Solukalvojen rakenteen, ominaisuuksien ja toimintojen ominaisuudet. Solukalvo: määritelmä, kalvon toiminta, fysikaaliset ominaisuudet

Ei ole mikään salaisuus, että kaikki planeettamme elävät olennot koostuvat soluista, näistä lukemattomista "" orgaanisista aineista. Soluja puolestaan ​​ympäröi erityinen suojakuori - kalvo, jolla on erittäin tärkeä rooli solun elämässä, ja solukalvon toiminnot eivät rajoitu pelkästään solun suojaamiseen, vaan ne edustavat monimutkainen mekanismi, joka liittyy lisääntymiseen, ravitsemukseen ja solujen uudistumiseen.

Mikä on solukalvo

Sana "kalvo" itsessään on käännetty latinaksi "kalvoksi", vaikka kalvo ei ole vain eräänlainen kalvo, johon solu on kääritty, vaan joukko kahta toisiinsa yhdistettyä kalvoa, joilla on erilaiset ominaisuudet. Itse asiassa solukalvo on kolmikerroksinen lipoproteiinikalvo (rasvaproteiini), joka erottaa jokaisen solun naapurisoluista ja ympäristöstä ja suorittaa hallittua vaihtoa solujen ja ympäristön välillä, tämä on akateeminen määritelmä solusta kalvo.

Kalvon merkitys on yksinkertaisesti valtava, koska se ei ainoastaan ​​erota yhtä solua toisesta, vaan myös varmistaa solun vuorovaikutuksen sekä muiden solujen että ympäristön kanssa.

Solukalvotutkimuksen historia

Kaksi saksalaista tutkijaa Gorter ja Grendel antoivat merkittävän panoksen solukalvon tutkimukseen vuonna 1925. Silloin he onnistuivat suorittamaan monimutkaisen biologisen kokeen punasoluilla - punasoluilla, jonka aikana tutkijat saivat niin sanotut "varjot", tyhjät punasolujen kuoret, jotka taitettiin yhteen kasaan ja mitattiin pinta -ala, ja laski myös lipidien määrän niissä. Saatujen lipidimäärien perusteella tutkijat tulivat siihen johtopäätökseen, että nappaamme ne vain solukalvon kaksoiskerrokseen.

Vuonna 1935 toinen solukalvon tutkijapariskunta, tällä kertaa amerikkalaiset Daniel ja Dawson, vahvistivat pitkien kokeiden jälkeen proteiinipitoisuuden solukalvossa. Ei ollut muuta tapaa selittää, miksi kalvolla on niin suuri pintajännitys. Tutkijat esittivät nerokkaasti mallin solukalvosta voileivän muodossa, jossa homogeeniset lipidi-proteiinikerrokset näyttävät leivän roolin, ja niiden välillä on voin sijaan tyhjä tila.

Vuonna 1950 Danielin ja Dawsonin elektronisen teorian myötä oli mahdollista vahvistaa jo käytännön havainnoilla - solukalvon mikrokuvissa lipidi- ja proteiinipään kerrokset ja myös niiden välinen tyhjä tila olivat selvästi näkyvissä.

Vuonna 1960 yhdysvaltalainen biologi J.Robertson kehitti solukalvojen kolmikerroksisen rakenteen teorian, jota pidettiin pitkään ainoana oikeana, mutta tieteen kehittyessä alkoi epäilyksiä sen erehtymättömyydestä. Joten esimerkiksi solujen kannalta olisi vaikeaa ja työlästä kuljettaa tarvittavat ravintoaineet koko "voileivän" läpi

Ja vasta vuonna 1972 amerikkalaiset biologit S. Singer ja G. Nicholson pystyivät selittämään epäjohdonmukaisuudet Robertsonin teoriassa uuden solukalvon neste-mosaiikkimallin avulla. Erityisesti he havaitsivat, että solukalvo ei ole koostumukseltaan yhtenäinen, ja lisäksi se on epäsymmetrinen ja täynnä nestettä. Lisäksi solut ovat jatkuvassa liikkeessä. Ja pahamaineisilla proteiineilla, jotka muodostavat solukalvon, on erilaiset rakenteet ja toiminnot.

Solukalvon ominaisuudet ja toiminnot

Katsotaanpa nyt mitä toimintoja solukalvo suorittaa:

Solukalvon esto - kalvo, kuten todellinen rajavartija, vartioi solun rajoja ja pidättää, ei päästä haitallisia tai yksinkertaisesti sopimattomia molekyylejä

Solukalvon kuljetustoiminto - kalvo ei ole vain rajavartija solun portilla, vaan myös eräänlainen tullitarkastuspiste, jonka läpi hyödyllisten aineiden vaihto muiden solujen ja ympäristön kanssa kulkee jatkuvasti.

Matriisitoiminto - solukalvo määrittää sijainnin toisiinsa nähden, säätelee niiden välistä vuorovaikutusta.

Mekaaninen toiminta - on vastuussa yhden solun rajoittamisesta toisesta ja samanaikaisesti solujen oikeasta yhdistämisestä toisiinsa, niiden muodostamisesta homogeeniseksi kudokseksi.

Solukalvon suojatoiminto on perusta solukalvon suojaavan rakenteen rakentamiselle. Luonnossa esimerkkejä tästä toiminnosta voivat olla kovapuu, tiheä iho, suojavaippa, kaikki johtuen kalvon suojaavasta toiminnasta.

Entsymaattinen toiminto on toinen tärkeä toiminto, jota jotkut proteiinit suorittavat solussa. Esimerkiksi tämän toiminnon vuoksi ruoansulatusentsyymit syntetisoidaan suoliston epiteelissä.

Kaiken tämän lisäksi solujen vaihto suoritetaan solukalvon läpi, mikä voi tapahtua kolmessa eri reaktiossa:

• Fagosytoosi on solunvaihto, jossa kalvoon rakennetut fagosyyttisolut sieppaavat ja sulavat erilaisia ​​ravintoaineita.
• Pinosytoosi - on solukalvon, sen kanssa kosketuksessa olevien nestemolekyylien sieppausprosessi. Tätä varten kalvon pinnalle muodostuu erityisiä jänteitä, jotka näyttävät ympäröivän nestepisaran muodostaen kuplaa, jonka kalvo myöhemmin "nielee".
• Eksosytoosi on käänteinen prosessi, kun solu erittää eritysfunktionaalisen nesteen pinnalle kalvon läpi.

Solukalvon rakenne

Solukalvossa on kolme lipidiluokkaa:

• fosfolipidit (jotka ovat rasvojen ja fosforin yhdistelmä),
• glykolipidit (ovat rasvojen ja hiilihydraattien yhdistelmä),
• kolesteroli.

Fosfolipidit ja glykolipidit puolestaan ​​koostuvat hydrofiilisestä päästä, johon ulottuu kaksi pitkää hydrofobista häntä. Kolesteroli vie tilaa näiden pyrstöjen välissä estäen niiden taivuttamisen, kaikki tämä joissakin tapauksissa tekee tiettyjen solujen kalvon erittäin jäykäksi. Kaiken tämän lisäksi kolesterolimolekyylit järjestävät solukalvon rakenteen.

Mutta olkoon miten tahansa, tärkein osa solukalvon rakennetta on proteiini tai pikemminkin erilaiset proteiinit, joilla on erilaisia ​​tärkeitä rooleja. Huolimatta kalvon sisältämistä proteiineista, jokin yhdistää niitä - rengasmaiset lipidit sijaitsevat kaikkien kalvon proteiinien ympärillä. Rengasmaiset lipidit ovat erikoisrakenteisia rasvoja, jotka toimivat eräänlaisena proteiinien suojakuorena, joita ilman ne eivät yksinkertaisesti toimisi.

Solukalvon rakenteessa on kolme kerrosta: solukalvon pohja on homogeeninen nestemäinen bilipidikerros. Oravat peittävät sen molemmin puolin kuin mosaiikki. Se on proteiineja yllä kuvattujen toimintojen lisäksi myös eräänlaisena kanavana, jonka läpi aineet, jotka eivät kykene tunkeutumaan kalvon nestemäiseen kerrokseen, kulkevat kalvon läpi. Näitä ovat esimerkiksi kalium- ja natriumionit; niiden läpäisemiseksi kalvon läpi luonto tarjoaa solukalvojen erityiset ionikanavat. Toisin sanoen proteiinit tarjoavat solukalvojen läpäisevyyden.

Jos katsomme solukalvoa mikroskoopin läpi, näemme lipidikerroksen, jonka muodostavat pienet pallomaiset molekyylit, joilla proteiinit kelluvat kuin meressä. Nyt tiedät, mitkä aineet ovat osa solukalvoa.

Solukalvo, video

Ja lopuksi opetusvideo solukalvosta.

Lyhyt kuvaus:

Sazonov V.F. 1_1 Solukalvon rakenne [Elektroninen resurssi] // Kinesiologist, 2009-2018: [site]. Päivitetty: 06.02.2018 ..__. 201_). _Solukalvon rakenne ja toiminta kuvataan (synonyymejä: plasmalemma, plasmolemma, biomembraani, solukalvo, ulompi solukalvo, solukalvo, sytoplasmakalvo). Nämä alustavat tiedot ovat välttämättömiä sekä sytologialle että hermoston toimintaprosessien ymmärtämiseksi: hermostuneisuus, inhibitio, synapsien ja aistien reseptorien toiminta.

Solukalvo (plasma a lemma tai plasma O lemma)

Käsitteen määritelmä

Solukalvo (synonyymit: plasmalemma, plasmolemma, sytoplasminen kalvo, biomembraani) on kolminkertainen lipoproteiinikalvo (eli "rasvaproteiini"), joka erottaa solun ympäristöstä ja suorittaa hallittua vaihtoa ja viestintää solun ja sen ympäristön välillä.

Tärkeintä tässä määritelmässä ei ole se, että kalvo erottaa solun ympäristöstä, vaan juuri se yhdistää häkki ympäristön kanssa. Kalvo on aktiivinen solun rakenteesta, se toimii jatkuvasti.

Biologinen kalvo on erittäin ohut bimolekulaarinen kalvo fosfolipideistä, joka on peitetty proteiineilla ja polysakkarideilla. Tämä solurakenne on elävän organismin esteiden, mekaanisten ja matriisiominaisuuksien taustalla (Antonov V.F., 1996).

Kuvallinen esitys kalvosta

Minulle solukalvo näyttää hila -aidana, jossa on monia ovia ja joka ympäröi tiettyä aluetta. Jokainen pieni elävä olento voi liikkua vapaasti edestakaisin tämän aidan läpi. Suuremmat kävijät voivat kuitenkin tulla sisään vain ovien kautta, eivätkä silloinkaan kaikki. Eri vierailijoilla on avaimet vain omiin oviinsa, eivätkä he voi kulkea muiden ihmisten ovien läpi. Joten tämän aidan läpi kulkee jatkuvasti vierailijoita edestakaisin, koska kalvo-aidan päätehtävä on kaksiosainen: erottaa alue ympäröivästä tilasta ja yhdistää se ympäröivään tilaan. Tätä varten aidassa on monia reikiä ja ovia - !

Kalvon ominaisuudet

1. Läpäisevyys.

2. Puoliläpäisevyys (osittainen läpäisevyys).

3. Selektiivinen (synonyymi: valikoiva) läpäisevyys.

4. Aktiivinen läpäisevyys (synonyymi: aktiivinen kuljetus).

5. Hallittu läpäisevyys.

Kuten näette, kalvon tärkein ominaisuus on sen läpäisevyys eri aineille.

6. Fagosytoosi ja pinosytoosi.

7. Eksosytoosi.

8. Sähköisten ja kemiallisten potentiaalien läsnäolo, tarkemmin sanottuna kalvon sisä- ja ulkopuolen välinen potentiaaliero. Kuvaannollisesti voimme sanoa sen "Kalvo muuttaa kennon" sähköakuksi "ohjaamalla ionivirtoja"... Yksityiskohdat: .

9. Sähköisen ja kemiallisen potentiaalin muutokset.

10. Ärtyneisyys. Kalvolla sijaitsevat erityiset molekyylireseptorit voivat sitoutua signaloiviin (kontrolliaineisiin), minkä seurauksena kalvon ja koko solun tila voi muuttua. Molekyylireseptorit laukaisevat biokemiallisia reaktioita vastauksena ligandien (kontrolliaineiden) yhdistelmään niiden kanssa. On tärkeää huomata, että signaloiva aine vaikuttaa reseptoriin ulkopuolelta ja muutokset jatkuvat solun sisällä. On käynyt ilmi, että kalvo välitti tietoa ympäristöstä solun sisäiseen ympäristöön.

11. Katalyyttinen entsymaattinen aktiivisuus. Entsyymit voidaan upottaa kalvoon tai yhdistää sen pintaan (sekä solun sisällä että ulkopuolella), ja siellä ne suorittavat entsymaattisen aktiivisuutensa.

12. Pinnan ja sen alueen muodon muuttaminen. Tämä mahdollistaa kalvon muodostumisen ulospäin tai päinvastoin invaginaation soluun.

13. Kyky muodostaa kontakteja muiden solukalvojen kanssa.

14. Tarttuvuus on kyky tarttua kiinteisiin pintoihin.

Lyhyt luettelo kalvon ominaisuuksista

• Läpäisevyys.
• Endosytoosi, eksosytoosi, transkosytoosi.
• Potentiaalit.
• Ärtyneisyys.
• Entsymaattinen toiminta.
• Yhteystiedot.
• Tarttuvuus.

Kalvotoiminnot

1. Sisäisen sisällön puutteellinen eristäminen ulkoisesta ympäristöstä.

2. Tärkein asia solukalvon työssä on vaihto eri aineita solun ja solujen välisen ympäristön välillä. Tämä johtuu kalvon sellaisesta ominaisuudesta kuin läpäisevyys. Lisäksi kalvo säätelee tätä vaihtoa säätelemällä sen läpäisevyyttä.

3. Toinen tärkeä kalvon tehtävä on kemiallisten ja sähköisten potentiaalien eron luominen sen sisä- ja ulkopuolen välillä. Tästä johtuen kennon sisällä on negatiivinen sähköpotentiaali -.

4. Kalvon läpi suoritetaan myös tiedonvaihto solun ja sen ympäristön välillä. Kalvolla sijaitsevat erityiset molekyylireseptorit voivat sitoutua kontrolloiviin aineisiin (hormonit, välittäjät, modulaattorit) ja laukaista solussa biokemiallisia reaktioita, mikä johtaa erilaisiin muutoksiin solun tai sen rakenteiden toiminnassa.

Video:Solukalvon rakenne

Videoluento:Tiedot kalvon rakenteesta ja kuljetuksesta

Kalvorakenne

Solukalvossa on monipuolinen kolmikerroksinen rakenne. Sen keskimmäinen rasvakerros on jatkuva, ja ylempi ja alempi proteiinikerros peittävät sen mosaiikkina erillisistä proteiinialueista. Rasvakerros on perusta, joka varmistaa solun eristämisen ympäristöstä ja sen eristämisen ympäristöstä. Se itsessään läpäisee hyvin huonosti vesiliukoisia aineita, mutta sallii helposti rasvaliukoiset aineet. Siksi vesiliukoisten aineiden (esimerkiksi ionien) kalvon läpäisevyys on varustettava erityisillä proteiinirakenteilla - ja.

Alla on mikrovalokuvat koskettavien solujen todellisista solukalvoista, jotka on saatu elektronimikroskoopilla, sekä kaavamainen piirustus, joka esittää kolmikerroksisen kalvon ja sen proteiinikerrosten mosaiikki. Suurenna kuvaa napsauttamalla sitä.

Erillinen kuva solukalvon sisäisestä lipidi- (rasvakerroksesta), joka on läpäissyt kiinteitä upotettuja proteiineja. Ylä- ja alaproteiinikerrokset poistettu, jotta ne eivät häiritsisi lipidikaksoiskerroksen katsomista

Kuva yllä: Epätäydellinen kaavamainen esitys solukalvosta (soluseinä) Wikipediassa.

Huomaa, että ulompi ja sisempi proteiinikerros on poistettu kalvosta, jotta voimme paremmin nähdä keskisen rasvaisen kaksoislipidikerroksen. Todellisessa solukalvossa suuret proteiinisaaret kelluvat ylä- ja alapuolella rasvakalvoa pitkin (pienet pallot kuvassa), ja kalvo osoittautuu paksummaksi, kolmikerroksiseksi: proteiini-rasva-proteiini ... Joten se näyttää itse asiassa voileivältä, jossa on kaksi proteiinista "leipäviipaletta" ja paksu kerros "voita" keskellä, ts. on kolmikerroksinen rakenne, ei kaksikerroksinen.

Tässä kuvassa pienet sinivalkoiset pallot vastaavat hydrofiilisiä (kostutettavia) lipidi "päitä" ja niihin kiinnitetyt "merkkijonot" vastaavat hydrofobisia (ei-kostutuvia) "häntiä". Proteiineista näytetään vain kiinteät end-to-end-kalvoproteiinit (punaiset pallot ja keltaiset kierukat). Kalvon sisällä olevat keltaiset soikeat pisteet ovat kolesterolimolekyylejä, ja kelta-vihreät helmiketjut kalvon ulkopuolella ovat oligosakkaridiketjuja, jotka muodostavat glykokalyksin. Glycocalyx on kalvon kaltainen hiilihydraatti ("sokeri") "nukka", jonka muodostavat pitkät hiilihydraatti-proteiinimolekyylit.

Alive on pieni "proteiinirasvapussi", joka on täytetty puoliksi nestemäisellä hyytelömäisellä sisällöllä, joka on läpäissyt kalvoja ja putkia.

Tämän pussin seinät on muodostettu kaksinkertaisesta rasva- (lipidikalvosta), joka on peitetty proteiineilla sisältä ja ulkoa - solukalvo. Siksi kalvolla sanotaan olevan kolmikerroksinen rakenne : proteiini-rasva-proteiini... Solun sisällä on myös monia samanlaisia ​​rasvaisia ​​kalvoja, jotka jakavat sen sisätilan osastoihin. Soluelementtejä ympäröivät samat kalvot: ydin, mitokondriot, kloroplastit. Joten kalvo on universaali molekyylirakenne, joka on luontainen kaikille soluille ja kaikille eläville organismeille.

Vasemmalla ei ole todellinen, vaan keinotekoinen malli biologisen kalvon palasta: tämä on otos rasvaisesta fosfolipidikaksikerroksesta (eli kaksoiskerroksesta) sen molekyylidynamiikan mallinnusprosessissa. Mallin laskettu solu on esitetty - 96 PC -molekyyliä ( f osfatidiili NS olina) ja 2304 vesimolekyyliä, yhteensä 20544 atomia.

Oikealla on visuaalinen malli saman lipidin yhdestä molekyylistä, josta kalvon lipidikaksoiskerros on koottu. Yläosassa on hydrofiilinen (vettä rakastava) pää, ja alaosassa on kaksi hydrofobista (vettä pelkäävää) häntä. Tällä lipidillä on yksinkertainen nimi: 1-steroyyli-2-dokosaheksaenoyyli-Sn-glysero-3-fosfatidyylikoliini (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC), mutta sinun ei tarvitse muistaa sitä, ellet suunnitelma saattaa opettajasi hukkaan tietämyksesi syvyydellä.

Tarkempi tieteellinen määritelmä solulle voidaan antaa:

Rajoittaa aktiivinen kalvo, järjestetty, jäsennelty heterogeeninen biopolymeerijärjestelmä, joka osallistuu yhteen aineenvaihdunta-, energia- ja informaatioprosessien sarjaan ja suorittaa myös koko järjestelmän ylläpidon ja toistamisen.

Solun sisällä on myös kalvoja, ja kalvojen välissä ei ole vettä, vaan viskoosi geeli / sooli, jonka tiheys vaihtelee. Siksi solun vuorovaikuttavat molekyylit eivät kellu vapaasti, kuten vesipitoisen koeputken kanssa, vaan istuvat (immobilisoituvat) enimmäkseen sytoskeletonin tai solunsisäisten kalvojen polymeerirakenteiden päällä. Ja siksi kemialliset reaktiot tapahtuvat solun sisällä melkein kuin kiinteässä aineessa, eivät nesteessä. Solua ympäröivä ulompi kalvo on myös peitetty entsyymeillä ja molekyylireseptoreilla, mikä tekee siitä erittäin aktiivisen osan solusta.

Solukalvo (plasmalemma, plasmolemma) on aktiivinen kalvo, joka erottaa solun ympäristöstä ja yhdistää sen ympäristöön. © Sazonov V.F., 2016.

Tästä kalvon määritelmästä seuraa, että se ei rajoita vain solua vaan myös työskentelee aktiivisesti yhdistää sen ympäristöönsä.

Rasva, joka muodostaa kalvot, on erityistä, joten sen molekyylejä kutsutaan yleensä paitsi rasvoiksi, myös "Lipidit", "fosfolipidit", "sfingolipidit"... Kalvokalvo on kaksinkertainen, eli se koostuu kahdesta toisiinsa kiinnitetystä kalvosta. Siksi oppikirjoissa he kirjoittavat, että solukalvon perusta koostuu kahdesta lipidikerroksesta (tai kaksikerroksinen", eli kaksoiskerros.". Jokaisen erillisen lipidikerroksen toinen puoli voidaan kostuttaa vedellä ja toinen ei. Joten nämä kalvot tarttuvat toisiinsa tarkasti kostumattomilla puolillaan.

Bakteerikalvo

Gramnegatiivisten bakteerien prokaryoottinen solukalvo koostuu useista kerroksista, jotka on esitetty alla olevassa kuvassa.
Gramnegatiivisten bakteerien päällystyskerrokset:
1. Sisäinen kolmikerroksinen sytoplasmakalvo, joka on kosketuksissa sytoplasman kanssa.
2. Soluseinä, joka koostuu mureiinista.
3. Ulompi kolmikerroksinen sytoplasmakalvo, jolla on sama proteiinikompleksien sisältävä lipidijärjestelmä kuin sisäkalvolla.
Gramnegatiivisten bakteerisolujen kommunikointi ulkomaailman kanssa näin monimutkaisen kolmivaiheisen rakenteen kautta ei anna niille etua selviytymisessä ankarissa olosuhteissa verrattuna grampositiivisiin bakteereihin, joilla on vähemmän tehokas kalvo. Ne sietävät yhtä huonosti korkeita lämpötiloja, happamuutta ja painehäviöitä.

Videoluento:Plasmakalvo. E.V. Cheval, tohtori

Videoluento:Kalvo solurajana. A. Iljaskin

Kalvon ionikanavien merkitys

On helppo ymmärtää, että vain rasvaliukoiset aineet voivat päästä soluun rasvakalvon läpi. Näitä ovat rasvat, alkoholit, kaasut. Esimerkiksi punasoluissa happi ja hiilidioksidi kulkevat helposti sisään ja ulos suoraan kalvon läpi. Mutta vesi ja vesiliukoiset aineet (esimerkiksi ionit) eivät yksinkertaisesti voi kulkea kalvon läpi mihinkään soluun. Tämä tarkoittaa, että he tarvitsevat erityisiä reikiä. Mutta jos teet vain reiän rasvaiseen kalvoon, se vedetään heti takaisin. Mitä tehdä? Luonnosta löytyi tie: on tarpeen tehdä erityisiä proteiininsiirtorakenteita ja venyttää ne kalvon läpi. Näin saadaan kanavat rasvaliukoisten aineiden kulkemiseen - solukalvon ionikanavat.

Joten antaakseen membraanilleen lisäläpäisevyysominaisuuksia polaarisille molekyyleille (ioneille ja vedelle) solu syntetisoi erityisiä proteiineja sytoplasmassa, jotka sitten sisällytetään kalvoon. Niitä on kahta tyyppiä: kuljettajaproteiinit (esimerkiksi kuljetuksen ATPaasit) ja kanavan muodostavat proteiinit (kanavantekijät). Nämä proteiinit sisällytetään kalvon kaksoisrasvakerrokseen ja muodostavat kuljetusrakenteita kuljettajien tai ionikanavien muodossa. Erilaiset vesiliukoiset aineet voivat nyt kulkea näiden kuljetusrakenteiden läpi, jotka eivät muuten voi kulkea rasvakalvon läpi.

Yleensä kalvoon rakennettuja proteiineja kutsutaan myös kiinteä, juuri siksi, että ne näyttävät sisältyvän kalvon koostumukseen ja tunkeutuvat sen läpi. Muut proteiinit, jotka eivät ole kiinteitä, muodostavat saaria, jotka "kelluvat" kalvon pintaa pitkin: joko sen ulkopintaa tai sisäpintaa pitkin. Loppujen lopuksi kaikki tietävät, että rasva on hyvä voiteluaine ja se on helppo liukua sen päälle!

päätelmät

1. Yleensä kalvo on kolmikerroksinen:

1) proteiinien "saarten" ulompi kerros,

2) rasvainen kaksikerroksinen "meri" (kaksikerroksinen lipidi), ts. kaksinkertainen lipidikalvo,

3) proteiinien "saarten" sisäkerros.

Mutta on myös löysä ulompi kerros - glykokalyksi, joka muodostuu kalvosta ulos tarttuvista glykoproteiineista. Ne ovat molekyylireseptoreita, joihin signaloinnin säätöaineet sitoutuvat.

2. Kalvoon on rakennettu erityisiä proteiinirakenteita, jotka varmistavat sen läpäisevyyden ioneille tai muille aineille. Älä unohda, että joissakin paikoissa rasvameri on läpäissyt kiinteitä proteiineja läpi ja läpi. Ja juuri kiinteät proteiinit muodostavat erityisiä kuljetusrakenteet solukalvo (ks. kohta 1_2 Kalvonsiirtomekanismit). Niiden kautta aineet tulevat soluun ja poistuvat myös solusta ulkopuolelle.

3. Kalvon kummallakin puolella (ulko- ja sisäpuolella) sekä kalvon sisällä voi sijaita entsyymiproteiineja, jotka vaikuttavat sekä kalvon tilaan että koko solun elämään.

Joten solukalvo on aktiivinen muuttuva rakenne, joka toimii aktiivisesti koko solun edun mukaisesti ja yhdistää sen ulkomaailmaan, eikä ole vain "suojakuori". Tämä on tärkein asia tietää solukalvosta.

Lääketieteessä kalvoproteiineja käytetään usein lääkkeiden kohteina. Sellaisina kohteina toimivat reseptorit, ionikanavat, entsyymit ja kuljetusjärjestelmät. Viime aikoina solun ytimeen piilotetut geenit ovat kalvon lisäksi tulleet myös lääkkeiden kohteiksi.

Video:Johdanto solukalvon biofysiikkaan: Kalvojen rakenne 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Solukalvon historia, rakenne ja toiminta: Kalvorakenne 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Elävän organismin tärkein rakenneyksikkö on solu, joka on solukalvon ympäröimä sytoplasman eriytetty osa. Koska solu suorittaa monia tärkeitä toimintoja, kuten lisääntymistä, ravintoa, liikettä, kalvon on oltava muovinen ja tiheä.

Solukalvon löytämisen ja tutkimuksen historia

Vuonna 1925 Grendel ja Gorder suorittivat onnistuneen kokeen erytrosyyttien eli tyhjien kalvojen "varjojen" tunnistamiseksi. Useista virheistä huolimatta tutkijat ovat löytäneet kaksikerroksisen lipidin. Heidän töitään jatkoivat Danielle, Dawson vuonna 1935, Robertson vuonna 1960. Monivuotisen työn ja argumenttien keräämisen tuloksena Singer ja Nicholson loivat vuonna 1972 neste-mosaiikkimallin kalvorakenteesta. Jatkokokeet ja tutkimukset ovat vahvistaneet tutkijoiden töitä.

Merkitys

Mikä on solukalvo? Tätä sanaa alkoi käyttää yli sata vuotta sitten, latinaksi käännettynä se tarkoittaa "elokuva", "iho". Tämä tarkoittaa solun rajaa, joka on luonnollinen este sisäisen sisällön ja ulkoisen ympäristön välillä. Solukalvon rakenne olettaa puoliläpäisevyyden, minkä vuoksi kosteus, ravinteet ja hajoamistuotteet voivat vapaasti kulkea sen läpi. Tätä kuorta voidaan kutsua solun organisaation tärkeimmäksi rakenteelliseksi komponentiksi.

Harkitse solukalvon päätoimintoja

1. Erottaa solun sisäisen sisällön ja ulkoisen ympäristön komponentit.

2. Edistää solun jatkuvan kemiallisen koostumuksen ylläpitämistä.

3. Säätelee oikeaa aineenvaihduntaa.

4. Tarjoaa solujen välisen yhteyden.

5. Tunnistaa signaalit.

6. Suojaustoiminto.

"Plasmasuojus"

Ulompi solukalvo, jota kutsutaan myös plasmamembraaniksi, on ultramikroskooppinen kalvo, jonka paksuus on 5-7 nanomillimetriä. Se koostuu pääasiassa proteiiniyhdisteistä, fosfolideista, vedestä. Kalvo on joustava, imee helposti vettä ja palauttaa nopeasti myös eheytensä vaurioiden jälkeen.

Erilainen universaali rakenne. Tällä kalvolla on raja -asema, se osallistuu valikoivan läpäisevyyden, hajoamistuotteiden poistamisen ja syntetisoinnin prosessiin. Suhde "naapureihin" ja sisäisen sisällön luotettava suoja vaurioilta tekee siitä tärkeän osan solun rakenteessa. Eläinorganismien solukalvo osoittautuu joskus peitetyksi ohuimmalla kerroksella - glykokalyksillä, joka sisältää proteiineja ja polysakkarideja. Kalvon ulkopuolella olevia kasvisoluja suojaa soluseinä, joka suorittaa tuki- ja muodon ylläpitotoiminnot. Sen koostumuksen pääkomponentti on kuitu (selluloosa) - polysakkaridi, joka ei liukene veteen.

Siten ulompi solukalvo suorittaa korjauksen, suojan ja vuorovaikutuksen muiden solujen kanssa.

Solukalvon rakenne

Tämän liikkuvan kuoren paksuus vaihtelee kuudesta kymmeneen nanomillimetriä. Solun solukalvolla on erityinen koostumus, joka perustuu lipidikaksoiskerrokseen. Hydrofobiset hännät, jotka ovat inerttejä vedelle, asetetaan sisäpuolelle, kun taas hydrofiiliset päät, jotka ovat vuorovaikutuksessa veden kanssa, ovat ulospäin. Jokainen lipidi on fosfolipidi, joka on seurausta aineiden, kuten glyserolin ja sfingosiinin, vuorovaikutuksesta. Lipidikehystä ympäröivät läheisesti proteiinit, jotka sijaitsevat epäjatkuvassa kerroksessa. Jotkut niistä upotetaan lipidikerrokseen, loput kulkevat sen läpi. Tämän seurauksena muodostuu vettä läpäiseviä alueita. Näiden proteiinien suorittamat toiminnot ovat erilaisia. Jotkut niistä ovat entsyymejä, toiset ovat kuljetusproteiineja, jotka siirtävät erilaisia ​​aineita ulkoisesta ympäristöstä sytoplasmaan ja päinvastoin.

Solukalvo läpäisee läpi ja läpi ja on läheisesti yhteydessä kiinteisiin proteiineihin, ja yhteys perifeerisiin proteiineihin on vähemmän vahva. Näillä proteiineilla on tärkeä tehtävä, joka koostuu kalvon rakenteen ylläpitämisestä, ympäristön signaalien vastaanottamisesta ja muuntamisesta, aineiden kuljettamisesta ja kalvoilla tapahtuvien reaktioiden katalysoinnista.

Sävellys

Solukalvon perusta on bimolekulaarinen kerros. Jatkuvuuden vuoksi kennolla on este ja mekaaniset ominaisuudet. Tämä kaksikerros voi häiriintyä elämän eri vaiheissa. Tämän seurauksena muodostuu hydrofiilisten huokosten rakenteellisia vikoja. Tässä tapauksessa ehdottomasti kaikki sellaisen komponentin toiminnot kuin solukalvo voivat muuttua. Tässä tapauksessa ydin voi kärsiä ulkoisista vaikutuksista.

Ominaisuudet

Solun solukalvolla on mielenkiintoisia ominaisuuksia. Joustavuutensa vuoksi tämä kuori ei ole jäykkä rakenne, ja suurin osa sen muodostavista proteiineista ja lipideistä liikkuu vapaasti kalvotasolla.

Yleensä solukalvo on epäsymmetrinen; siksi proteiini- ja lipidikerrosten koostumus on erilainen. Eläinsolujen plasmakalvoilla ulkopuoleltaan on glykoproteiinikerros, joka suorittaa reseptori- ja signalointitoimintoja, ja sillä on myös tärkeä rooli solujen yhdistämisessä kudokseen. Solukalvo on polaarinen, eli ulkoisesti varaus on positiivinen ja sisäpuolella negatiivinen. Kaikkien edellä mainittujen lisäksi solukalvolla on valikoiva näkemys.

Tämä tarkoittaa, että veden lisäksi soluun johdetaan vain tietty ryhmä molekyylejä ja liuenneiden aineiden ioneja. Aineen, kuten natriumin, pitoisuus useimmissa soluissa on paljon pienempi kuin ulkoisessa ympäristössä. Kalium -ioneille on ominaista erilainen suhde: niiden määrä solussa on paljon suurempi kuin ympäristössä. Tässä suhteessa natriumionit pyrkivät tunkeutumaan solukalvoon ja kaliumionit vapautuvat yleensä ulos. Näissä olosuhteissa kalvo aktivoi erityisen järjestelmän, joka suorittaa "pumppaavan" roolin ja tasoittaa aineiden pitoisuutta: natriumionit pumpataan ulos solun pinnalle ja kaliumionit pumpataan sisään. Tämä ominaisuus on yksi solukalvon tärkeimmistä toiminnoista.

Tällä natrium- ja kaliumionien taipumuksella liikkua sisäänpäin pinnalta on tärkeä rooli sokerin ja aminohappojen kuljettamisessa soluun. Kun natriumionit poistetaan aktiivisesti solusta, kalvo luo olosuhteet uusille glukoosi- ja aminohappotarpeille. Päinvastoin, kun kaliumionit siirretään soluun, hajoamistuotteiden "kuljettajien" määrä solun sisältä ulkoiseen ympäristöön täydentyy.

Miten solu kulkee solukalvon läpi?

Monet solut imevät aineita fagosytoosin ja pinosytoosin kaltaisilla prosesseilla. Ensimmäisessä variantissa joustava ulkokalvo luo pienen syvennyksen, johon kaapattu hiukkanen sijaitsee. Sitten syvennyksen halkaisija kasvaa, kunnes ympäröivä hiukkanen tulee solusytoplasmaan. Fagosytoosin kautta syötetään joitain alkueläimiä, esimerkiksi amebaa, sekä verisoluja - leukosyyttejä ja fagosyyttejä. Samoin solut imevät nestettä, joka sisältää välttämättömiä ravintoaineita. Tätä ilmiötä kutsutaan pinosytoosiksi.

Ulompi kalvo on läheisesti yhteydessä solun endoplasmisen verkkokalvon kanssa.

Monissa kudoksen pääkomponenttityypeissä ulkonemia, taitoksia ja mikrotiloja on kalvon pinnalla. Tämän kuoren ulkopuolella olevat kasvisolut on peitetty toisella, paksuilla ja selvästi erotettavissa mikroskoopilla. Kuitu, josta ne on tehty, tukee kasvien kudoksia, kuten puuta. Eläinsoluilla on myös useita ulkoisia rakenteita, jotka istuvat solukalvon päällä. Ne ovat luonteeltaan erittäin suojaavia, joista esimerkki on hyönteisten integroivissa soluissa oleva kitiini.

Solukalvon lisäksi on solunsisäinen kalvo. Sen tehtävänä on jakaa solu useisiin erikoistuneisiin suljettuihin osastoihin - osastoihin tai organelleihin, joissa tietty ympäristö on säilytettävä.

Siten on mahdotonta yliarvioida elävän organismin perusyksikön tällaisen komponentin roolia solukalvona. Rakenne ja toiminnot merkitsevät solun kokonaispinnan merkittävää laajentumista, aineenvaihduntaprosessien parantamista. Tämä molekyylirakenne sisältää proteiineja ja lipidejä. Erottamalla solu ulkoisesta ympäristöstä kalvo varmistaa sen eheyden. Sen avulla solujen väliset yhteydet pidetään riittävän vahvana ja muodostavat kudoksia. Tältä osin voimme päätellä, että yksi solun tärkeimmistä rooleista on solukalvolla. Sen suorittama rakenne ja toiminnot ovat radikaalisti erilaisia ​​eri soluissa niiden tarkoituksesta riippuen. Näiden ominaisuuksien avulla saavutetaan solukalvojen fysiologinen aktiivisuus ja niiden rooli solujen ja kudosten olemassaolossa.

Universaali biologinen kalvo muodostuu kaksikerroksisesta fosfolipidimolekyylistä, joiden kokonaispaksuus on 6 mikronia. Tässä tapauksessa fosfolipidimolekyylien hydrofobiset hännät käännetään sisäänpäin, toisiaan kohti ja polaariset hydrofiiliset päät käännetään kalvon ulkopuolelle, kohti vettä. Lipidit tarjoavat kalvojen fysikaalis -kemialliset perusominaisuudet, erityisesti niiden juoksevuus kehon lämpötilassa. Proteiinit on upotettu tähän kaksinkertaiseen lipidikerrokseen.

Ne on jaettu kiinteä(läpäisee koko lipidikerroksen), puolikiinteä(läpäisevät jopa puolet lipidikaksoiskerroksesta) tai pinnan (joka sijaitsee lipidikerroksen sisä- tai ulkopinnalla).

Samaan aikaan proteiinimolekyylit on järjestetty mosaiikilla lipidikaksoiskerrokseen ja voivat "kellua" "lipidimeressä" kuten jäävuoria kalvojen juoksevuuden vuoksi. Toiminnaltaan nämä proteiinit voivat olla rakenteellinen(säilyttää tietty kalvorakenne), reseptori(biologisesti aktiivisten aineiden reseptorien muodostamiseksi), kuljetus(kuljettaa aineita kalvon läpi) ja entsyymi(katalysoida tiettyjä kemiallisia reaktioita). Tämä on tällä hetkellä tunnetuin nestemosaiikkimalli Singer ja Nikolson ehdottivat biologista kalvoa vuonna 1972.

Kalvot suorittavat rajaavan toiminnon solussa. Ne jakavat solun osastoihin, osastoihin, joissa prosessit ja kemialliset reaktiot voivat edetä toisistaan ​​riippumatta. Esimerkiksi aggressiiviset lysosomaaliset hydrolyyttiset entsyymit, jotka kykenevät katkaisemaan useimmat orgaaniset molekyylit, erotetaan muusta sytoplasmasta kalvon avulla. Sen tuhoutumisen yhteydessä tapahtuu itsesulatus ja solukuolema.

Koska solulla on yleinen rakennesuunnitelma, sen eri biologiset kalvot eroavat toisistaan ​​kemiallisen koostumuksensa, organisaationsa ja ominaisuuksiensa mukaan riippuen niiden muodostamien rakenteiden toiminnoista.

Plasmakalvo, rakenne, toiminta.

Sytolemma on biologinen kalvo, joka ympäröi solua ulkopuolelta. Se on paksuin (10 nm) ja monimutkaisesti järjestetty solukalvo. Se perustuu yleiseen biologiseen kalvoon, joka on päällystetty ulkopuolelta glykokalyksi, mutta sisältä, sytoplasman puolelta, kalvon alla oleva kerros(Kuva 2-1B). Glycocalyx(3-4 nm paksu) edustaa monimutkaisten proteiinien - glykoproteiinien ja glykolipidien - ulommat hiilihydraattialueet, jotka muodostavat kalvon. Nämä hiilihydraattiketjut toimivat reseptoreina, jotka varmistavat naapurisolujen ja solujen välisen aineen tunnistamisen ja vuorovaikutuksen niiden kanssa. Tämä kerros sisältää myös pinta- ja puoliintegraalisia proteiineja, joiden toiminnalliset alueet sijaitsevat supramembraanivyöhykkeellä (esimerkiksi immunoglobuliinit). Glykokalyksi sisältää reseptoreita histokompatibiliteetille, reseptoreita monille hormoneille ja välittäjäaineille.

Kalvon alapuolinen, aivokuoren kerros muodostuvat mikrotubuluksista, mikrokuiduista ja supistuvista mikrokuiduista, jotka ovat osa solun sytoskeletonia. Kalvon alapuolinen kerros säilyttää solun muodon, luo sen joustavuuden ja varmistaa muutokset solun pinnassa. Tämän vuoksi solu osallistuu endo- ja eksosytoosiin, eritykseen ja liikkeeseen.

Cytolemma suorittaa paljon toimintoja:

1) rajaaminen (sytolemma erottaa, rajaa solun ympäristöstä ja varmistaa sen yhteyden ulkoiseen ympäristöön);

2) tietty solu tunnistaa muita soluja ja kiinnittyy niihin;

3) solunvälinen aine tunnistaa solun ja kiinnittyy sen elementteihin (kuidut, peruskalvo);

4) aineiden ja hiukkasten kuljettaminen sytoplasmaan ja sieltä pois;

5) vuorovaikutus signaloivien molekyylien (hormonit, välittäjät, sytokiinit) kanssa, koska sen pinnalla on spesifisiä reseptoreita;

1. tarjoaa solujen liikkeen (pseudopodian muodostumisen), koska sytolemma on kytketty sytoskeletonin supistuviin elementteihin.

Sytolemma sisältää lukuisia reseptoreihin joiden kautta biologisesti aktiiviset aineet ( ligandit, signalointimolekyylit, ensimmäiset välittäjät: hormonit, välittäjät, kasvutekijät) vaikuttavat soluun. Reseptorit ovat geneettisesti määriteltyjä makromolekulaarisia antureita (proteiineja, glyko- ja lipoproteiineja), jotka on rakennettu sytolemmaan tai sijaitsevat solun sisällä ja jotka ovat erikoistuneet kemiallisten tai fysikaalisten erityisten signaalien havaitsemiseen. Kun biologisesti aktiiviset aineet ovat vuorovaikutuksessa reseptorin kanssa, ne aiheuttavat solussa biokemiallisia muutoksia, jotka muuttuvat samanaikaisesti erityiseksi fysiologiseksi vasteeksi (muutos solutoiminnassa).

Kaikilla reseptoreilla on yhteinen rakennesuunnitelma ja ne koostuvat kolmesta osasta: 1) kalvon yli, vuorovaikutuksessa aineen (ligandin) kanssa; 2) solunsisäinen, signaalinsiirto ja 3) solunsisäinen, upotettuna sytoplasmaan.

Solujenvälisten kontaktien tyypit.

Sytolemma osallistuu myös erityisrakenteiden muodostumiseen - solujen väliset yhteydet, kontaktit jotka tarjoavat läheisen vuorovaikutuksen vierekkäisten solujen välillä. Erottaa yksinkertainen ja monimutkainen solujen väliset yhteydet. V yksinkertainen solujen välisissä yhteyksissä solujen sytolemmat lähestyvät toisiaan 15-20 nm etäisyydellä ja niiden glykokalyksimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa keskenään (kuva 2-3). Joskus yhden solun sytolemman ulkonema tulee naapurisolun masennukseen muodostaen hammastetut ja sormimaiset nivelet ("lukkomuotoiset" nivelet).

Monimutkainen solujen välisiä yhteyksiä on useita: lukitus, lukitus ja viestintä(kuva 2-3). TO lukitus yhdisteitä ovat tiivis kosketus tai lukitusalue... Tässä tapauksessa naapurisolujen glykokalyksin kiinteät proteiinit muodostavat eräänlaisen silmäverkon viereisten epiteelisolujen kehää pitkin niiden apikaalisissa osissa. Tämän ansiosta solujen väliset aukot on lukittu, erotettu ulkoisesta ympäristöstä (kuva 2-3).

Riisi. 2-3. Erilaisia ​​solujen välisiä yhteyksiä.

1. Yksinkertainen liitäntä.
2. Tiukka liitäntä.
3. Liimanauha.
4. Epämiellyttävä.
5. Semi-desmosome.
6. Ura (yhteys).
7. Microvilli.

(Yu. I. Afanasjevin, N. A. Yurinan mukaan).

TO lukitus, ankkurointiliitännät liima vyö ja desmosomeja. Liimanauha sijaitsee unilamellaarisen epiteelin solujen apikaalisten osien ympärillä. Tällä vyöhykkeellä naapurisolujen glykokalyksin kiinteät glykoproteiinit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa, ja solukalvoproteiinit, mukaan lukien aktiinimikrofilamenttikimput, lähestyvät niitä sytoplasmasta. Desmosomit (tartuntapaikat)- parikokoiset rakenteet noin 0,5 mikronia. Niissä naapurisolujen sytolemma-glykoproteiinit ovat vuorovaikutuksessa läheisesti, ja näiden alueiden solujen puolelta solun solun luuranon välifilamenttien niput on kudottu sytolemmaan (kuva 2-3).

TO viestintäyhteydet sisältää raon risteykset (nexuses) ja synapsit. Nexuses on kooltaan 0,5-3 mikronia. Niissä naapurisolujen sytolemmat lähentyvät jopa 2-3 nm: iin ja niillä on lukuisia ionikanavia. Niiden kautta ionit voivat siirtyä solusta toiseen lähettäen viritystä esimerkiksi sydänlihassolujen välillä. Synapsit ovat hermokudokselle ominaisia ​​ja niitä löytyy hermosolujen sekä hermo- ja efektorisolujen (lihas-, rauhas-) välillä. Heillä on synaptinen halkeama, jossa hermoimpulssin kulkiessa synapsin presynaptisesta osasta lähetetään välittäjäaine, joka lähettää hermoimpulssin toiseen soluun (katso lisätietoja luvusta "Hermokudos").

Sen paksuus on 8-12 nm, joten sitä on mahdotonta tutkia valomikroskoopilla. Kalvon rakennetta tutkitaan elektronimikroskoopilla.

Plasmakalvo muodostuu kahdesta lipidikerroksesta - bilipidikerroksesta tai kaksikerroksisesta. Kukin molekyyli koostuu hydrofiilisestä päästä ja hydrofobisesta hännästä, ja biologisissa kalvoissa lipidit sijaitsevat päät ulospäin, hännät sisäänpäin.

Lukuisia proteiinimolekyylejä on upotettu bilipidikerrokseen. Jotkut niistä sijaitsevat kalvon pinnalla (ulkoinen tai sisäinen), toiset tunkeutuvat kalvon läpi.

Plasmakalvon toiminnot

Kalvo suojaa solun sisältöä vaurioilta, säilyttää solun muodon, välittää valikoivasti tarvittavat aineet soluun ja poistaa aineenvaihduntatuotteet sekä varmistaa solujen viestinnän keskenään.

Kalvon esteen, rajaavan toiminnon tarjoaa kaksinkertainen lipidikerros. Se estää solun sisällön leviämisen, sekoittumisen ympäristön tai solujen välisen nesteen kanssa ja estää vaarallisten aineiden pääsyn soluun.

Useat sytoplasmisen kalvon tärkeimmät toiminnot suoritetaan siihen upotettujen proteiinien vuoksi. Reseptoriproteiinien avulla se voi havaita erilaisia ​​ärsykkeitä pinnallaan. Kuljetusproteiinit muodostavat ohuimmat kanavat, joiden kautta kalium-, kalsium- ja muut pienen halkaisijan ionit kulkevat soluun ja poistuvat siitä. Proteiinit - tarjoavat itsessään elintärkeitä prosesseja.

Suuret ruokahiukkaset, jotka eivät pysty kulkemaan ohuiden kalvokanavien läpi, tulevat soluun fagosytoosin tai pinosytoosin avulla. Näiden prosessien yleinen nimi on endosytoosi.

Kuinka endosytoosi tapahtuu - suurten ruokahiukkasten tunkeutuminen soluun

Ruokahiukkaset joutuvat kosketuksiin solun ulkokalvon kanssa, ja tähän paikkaan muodostuu invaginaatio. Sitten kalvon ympäröimä hiukkanen tulee soluun, ruoansulatuskalvo muodostuu ja ruoansulatusentsyymit tunkeutuvat muodostuneeseen rakkulaan.

Veren leukosyyttejä, jotka voivat siepata ja sulattaa vieraita bakteereja, kutsutaan fagosyyteiksi.

Pinosytoosin tapauksessa kalvon sisäänhengitys ei tartu kiinteisiin hiukkasiin, vaan nestepisaroihin, joissa on liuenneita aineita. Tämä mekanismi on yksi tärkeimmistä reiteistä aineiden pääsemiseksi soluun.

Kasvisolut, jotka on peitetty kalvon päälle soluseinämän kiinteällä kerroksella, eivät kykene fagosytoosiin.

Endosytoosin käänteinen prosessi on eksosytoosi. Syntetisoidut aineet (esimerkiksi hormonit) pakataan kalvon rakkuloihin, mahtuvat niihin, sisällytetään niihin ja rakkulan sisältö poistetaan solusta. Siten solu voi päästä eroon tarpeettomista aineenvaihduntatuotteista.