menej pevne viazané. Hlavnou súvislou časťou membrány, teda jej matricou, je polárna lipidová dvojvrstva. Pri normálnych teplotách buniek je matrica v tekutom stave, čo je zabezpečené určitým pomerom medzi nasýtenými a nenasýtenými mastnými kyselinami v hydrofóbnych chvostoch polárnych lipidov.

Model tekutej mozaiky tiež predpokladá, že na povrchu integrálnych proteínov umiestnených v membráne sú R-skupiny aminokyselinových zvyškov (hlavne hydrofóbne skupiny, vďaka ktorým sa proteíny akoby „rozpúšťajú“ v centrálnej hydrofóbnej časti dvojvrstvy ). Zároveň sa na povrchu periférnych alebo externých proteínov nachádzajú najmä hydrofilné R-skupiny, ktoré sú priťahované k hydrofilným nabitým polárnym hlavám lipidov v dôsledku elektrostatických síl. Integrálne proteíny, medzi ktoré patria enzýmy a transportné proteíny, sú aktívne len vtedy, ak sa nachádzajú vo vnútri hydrofóbnej časti dvojvrstvy, kde nadobúdajú priestorovú konfiguráciu potrebnú na prejavenie aktivity (obr. 6). Je potrebné ešte raz zdôrazniť, že kovalentné väzby sa nevytvárajú ani medzi molekulami v dvojvrstve, ani medzi proteínmi a lipidmi dvojvrstvy.

Obr.6. Membránové proteíny

Membránové proteíny sa môžu voľne pohybovať v laterálnej rovine. Periférne proteíny doslova plávajú na povrchu dvojvrstvového „mora“, zatiaľ čo integrálne proteíny, ako napríklad ľadovce, sú takmer úplne ponorené do uhľovodíkovej vrstvy.

Z väčšej časti sú membrány asymetrické, to znamená, že majú nerovnaké strany. Táto asymetria sa prejavuje nasledovne:

· po prvé, že vnútorná a vonkajšia strana plazmatických membrán bakteriálnych a živočíšnych buniek sa líši v zložení polárnych lipidov. Napríklad vnútorná lipidová vrstva membrán ľudských červených krviniek obsahuje hlavne fosfatidyletanolamín a fosfatidylserín a vonkajšia vrstva obsahuje fosfatidylcholín a sfingomyelín.

Po druhé, niektoré transportné systémy v membránach pôsobia iba v jednom smere. Napríklad v membránach erytrocytov existuje transportný systém („pumpa“), ktorý pumpuje ióny Na + z bunky do prostredia a ióny K + do bunky v dôsledku energie uvoľnenej počas hydrolýzy ATP.

· po tretie, vonkajší povrch plazmatickej membrány obsahuje veľmi veľké množstvo oligosacharidových skupín, ktorými sú glykolipidové hlavy a oligosacharidové bočné reťazce glykoproteínov, zatiaľ čo na vnútornom povrchu plazmatickej membrány sa prakticky nenachádzajú žiadne oligosacharidové skupiny.

Asymetria biologických membrán je zachovaná vďaka tomu, že prenos jednotlivých molekúl fosfolipidov z jednej strany lipidovej dvojvrstvy na druhú je z energetických dôvodov veľmi náročný. Polárna lipidová molekula sa môže voľne pohybovať na svojej strane dvojvrstvy, ale má obmedzenú schopnosť preskočiť na druhú stranu.

Mobilita lipidov závisí od relatívneho obsahu a typu prítomných nenasýtených mastných kyselín. Uhľovodíkový charakter reťazcov mastných kyselín prepožičiava membránovým vlastnostiam tekutosť a pohyblivosť. V prítomnosti cis-nenasýtených mastných kyselín sú kohézne sily medzi reťazcami slabšie ako v prípade samotných nasýtených mastných kyselín a lipidy zostávajú vysoko mobilné aj pri nízkych teplotách.

Na vonkajšej strane membrán sú špecifické rozpoznávacie oblasti, ktorých funkciou je rozpoznávať určité molekulárne signály. Napríklad práve cez membránu niektoré baktérie vnímajú mierne zmeny v koncentrácii živiny, čo stimuluje ich pohyb smerom k zdroju potravy; tento jav sa nazýva chemotaxia.

Membrány rôznych buniek a intracelulárnych organel majú určitú špecifickosť vzhľadom na ich štruktúru, chemické zloženie a funkcie. V eukaryotických organizmoch sa rozlišujú tieto hlavné skupiny membrán:

plazmatická membrána (vonkajšia bunková membrána, plazmaléma),

· jadrová membrána,

endoplazmatické retikulum,

membrány Golgiho aparátu, mitochondrie, chloroplasty, myelínové pošvy,

excitabilné membrány.

V prokaryotických organizmoch okrem plazmatickej membrány existujú intracytoplazmatické membránové formácie v heterotrofných prokaryotoch sa nazývajú mezozómy. Posledne menované sú tvorené invagináciou vonkajšej bunkovej membrány a v niektorých prípadoch s ňou udržiavajú kontakt.

Membrána červených krviniek pozostáva z bielkovín (50 %), lipidov (40 %) a sacharidov (10 %). Väčšina sacharidov (93 %) je spojená s bielkovinami, zvyšok s lipidmi. V membráne sú lipidy usporiadané asymetricky, na rozdiel od symetrického usporiadania v micelách. Napríklad cefalín sa nachádza prevažne vo vnútornej lipidovej vrstve. Táto asymetria je zrejme zachovaná vďaka priečnemu pohybu fosfolipidov v membráne, uskutočňovanému pomocou membránových proteínov a vďaka metabolickej energii. Vnútorná vrstva erytrocytovej membrány obsahuje najmä sfingomyelín, fosfatidyletanolamín, fosfatidylserín a vonkajšia vrstva obsahuje fosfatidylcholín. Membrána červených krviniek obsahuje integrálny glykoproteín glykoforín, pozostávajúci zo 131 aminokyselinových zvyškov a prenikajúcich cez membránu, a takzvaný pás 3 proteín pozostávajúci z 900 aminokyselinových zvyškov. Sacharidové zložky glykoforínu vykonávajú funkciu receptora pre vírusy chrípky, fytohemaglutiníny a množstvo hormónov. Ďalší integrálny proteín sa našiel v membráne erytrocytov, ktorý obsahuje málo sacharidov a preniká cez membránu. Volá sa tunelový proteín(zložka a), pretože sa predpokladá, že tvorí kanál pre anióny. Periférny proteín spojený s vnútornou stranou membrány erytrocytov je spektrín.

Myelínové membrány , obklopujúce axóny neurónov, sú viacvrstvové, obsahujú veľké množstvo lipidov (asi 80 %, polovicu z nich tvoria fosfolipidy). Proteíny týchto membrán sú dôležité pre fixáciu membránových solí ležiacich na sebe.

Chloroplastové membrány. Chloroplasty sú pokryté dvojvrstvovou membránou. Vonkajšia membrána má určité podobnosti s membránou mitochondrií. Okrem tejto povrchovej membrány majú chloroplasty vnútorný membránový systém - lamely. Lamely tvoria buď sploštené vezikuly - tylakoidy, ktoré sa nad sebou zhromažďujú v balíčkoch (granas) alebo tvoria stromálny membránový systém (stromálne lamely). Lamely grana a strómy na vonkajšej strane tylakoidnej membrány sú koncentrované hydrofilné skupiny, galakto- a sulfolipidy. Fytolová časť molekuly chlorofylu je ponorená do globule a je v kontakte s hydrofóbnymi skupinami proteínov a lipidov. Porfyrínové jadrá chlorofylu sú lokalizované hlavne medzi kontaktnými membránami tylakoidov grana.

Vnútorná (cytoplazmatická) membrána baktérií jeho štruktúra je podobná vnútorným membránam chloroplastov a mitochondrií. Sú v ňom lokalizované enzýmy dýchacieho reťazca a aktívny transport; enzýmy podieľajúce sa na tvorbe membránových komponentov. Prevažujúcou zložkou bakteriálnych membrán sú proteíny: pomer proteín/lipid (hmotnostný) je 3:1. Vonkajšia membrána gramnegatívnych baktérií v porovnaní s cytoplazmatickou membránou obsahuje menšie množstvo rôznych fosfolipidov a proteínov. Obe membrány sa líšia zložením lipidov. Vonkajšia membrána obsahuje proteíny, ktoré tvoria póry na prenikanie mnohých nízkomolekulárnych látok. Charakteristickou zložkou vonkajšej membrány je aj špecifický lipopolysacharid. Množstvo vonkajších membránových proteínov slúži ako receptory pre fágy.

Vírusová membrána. Medzi vírusmi sú membránové štruktúry charakteristické pre tie, ktoré obsahujú nukleokapsid, ktorý pozostáva z proteínu a nukleovej kyseliny. Toto „jadro“ vírusov je obklopené membránou (obálkou). Pozostáva tiež z lipidovej dvojvrstvy so zabudovanými glykoproteínmi umiestnenými hlavne na povrchu membrány. V mnohých vírusoch (mikrovírusoch) je 70-80 % všetkých proteínov obsiahnutých v membránach, zvyšné proteíny sú obsiahnuté v nukleokapside.

Bunkové membrány sú teda veľmi zložité štruktúry; ich molekulárne komplexy tvoria usporiadanú dvojrozmernú mozaiku, ktorá dodáva povrchu membrány biologickú špecifickosť.

Vonkajšia časť bunky je pokrytá plazmatickou membránou (alebo vonkajšou bunkovou membránou) s hrúbkou asi 6-10 nm.

Bunková membrána je hustý film proteínov a lipidov (hlavne fosfolipidov). Molekuly lipidov sú usporiadané usporiadane - kolmo na povrch, v dvoch vrstvách tak, že ich časti, ktoré intenzívne interagujú s vodou (hydrofilné), smerujú smerom von a ich časti inertné voči vode (hydrofóbne) smerujú dovnútra.

Proteínové molekuly sú umiestnené v nespojitej vrstve na povrchu lipidového rámca na oboch stranách. Niektoré z nich sú ponorené do lipidovej vrstvy a niektoré ňou prechádzajú a vytvárajú oblasti priepustné pre vodu. Tieto proteíny plnia rôzne funkcie – niektoré z nich sú enzýmy, iné transportné proteíny podieľajúce sa na prenose určitých látok z prostredia do cytoplazmy a opačným smerom.

Základné funkcie bunkovej membrány

Jednou z hlavných vlastností biologických membrán je selektívna permeabilita (semipermeabilita)- niektoré látky cez ne prechádzajú ťažko, iné ľahko a dokonca smerom k vyšším koncentráciám U väčšiny buniek je teda koncentrácia iónov Na vo vnútri výrazne nižšia ako v prostredí. Opačný vzťah je typický pre ióny K: ich koncentrácia vo vnútri bunky je vyššia ako vonku. Preto ióny Na majú vždy tendenciu prenikať do bunky a ióny K majú vždy tendenciu vystupovať. Vyrovnaniu koncentrácií týchto iónov bráni prítomnosť špeciálneho systému v membráne, ktorý hrá úlohu pumpy, ktorá pumpuje Na ióny von z bunky a súčasne pumpuje K ióny dovnútra.

Tendencia Na iónov pohybovať sa zvonku dovnútra sa využíva na transport cukrov a aminokyselín do bunky. Aktívnym odstraňovaním iónov Na z bunky sa vytvárajú podmienky pre vstup glukózy a aminokyselín do bunky.

V mnohých bunkách sú látky absorbované aj fagocytózou a pinocytózou. O fagocytóza pružná vonkajšia membrána tvorí malú priehlbinu, do ktorej zachytená častica padá. Toto vybranie sa zväčšuje a častica je obklopená časťou vonkajšej membrány a je ponorená do cytoplazmy bunky. Fenomén fagocytózy je charakteristický pre améby a niektoré ďalšie prvoky, ako aj leukocyty (fagocyty). Bunky absorbujú tekutiny obsahujúce látky potrebné pre bunku podobným spôsobom. Tento jav bol tzv pinocytóza.

Vonkajšie membrány rôznych buniek sa výrazne líšia v chemickom zložení ich proteínov a lipidov, ako aj v ich relatívnom obsahu. Práve tieto vlastnosti určujú rozmanitosť fyziologickej aktivity membrán rôznych buniek a ich úlohu v živote buniek a tkanív.

Endoplazmatické retikulum bunky je spojené s vonkajšou membránou. Pomocou vonkajších membrán sa uskutočňujú rôzne typy medzibunkových kontaktov, t.j. komunikácia medzi jednotlivými bunkami.

Mnoho typov buniek je charakterizovaných prítomnosťou veľkého počtu výbežkov, záhybov a mikroklkov na ich povrchu. Prispievajú jednak k výraznému zväčšeniu povrchu buniek a zlepšeniu metabolizmu, ako aj k pevnejšiemu prepojeniu jednotlivých buniek medzi sebou.

Rastlinné bunky majú na vonkajšej strane bunkovej membrány hrubé membrány, dobre viditeľné pod optickým mikroskopom, pozostávajúce z vlákna (celulózy). Vytvárajú silnú oporu pre rastlinné pletivá (drevo).

Niektoré živočíšne bunky majú tiež množstvo vonkajších štruktúr umiestnených na vrchnej časti bunkovej membrány a majú ochranný charakter. Príkladom je chitín integumentárnych buniek hmyzu.

Funkcie bunkovej membrány (stručne)

Bunková membrána

Obrázok bunkovej membrány. Malé modré a biele guľôčky zodpovedajú hydrofóbnym „hlavičkám“ fosfolipidov a k nim pripojené čiary zodpovedajú hydrofilným „chvostom“. Obrázok ukazuje iba integrálne membránové proteíny (červené guľôčky a žlté helixy). Žlté oválne bodky vo vnútri membrány - molekuly cholesterolu Žltozelené reťazce guľôčok na vonkajšej strane membrány - reťazce oligosacharidov tvoriacich glykokalyx

Biologická membrána tiež zahŕňa rôzne proteíny: integrálne (prenikajúce cez membránu), semiintegrálne (ponorené na jednom konci vo vonkajšej alebo vnútornej lipidovej vrstve), povrchové (umiestnené na vonkajšej strane alebo priľahlé k vnútorným stranám membrány). Niektoré proteíny sú bodmi kontaktu medzi bunkovou membránou a cytoskeletom vo vnútri bunky a bunkovou stenou (ak existuje) vonku. Niektoré z integrálnych proteínov fungujú ako iónové kanály, rôzne transportéry a receptory.

Funkcie

• bariéra - zabezpečuje regulovaný, selektívny, pasívny a aktívny metabolizmus s okolím. Napríklad peroxizómová membrána chráni cytoplazmu pred peroxidmi, ktoré sú pre bunku nebezpečné. Selektívna permeabilita znamená, že priepustnosť membrány pre rôzne atómy alebo molekuly závisí od ich veľkosti, elektrického náboja a chemických vlastností. Selektívna permeabilita zabezpečuje oddelenie bunky a bunkových kompartmentov od prostredia a zásobovanie potrebnými látkami.
• transport - transport látok do bunky a z bunky prebieha cez membránu. Transport cez membrány zabezpečuje: dodávanie živín, odstraňovanie konečných produktov metabolizmu, sekréciu rôznych látok, vytváranie iónových gradientov, udržiavanie optimálnych koncentrácií iónov v bunke, ktoré sú potrebné pre fungovanie bunkových enzýmov.
  Častice, ktoré z akéhokoľvek dôvodu nie sú schopné prejsť cez fosfolipidovú dvojvrstvu (napríklad kvôli hydrofilným vlastnostiam, keďže membrána vo vnútri je hydrofóbna a neprepúšťa hydrofilné látky, alebo kvôli ich veľkej veľkosti), ale sú pre bunku nevyhnutné. , môže preniknúť membránou cez špeciálne nosné proteíny (transportéry) a kanálové proteíny alebo endocytózou.
  Pri pasívnom transporte látky prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu bez toho, aby vynaložili energiu pozdĺž koncentračného gradientu difúziou. Variantom tohto mechanizmu je uľahčená difúzia, pri ktorej špecifická molekula pomáha látke prejsť cez membránu. Táto molekula môže mať kanál, ktorý umožňuje prechod iba jedného typu látky.
  Aktívny transport vyžaduje energiu, pretože sa vyskytuje proti koncentračnému gradientu. Na membráne sú špeciálne pumpové proteíny vrátane ATPázy, ktorá aktívne pumpuje draselné ióny (K+) do bunky a pumpuje z nej sodíkové ióny (Na+).
• matrica - zabezpečuje určitú relatívnu polohu a orientáciu membránových proteínov, ich optimálnu interakciu.
• mechanická - zabezpečuje autonómiu bunky, jej vnútrobunkových štruktúr, ako aj spojenie s inými bunkami (v tkanivách). Bunkové steny zohrávajú hlavnú úlohu pri zabezpečovaní mechanickej funkcie a u zvierat medzibunková látka.
• energia - pri fotosyntéze v chloroplastoch a bunkovom dýchaní v mitochondriách fungujú v ich membránach systémy prenosu energie, na ktorých sa podieľajú aj bielkoviny;
• receptor - niektoré proteíny umiestnené v membráne sú receptory (molekuly, pomocou ktorých bunka vníma určité signály).
  Napríklad hormóny cirkulujúce v krvi pôsobia len na cieľové bunky, ktoré majú receptory zodpovedajúce týmto hormónom. Neurotransmitery (chemické látky, ktoré zabezpečujú vedenie nervových vzruchov) sa tiež viažu na špeciálne receptorové proteíny v cieľových bunkách.
• enzymatické - membránové proteíny sú často enzýmy. Napríklad plazmatické membrány buniek črevného epitelu obsahujú tráviace enzýmy.
• realizácia tvorby a vedenia biopotenciálov.
  Pomocou membrány sa v bunke udržiava konštantná koncentrácia iónov: koncentrácia iónu K+ vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia Na+ je oveľa nižšia, čo je veľmi dôležité, pretože to zaisťuje udržiavanie rozdielu potenciálov na membráne a generovanie nervového impulzu.
• bunkové značenie – na membráne sú antigény, ktoré fungujú ako markery – „štítky“, ktoré umožňujú bunku identifikovať. Sú to glykoproteíny (to znamená proteíny s rozvetvenými oligosacharidovými bočnými reťazcami, ktoré sú k nim pripojené), ktoré zohrávajú úlohu „antén“. Kvôli nespočetným konfiguráciám postranných reťazcov je možné vytvoriť špecifický marker pre každý typ bunky. Pomocou markerov môžu bunky rozpoznať iné bunky a konať v zhode s nimi, napríklad pri tvorbe orgánov a tkanív. To tiež umožňuje imunitnému systému rozpoznať cudzie antigény.

Štruktúra a zloženie biomembrán

Membrány sa skladajú z troch tried lipidov: fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol. Fosfolipidy a glykolipidy (lipidy s pripojenými sacharidmi) pozostávajú z dvoch dlhých hydrofóbnych uhľovodíkových koncov, ktoré sú spojené s nabitou hydrofilnou hlavou. Cholesterol dodáva membráne tuhosť tým, že zaberá voľný priestor medzi hydrofóbnymi koncami lipidov a bráni ich ohýbaniu. Preto sú membrány s nízkym obsahom cholesterolu pružnejšie a membrány s vysokým obsahom cholesterolu sú pevnejšie a krehkejšie. Cholesterol slúži aj ako „zátka“, ktorá bráni pohybu polárnych molekúl z bunky do bunky. Dôležitú časť membrány tvoria proteíny, ktoré do nej prenikajú a sú zodpovedné za rôzne vlastnosti membrán. Ich zloženie a orientácia sa v rôznych membránach líšia.

Bunkové membrány sú často asymetrické, to znamená, že vrstvy sa líšia zložením lipidov, prechodom jednotlivej molekuly z jednej vrstvy do druhej (tzv. žabky) je ťažké.

Membránové organely

Sú to uzavreté jednotlivé alebo vzájomne prepojené úseky cytoplazmy, oddelené od hyaloplazmy membránami. Jednomembránové organely zahŕňajú endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy, vakuoly, peroxizómy; na dvojité membrány - jadro, mitochondrie, plastidy. Štruktúra membrán rôznych organel sa líši v zložení lipidov a membránových proteínov.

Selektívna priepustnosť

Bunkové membrány majú selektívnu permeabilitu: glukóza, aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerol a ióny cez ne pomaly difundujú a samotné membrány tento proces do určitej miery aktívne regulujú – niektoré látky prechádzajú, iné nie. Existujú štyri hlavné mechanizmy na vstup látok do bunky alebo ich odstránenie z bunky von: difúzia, osmóza, aktívny transport a exo- alebo endocytóza. Prvé dva procesy sú pasívnej povahy, to znamená, že nevyžadujú výdaj energie; posledné dva sú aktívne procesy spojené so spotrebou energie.

Selektívna permeabilita membrány počas pasívneho transportu je spôsobená špeciálnymi kanálmi - integrálnymi proteínmi. Prenikajú cez membránu a vytvárajú akýsi priechod. Prvky K, Na a Cl majú svoje vlastné kanály. Vo vzťahu ku koncentračnému gradientu sa molekuly týchto prvkov pohybujú dovnútra a von z bunky. Pri podráždení sa kanály sodíkových iónov otvoria a dôjde k náhlemu prílevu iónov sodíka do bunky. V tomto prípade dochádza k nerovnováhe membránového potenciálu. Potom sa obnoví membránový potenciál. Draslíkové kanály sú vždy otvorené, čo umožňuje iónom draslíka pomaly vstúpiť do bunky.

pozri tiež

Literatúra

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Lipidové membrány počas fázových prechodov. - M.: Veda, 1994.
• Gennis R. Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcie: preklad z angličtiny. = Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcia (Robert B. Gennis). - 1. vydanie. - M.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V. G., Berestovskij T. N. Lipidová dvojvrstva biologických membrán. - M.: Nauka, 1982.
• Rubin A.B. Biofyzika, učebnica v 2 zv. - 3. vydanie, opravené a rozšírené. - M.: Moskovské univerzitné vydavateľstvo, 2004. -

Obrázok bunkovej membrány. Malé modré a biele guľôčky zodpovedajú hydrofilným hlavám lipidov a k nim pripojené čiary zodpovedajú hydrofóbnym chvostom. Obrázok ukazuje iba integrálne membránové proteíny (červené guľôčky a žlté helixy). Žlté oválne bodky vo vnútri membrány - molekuly cholesterolu Žltozelené reťazce guľôčok na vonkajšej strane membrány - reťazce oligosacharidov tvoriacich glykokalyx

Biologická membrána tiež zahŕňa rôzne proteíny: integrálne (prenikajúce cez membránu), semiintegrálne (ponorené na jednom konci vo vonkajšej alebo vnútornej lipidovej vrstve), povrchové (umiestnené na vonkajšej strane alebo priľahlé k vnútorným stranám membrány). Niektoré proteíny sú bodmi kontaktu medzi bunkovou membránou a cytoskeletom vo vnútri bunky a bunkovou stenou (ak existuje) vonku. Niektoré z integrálnych proteínov fungujú ako iónové kanály, rôzne transportéry a receptory.

Funkcie biomembrán

• bariéra - zabezpečuje regulovaný, selektívny, pasívny a aktívny metabolizmus s okolím. Napríklad peroxizómová membrána chráni cytoplazmu pred peroxidmi, ktoré sú pre bunku nebezpečné. Selektívna permeabilita znamená, že priepustnosť membrány pre rôzne atómy alebo molekuly závisí od ich veľkosti, elektrického náboja a chemických vlastností. Selektívna permeabilita zabezpečuje oddelenie bunky a bunkových kompartmentov od prostredia a zásobovanie potrebnými látkami.

• transport - transport látok do bunky a z bunky prebieha cez membránu. Transport cez membrány zabezpečuje: dodávanie živín, odstraňovanie konečných produktov metabolizmu, sekréciu rôznych látok, vytváranie iónových gradientov, udržiavanie vhodného pH a koncentrácie iónov v bunke, ktoré sú potrebné pre fungovanie bunkových enzýmov.

Častice, ktoré z nejakého dôvodu nie sú schopné prejsť cez fosfolipidovú dvojvrstvu (napríklad kvôli hydrofilným vlastnostiam, keďže membrána vo vnútri je hydrofóbna a neprepúšťa hydrofilné látky, alebo kvôli ich veľkým rozmerom), ale sú nevyhnutné pre bunka, môže preniknúť cez membránu cez špeciálne nosné proteíny (transportéry) a kanálové proteíny alebo endocytózou.

Počas pasívneho transportu látky prechádzajú cez lipidovú dvojvrstvu bez spotreby energie, difúziou. Variantom tohto mechanizmu je uľahčená difúzia, pri ktorej špecifická molekula pomáha látke prejsť cez membránu. Táto molekula môže mať kanál, ktorý umožňuje prechod iba jedného typu látky.

Aktívny transport vyžaduje energiu, pretože sa vyskytuje proti koncentračnému gradientu. Na membráne sú špeciálne pumpové proteíny vrátane ATPázy, ktorá aktívne pumpuje draselné ióny (K+) do bunky a pumpuje z nej sodíkové ióny (Na+).

• matrica - zabezpečuje určitú relatívnu polohu a orientáciu membránových proteínov, ich optimálnu interakciu;

• mechanická - zabezpečuje autonómiu bunky, jej vnútrobunkových štruktúr, ako aj spojenie s inými bunkami (v tkanivách). Bunkové steny zohrávajú hlavnú úlohu pri zabezpečovaní mechanickej funkcie a u zvierat medzibunková látka.

• energia - pri fotosyntéze v chloroplastoch a bunkovom dýchaní v mitochondriách fungujú v ich membránach systémy prenosu energie, na ktorých sa podieľajú aj bielkoviny;

• receptor - niektoré proteíny umiestnené v membráne sú receptory (molekuly, pomocou ktorých bunka vníma určité signály).

Napríklad hormóny cirkulujúce v krvi pôsobia len na cieľové bunky, ktoré majú receptory zodpovedajúce týmto hormónom. Neurotransmitery (chemické látky, ktoré zabezpečujú vedenie nervových vzruchov) sa tiež viažu na špeciálne receptorové proteíny v cieľových bunkách.

• enzymatické - membránové proteíny sú často enzýmy. Napríklad plazmatické membrány buniek črevného epitelu obsahujú tráviace enzýmy.

• realizácia tvorby a vedenia biopotenciálov.

Pomocou membrány sa v bunke udržiava konštantná koncentrácia iónov: koncentrácia iónu K+ vo vnútri bunky je oveľa vyššia ako vonku a koncentrácia Na+ je oveľa nižšia, čo je veľmi dôležité, pretože to zaisťuje udržiavanie rozdielu potenciálov na membráne a generovanie nervového impulzu.

• bunkové značenie – na membráne sú antigény, ktoré fungujú ako markery – „štítky“, ktoré umožňujú bunku identifikovať. Sú to glykoproteíny (to znamená proteíny s rozvetvenými oligosacharidovými bočnými reťazcami, ktoré sú k nim pripojené), ktoré zohrávajú úlohu „antén“. Kvôli nespočetným konfiguráciám postranných reťazcov je možné vytvoriť špecifický marker pre každý typ bunky. Pomocou markerov môžu bunky rozpoznať iné bunky a konať v zhode s nimi, napríklad pri tvorbe orgánov a tkanív. To tiež umožňuje imunitnému systému rozpoznať cudzie antigény.

Štruktúra a zloženie biomembrán

Membrány sa skladajú z troch tried lipidov: fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol. Fosfolipidy a glykolipidy (lipidy s pripojenými sacharidmi) pozostávajú z dvoch dlhých hydrofóbnych uhľovodíkových koncov, ktoré sú spojené s nabitou hydrofilnou hlavou. Cholesterol dodáva membráne tuhosť tým, že zaberá voľný priestor medzi hydrofóbnymi koncami lipidov a bráni ich ohýbaniu. Preto sú membrány s nízkym obsahom cholesterolu pružnejšie a membrány s vysokým obsahom cholesterolu sú pevnejšie a krehkejšie. Cholesterol slúži aj ako „zátka“, ktorá bráni pohybu polárnych molekúl z bunky do bunky. Dôležitú časť membrány tvoria proteíny, ktoré do nej prenikajú a sú zodpovedné za rôzne vlastnosti membrán. Ich zloženie a orientácia sa v rôznych membránach líšia.

Bunkové membrány sú často asymetrické, to znamená, že vrstvy sa líšia zložením lipidov, prechodom jednotlivej molekuly z jednej vrstvy do druhej (tzv. žabky) je ťažké.

Membránové organely

Sú to uzavreté jednotlivé alebo vzájomne prepojené úseky cytoplazmy, oddelené od hyaloplazmy membránami. Jednomembránové organely zahŕňajú endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát, lyzozómy, vakuoly, peroxizómy; na dvojité membrány - jadro, mitochondrie, plastidy. Vonkajšia časť bunky je ohraničená takzvanou plazmatickou membránou. Štruktúra membrán rôznych organel sa líši v zložení lipidov a membránových proteínov.

Selektívna priepustnosť

Bunkové membrány majú selektívnu permeabilitu: glukóza, aminokyseliny, mastné kyseliny, glycerol a ióny cez ne pomaly difundujú a samotné membrány tento proces do určitej miery aktívne regulujú – niektoré látky prechádzajú, iné nie. Existujú štyri hlavné mechanizmy na vstup látok do bunky alebo ich odstránenie z bunky von: difúzia, osmóza, aktívny transport a exo- alebo endocytóza. Prvé dva procesy sú pasívnej povahy, to znamená, že nevyžadujú výdaj energie; posledné dva sú aktívne procesy spojené so spotrebou energie.

Selektívna permeabilita membrány počas pasívneho transportu je spôsobená špeciálnymi kanálmi - integrálnymi proteínmi. Prenikajú cez membránu a vytvárajú určitý druh priechodu. Prvky K, Na a Cl majú svoje vlastné kanály. Vo vzťahu ku koncentračnému gradientu sa molekuly týchto prvkov pohybujú dovnútra a von z bunky. Pri podráždení sa kanály sodíkových iónov otvoria a dôjde k náhlemu prílevu iónov sodíka do bunky. V tomto prípade dochádza k nerovnováhe membránového potenciálu. Potom sa obnoví membránový potenciál. Draslíkové kanály sú vždy otvorené, čo umožňuje iónom draslíka pomaly vstúpiť do bunky.

Odkazy

• Bruce Alberts a kol. Molekulárna biológia bunky. - 5. vyd. - New York: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - učebnica molekulárnej biológie v angličtine. Jazyk

• Rubin A.B. Biofyzika, učebnica v 2 zv. . - 3. vydanie, opravené a rozšírené. - Moskva: Moskovské univerzitné vydavateľstvo, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

• Gennis R. Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcie: preklad z angličtiny. = Biomembrány. Molekulárna štruktúra a funkcia (Robert B. Gennis). - 1. vydanie. - Moskva: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

• Ivanov V.G., Berestovský T.N. Lipidová dvojvrstva biologických membrán. - Moskva: Veda, 1982.

• Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Lipidové membrány počas fázových prechodov. - Moskva: Veda, 1994.

pozri tiež

• Vladimirov Yu A., Poškodenie komponentov biologických membrán počas patologických procesov

Nadácia Wikimedia. 2010.

Bunka- samoregulačná stavebná a funkčná jednotka tkanív a orgánov. Bunkovú teóriu štruktúry orgánov a tkanív vypracovali Schleiden a Schwann v roku 1839. Následne sa pomocou elektrónovej mikroskopie a ultracentrifugácie podarilo objasniť štruktúru všetkých hlavných organel živočíšnych a rastlinných buniek (obr. 1).

Ryža. 1. Schéma stavby živočíšnej bunky

Hlavnými časťami bunky sú cytoplazma a jadro. Každá bunka je obklopená veľmi tenkou membránou, ktorá obmedzuje jej obsah.

Bunková membrána je tzv plazmatická membrána a vyznačuje sa selektívnou permeabilitou. Táto vlastnosť umožňuje potrebným živinám a chemickým prvkom preniknúť do bunky a nadbytočným produktom ju opustiť. Plazmatická membrána pozostáva z dvoch vrstiev lipidových molekúl obsahujúcich špecifické proteíny. Hlavnými membránovými lipidmi sú fosfolipidy. Obsahujú fosfor, polárnu hlavu a dva nepolárne chvosty mastných kyselín s dlhým reťazcom. Membránové lipidy zahŕňajú cholesterol a cholesterylestery. V súlade s modelom štruktúry tekutej mozaiky obsahujú membrány inklúzie proteínových a lipidových molekúl, ktoré sa môžu miešať vzhľadom na dvojvrstvu. Každý typ membrány akejkoľvek živočíšnej bunky má svoje vlastné relatívne konštantné zloženie lipidov.

Membránové proteíny sú rozdelené do dvoch typov podľa ich štruktúry: integrálne a periférne. Periférne proteíny môžu byť odstránené z membrány bez jej zničenia. Existujú štyri typy membránových proteínov: transportné proteíny, enzýmy, receptory a štrukturálne proteíny. Niektoré membránové proteíny majú enzymatickú aktivitu, iné viažu určité látky a uľahčujú ich transport do bunky. Proteíny poskytujú niekoľko ciest pre pohyb látok cez membrány: tvoria veľké póry pozostávajúce z niekoľkých proteínových podjednotiek, ktoré umožňujú pohyb molekúl vody a iónov medzi bunkami; tvoria iónové kanály špecializované na pohyb určitých typov iónov cez membránu za určitých podmienok. Štrukturálne proteíny sú spojené s vnútornou lipidovou vrstvou a poskytujú cytoskelet bunky. Cytoskelet poskytuje mechanickú pevnosť bunkovej membrány. V rôznych membránach tvoria proteíny 20 až 80 % hmoty. Membránové proteíny sa môžu voľne pohybovať v laterálnej rovine.

Membrána tiež obsahuje sacharidy, ktoré sa môžu kovalentne viazať na lipidy alebo proteíny. Existujú tri typy membránových sacharidov: glykolipidy (gangliozidy), glykoproteíny a proteoglykány. Väčšina membránových lipidov je v tekutom stave a má určitú tekutosť, t.j. schopnosť prechádzať z jednej oblasti do druhej. Na vonkajšej strane membrány sú receptorové miesta, ktoré viažu rôzne hormóny. Iné špecifické oblasti membrány nedokážu rozpoznať a viazať určité proteíny a rôzne biologicky aktívne zlúčeniny, ktoré sú pre tieto bunky cudzie.

Vnútorný priestor bunky je vyplnený cytoplazmou, v ktorej prebieha väčšina enzýmovo katalyzovaných reakcií bunkového metabolizmu. Cytoplazma pozostáva z dvoch vrstiev: vnútornej, nazývanej endoplazma, a periférnej, ektoplazmy, ktorá má vysokú viskozitu a je bez granúl. Cytoplazma obsahuje všetky zložky bunky alebo organely. Najdôležitejšie z bunkových organel sú endoplazmatické retikulum, ribozómy, mitochondrie, Golgiho aparát, lyzozómy, mikrofilamenty a mikrotubuly, peroxizómy.

Endoplazmatické retikulum je systém vzájomne prepojených kanálov a dutín, ktoré prenikajú celou cytoplazmou. Zabezpečuje transport látok z prostredia a vnútri buniek. Endoplazmatické retikulum tiež slúži ako depot pre intracelulárne ióny Ca 2+ a slúži ako hlavné miesto syntézy lipidov v bunke.

ribozómy - mikroskopické sférické častice s priemerom 10-25 nm. Ribozómy sú voľne umiestnené v cytoplazme alebo sú pripojené k vonkajšiemu povrchu membrán endoplazmatického retikula a jadrovej membrány. Interagujú s messengerovou a transportnou RNA a dochádza v nich k syntéze bielkovín. Syntetizujú proteíny, ktoré vstupujú do cisterien alebo Golgiho aparátu a potom sa uvoľňujú von. Ribozómy, voľne umiestnené v cytoplazme, syntetizujú proteín na použitie samotnou bunkou a ribozómy spojené s endoplazmatickým retikulom produkujú proteín, ktorý sa vylučuje z bunky. Ribozómy syntetizujú rôzne funkčné proteíny: nosné proteíny, enzýmy, receptory, cytoskeletálne proteíny.

Golgiho aparát tvorené systémom tubulov, cisterien a vezikúl. Je spojená s endoplazmatickým retikulom a biologicky aktívne látky, ktoré sem vstupujú, sú uložené v zhutnenej forme v sekrečných vezikulách. Tie sa neustále oddeľujú od Golgiho aparátu, transportujú sa do bunkovej membrány a spájajú sa s ňou a látky obsiahnuté vo vezikulách sa z bunky odstraňujú procesom exocytózy.

lyzozómy -častice obklopené membránou s veľkosťou 0,25-0,8 mikrónu. Obsahujú množstvo enzýmov, ktoré sa podieľajú na rozklade bielkovín, polysacharidov, tukov, nukleových kyselín, baktérií a buniek.

Peroxizómy tvorené z hladkého endoplazmatického retikula, pripomínajú lyzozómy a obsahujú enzýmy, ktoré katalyzujú rozklad peroxidu vodíka, ktorý sa vplyvom peroxidáz a katalázy rozkladá.

Mitochondrie obsahujú vonkajšie a vnútorné membrány a sú „energetickou stanicou“ bunky. Mitochondrie sú okrúhle alebo predĺžené štruktúry s dvojitou membránou. Vnútorná membrána tvorí záhyby vyčnievajúce do mitochondrií – cristae. Prebieha v nich syntéza ATP, dochádza k oxidácii substrátov Krebsovho cyklu a k mnohým biochemickým reakciám. Molekuly ATP produkované v mitochondriách difundujú do všetkých častí bunky. Mitochondrie obsahujú malé množstvo DNA, RNA a ribozómov a za ich účasti dochádza k obnove a syntéze nových mitochondrií.

Mikrovlákna Sú to tenké proteínové vlákna pozostávajúce z myozínu a aktínu a tvoria kontraktilný aparát bunky. Mikrofilamenty sa podieľajú na tvorbe záhybov alebo výbežkov bunkovej membrány, ako aj na pohybe rôznych štruktúr v bunkách.

Mikrotubuly tvoria základ cytoskeletu a poskytujú jeho pevnosť. Cytoskelet dáva bunkám ich charakteristický vzhľad a tvar a slúži ako miesto pre pripojenie intracelulárnych organel a rôznych teliesok. V nervových bunkách sa zväzky mikrotubulov podieľajú na transporte látok z bunkového tela na konce axónov. S ich účasťou funguje mitotické vreteno počas bunkového delenia. Zohrávajú úlohu motorických prvkov v klkoch a bičíkoch v eukaryotoch.

Core je hlavnou štruktúrou bunky, podieľa sa na prenose dedičných vlastností a na syntéze bielkovín. Jadro je obklopené jadrovou membránou obsahujúcou veľa jadrových pórov, cez ktoré dochádza k výmene rôznych látok medzi jadrom a cytoplazmou. V jeho vnútri sa nachádza jadierko. Bola preukázaná dôležitá úloha jadierka pri syntéze ribozomálnych RNA a histónových proteínov. Zvyšné časti jadra obsahujú chromatín, pozostávajúci z DNA, RNA a množstva špecifických proteínov.

Funkcie bunkovej membrány

Bunkové membrány hrajú kľúčovú úlohu v regulácii intracelulárneho a medzibunkového metabolizmu. Majú selektívnu priepustnosť. Ich špecifická štruktúra im umožňuje zabezpečovať bariérové, transportné a regulačné funkcie.

Bariérová funkcia sa prejavuje obmedzením prieniku zlúčenín rozpustených vo vode cez membránu. Membrána je nepriepustná pre veľké molekuly bielkovín a organické anióny.

Regulačná funkcia membrán je regulovať vnútrobunkový metabolizmus v reakcii na chemické, biologické a mechanické vplyvy. Špeciálne membránové receptory vnímajú rôzne vplyvy s následnou zmenou aktivity enzýmov.

Transportná funkcia cez biologické membrány môže prebiehať pasívne (difúzia, filtrácia, osmóza) alebo pomocou aktívneho transportu.

Difúzia - pohyb plynu alebo rozpustnej látky pozdĺž koncentračného a elektrochemického gradientu. Rýchlosť difúzie závisí od permeability bunkovej membrány, ako aj koncentračného gradientu pre nenabité častice a elektrického a koncentračného gradientu pre nabité častice. Jednoduchá difúzia sa vyskytuje cez lipidovú dvojvrstvu alebo cez kanály. Nabité častice sa pohybujú podľa elektrochemického gradientu a nenabité častice sa pohybujú podľa chemického gradientu. Jednoduchou difúziou prenikajú cez lipidovú vrstvu membrány napríklad kyslík, steroidné hormóny, močovina, alkohol atď. Cez kanály sa pohybujú rôzne ióny a častice. Iónové kanály sú tvorené proteínmi a delia sa na hradlové a negované kanály. V závislosti od selektivity sa rozlišuje medzi iónovo selektívnymi káblami, ktoré prepúšťajú iba jeden ión, a kanálmi, ktoré selektivitu nemajú. Kanály majú otvor a selektívny filter a riadené kanály majú mechanizmus hradla.

Uľahčená difúzia - proces, pri ktorom sú látky transportované cez membránu pomocou špeciálnych membránových transportných proteínov. Týmto spôsobom prenikajú aminokyseliny a monosacharidy do bunky. Tento typ prepravy prebieha veľmi rýchlo.

Osmóza - pohyb vody cez membránu z roztoku s nižším do roztoku s vyšším osmotickým tlakom.

Aktívna doprava - transport látok proti koncentračnému gradientu pomocou transportných ATPáz (iónových púmp). K tomuto prenosu dochádza pri výdaji energie.

Vo väčšom rozsahu boli študované Na+/K+-, Ca2+- a H+-čerpadlá. Čerpadlá sú umiestnené na bunkových membránach.

Typ aktívneho transportu je endocytóza A exocytóza. Pomocou týchto mechanizmov sa transportujú väčšie látky (proteíny, polysacharidy, nukleové kyseliny), ktoré nie je možné transportovať cez kanály. Tento transport je bežnejší v črevných epiteliálnych bunkách, renálnych tubuloch a vaskulárnom endoteli.

O Pri endocytóze tvoria bunkové membrány invaginácie do bunky, ktoré sa po uvoľnení premenia na vezikuly. Pri exocytóze sa vezikuly s obsahom prenesú na bunkovú membránu a splynú s ňou a obsah vezikúl sa uvoľní do extracelulárneho prostredia.

Štruktúra a funkcie bunkovej membrány

Aby ste pochopili procesy, ktoré zabezpečujú existenciu elektrických potenciálov v živých bunkách, musíte najprv pochopiť štruktúru bunkovej membrány a jej vlastnosti.

V súčasnosti je najviac akceptovaný tekutý mozaikový model membrány, ktorý navrhli S. Singer a G. Nicholson v roku 1972. Základom membrány je dvojitá vrstva fosfolipidov (dvojvrstva), hydrofóbne fragmenty molekuly sú ponorené do hrúbky membrány a polárne hydrofilné skupiny sú orientované smerom von, tie. do okolitého vodného prostredia (obr. 2).

Membránové proteíny sú lokalizované na povrchu membrány alebo môžu byť zapustené do rôznych hĺbok v hydrofóbnej zóne. Niektoré proteíny preklenujú membránu a rôzne hydrofilné skupiny toho istého proteínu sa nachádzajú na oboch stranách bunkovej membrány. Proteíny nachádzajúce sa v plazmatickej membráne zohrávajú veľmi dôležitú úlohu: podieľajú sa na tvorbe iónových kanálov, zohrávajú úlohu membránových púmp a transportérov rôznych látok a môžu plniť aj funkciu receptora.

Hlavné funkcie bunkovej membrány: bariérová, transportná, regulačná, katalytická.

Bariérovou funkciou je obmedzenie difúzie vo vode rozpustných zlúčenín cez membránu, čo je nevyhnutné na ochranu buniek pred cudzími, toxickými látkami a na udržanie relatívne konštantného obsahu rôznych látok vo vnútri buniek. Bunková membrána teda môže spomaliť difúziu rôznych látok 100 000-10 000 000 krát.

Ryža. 2. Trojrozmerný diagram modelu kvapalinovej mozaiky Singer-Nicholsonovej membrány

Sú znázornené globulárne integrálne proteíny vložené do lipidovej dvojvrstvy. Niektoré proteíny sú iónové kanály, iné (glykoproteíny) obsahujú oligosacharidové bočné reťazce, ktoré sa podieľajú na rozpoznávaní buniek medzi sebou a v medzibunkovom tkanive. Molekuly cholesterolu tesne priliehajú k hlavám fosfolipidov a fixujú priľahlé časti „chvostov“. Vnútorné časti chvostov fosfolipidovej molekuly nie sú obmedzené vo svojom pohybe a sú zodpovedné za tekutosť membrány (Bretscher, 1985)

Membrána obsahuje kanály, cez ktoré prenikajú ióny. Kanály môžu byť závislé od napätia alebo nezávislé od potenciálu. Kanály závislé od napätia otvorené, keď sa potenciálny rozdiel zmení, a potenciálne nezávislý(hormonálne regulované) sa otvárajú pri interakcii receptorov s látkami. Kanály je možné otvárať alebo zatvárať vďaka bránam. V membráne sú zabudované dva typy brán: aktivácia(hlboko v kanáli) a inaktivácia(na povrchu kanála). Brána môže byť v jednom z troch stavov:

• otvorený stav (oba typy brán sú otvorené);
• zatvorený stav (aktivačná brána zatvorená);
• stav deaktivácie (brána inaktivácie zatvorená).

Ďalšou charakteristickou črtou membrán je schopnosť selektívne transportovať anorganické ióny, živiny a rôzne metabolické produkty. Existujú systémy pasívneho a aktívneho prenosu (transportu) látok. Pasívne transport prebieha cez iónové kanály s pomocou alebo bez pomoci nosných proteínov a jeho hnacou silou je rozdiel v elektrochemickom potenciáli iónov medzi intra- a extracelulárnym priestorom. Selektivita iónových kanálov je určená jeho geometrickými parametrami a chemickou povahou skupín lemujúcich steny kanála a jeho ústia.

V súčasnosti sú najviac preštudované kanály, ktoré sú selektívne priepustné pre ióny Na+, K+, Ca2+ a tiež pre vodu (tzv. aquaporíny). Priemer iónových kanálov je podľa rôznych štúdií 0,5-0,7 nm. Kapacita kanála sa môže meniť cez jeden iónový kanál;

Aktívne transport prebieha s vynaložením energie a je realizovaný takzvanými iónovými pumpami. Iónové pumpy sú molekulárne proteínové štruktúry vložené do membrány, ktoré transportujú ióny smerom k vyššiemu elektrochemickému potenciálu.

Čerpadlá pracujú s využitím energie hydrolýzy ATP. V súčasnosti sa používajú Na+/K+ - ATPáza, Ca 2+ - ATPáza, H + - ATPáza, H + /K + - ATPáza, Mg 2+ - ATPáza, ktoré zabezpečujú pohyb iónov Na +, K +, Ca 2+, resp. sú dobre študované, H+, Mg2+ izolované alebo konjugované (Na+ a K+; H+ a K+). Molekulárny mechanizmus aktívneho transportu nie je úplne objasnený.