1972. gadā tika izvirzīta teorija, ka daļēji caurlaidīga membrāna ieskauj šūnu un veic vairākus svarīgus uzdevumus, un šūnu membrānu struktūra un funkcijas ir nozīmīgi jautājumi attiecībā uz visu ķermeņa šūnu pareizu darbību.. Šūnu teorija kļuva plaši izplatīta 17. gadsimtā, līdz ar mikroskopa izgudrošanu. Kļuva zināms, ka augu un dzīvnieku audi sastāv no šūnām, taču ierīces zemās izšķirtspējas dēļ nebija iespējams saskatīt barjeras ap dzīvnieka šūnu. 20. gadsimtā tika sīkāk pētīta membrānas ķīmiskā būtība, konstatēts, ka tās pamatā ir lipīdi.
Šūnu membrānu struktūra un funkcija
Šūnu membrāna ieskauj dzīvo šūnu citoplazmu, fiziski atdalot intracelulāros komponentus no ārējās vides. Sēnītēm, baktērijām un augiem ir arī šūnu sienas, kas nodrošina aizsardzību un novērš lielu molekulu pāreju. Šūnu membrānām ir arī nozīmecitoskeleta veidošanās un citu dzīvībai svarīgu daļiņu piesaiste ekstracelulārajai matricai. Tas ir nepieciešams, lai tos turētu kopā, veidojot ķermeņa audus un orgānus. Šūnu membrānas strukturālās iezīmes ietver caurlaidību. Galvenā funkcija ir aizsardzība. Membrāna sastāv no fosfolipīdu slāņa ar iestrādātiem proteīniem. Šī daļa ir iesaistīta tādos procesos kā šūnu adhēzija, jonu vadīšana un signalizācijas sistēmas un kalpo kā piestiprināšanas virsma vairākām ārpusšūnu struktūrām, tostarp sienai, glikokaliksam un iekšējam citoskeletam. Membrāna arī uztur šūnas potenciālu, darbojoties kā selektīvs filtrs. Tas ir selektīvi caurlaidīgs joniem un organiskajām molekulām un kontrolē daļiņu kustību.
Bioloģiskie mehānismi, kas saistīti ar šūnu membrānu
1. Pasīvā difūzija: dažas vielas (mazas molekulas, joni), piemēram, oglekļa dioksīds (CO2) un skābeklis (O2), var izkliedēties caur plazmas membrānu. Apvalks darbojas kā barjera noteiktām molekulām un joniem, kas var būt koncentrēti abās pusēs.
2. Transmembrānas kanāls un transportētāja proteīns: tādām barības vielām kā glikoze vai aminoskābes jāiekļūst šūnā, un daži vielmaiņas produkti ir jāiziet.
3. Endocitoze ir process, kurā tiek uzņemtas molekulas. Plazmas membrānā tiek izveidota neliela deformācija (invaginācija), kurā tiek norīta transportējamā viela. Tas prasaenerģiju un tādējādi ir aktīvā transporta veids.
4. Eksocitoze: notiek dažādās šūnās, lai noņemtu nesagremotus endocitozes radītos vielu atlikumus, lai izdalītu tādas vielas kā hormonus un fermentus un pilnībā transportētu vielu caur šūnu barjeru.
Molekulārā struktūra
Šūnu membrāna ir bioloģiskā membrāna, kas galvenokārt sastāv no fosfolipīdiem un atdala visas šūnas saturu no ārējās vides. Normālos apstākļos veidošanās process notiek spontāni. Lai izprastu šo procesu un pareizi aprakstītu šūnu membrānu uzbūvi un funkcijas, kā arī īpašības, nepieciešams novērtēt fosfolipīdu struktūru raksturu, kam raksturīga strukturālā polarizācija. Kad fosfolipīdi citoplazmas ūdens vidē sasniedz kritisko koncentrāciju, tie apvienojas micellās, kas ūdens vidē ir stabilākas.
Membrānas īpašības
- Stabilitāte. Tas nozīmē, ka pēc membrānas veidošanās, visticamāk, tā nesabruks.
- Spēks. Lipīdu membrāna ir pietiekami uzticama, lai novērstu polāras vielas pāreju; gan izšķīdušās vielas (joni, glikoze, aminoskābes), gan daudz lielākas molekulas (olb altumvielas) nevar iziet cauri izveidotajai robežai.
- Dinamisks raksturs. Tas, iespējams, ir vissvarīgākais īpašums, ņemot vērā šūnas struktūru. Šūnu membrāna varvar būt pakļauti dažādām deformācijām, var salocīt un izliekt, nesabrūkot. Īpašos apstākļos, piemēram, pūslīšu saplūšanas vai pumpuru veidošanās gadījumā, to var salūzt, bet tikai īslaicīgi. Istabas temperatūrā tā lipīdu sastāvdaļas atrodas pastāvīgā, haotiskā kustībā, veidojot stabilu šķidruma robežu.
Liquid Mosaic Model
Runājot par šūnu membrānu uzbūvi un funkcijām, ir svarīgi atzīmēt, ka mūsdienu skatījumā membrānu kā šķidras mozaīkas modeli 1972. gadā uzskatīja zinātnieki Singers un Nikolsons. Viņu teorija atspoguļo trīs galvenās membrānas struktūras iezīmes. Integrālie membrānas proteīni nodrošina membrānas mozaīkas veidni, un lipīdu organizācijas mainīgā rakstura dēļ tie spēj pārvietoties uz sāniem plaknē. Transmembrānas proteīni ir arī potenciāli mobili. Svarīga membrānas struktūras iezīme ir tās asimetrija. Kāda ir šūnas struktūra? Šūnu membrāna, kodols, olb altumvielas un tā tālāk. Šūna ir dzīvības pamatvienība, un visi organismi sastāv no vienas vai vairākām šūnām, katrai no tām ir dabiska barjera, kas to atdala no apkārtējās vides. Šo šūnas ārējo robežu sauc arī par plazmas membrānu. To veido četri dažādu veidu molekulas: fosfolipīdi, holesterīns, olb altumvielas un ogļhidrāti. Šķidrās mozaīkas modelis apraksta šūnu membrānas struktūru šādi: elastīga un elastīga, pēc konsistences līdzīga augu eļļai, lai vissatsevišķās molekulas vienkārši peld šķidrā vidē, un tās visas spēj pārvietoties uz sāniem šajā apvalkā. Mozaīka ir kaut kas, kas satur daudz dažādu detaļu. Plazmas membrānā to pārstāv fosfolipīdi, holesterīna molekulas, olb altumvielas un ogļhidrāti.
Fosfolipīdi
Fosfolipīdi veido šūnu membrānas pamatstruktūru. Šīm molekulām ir divi atšķirīgi gali: galva un aste. Galvas gals satur fosfātu grupu un ir hidrofils. Tas nozīmē, ka to piesaista ūdens molekulas. Aste sastāv no ūdeņraža un oglekļa atomiem, ko sauc par taukskābju ķēdēm. Šīs ķēdes ir hidrofobas, tām nepatīk jaukties ar ūdens molekulām. Šis process ir līdzīgs tam, kas notiek, ielejot ūdenī augu eļļu, tas ir, tā tajā nešķīst. Šūnu membrānas strukturālās iezīmes ir saistītas ar tā saukto lipīdu divslāņu slāni, kas sastāv no fosfolipīdiem. Hidrofilā fosfāta galviņas vienmēr atrodas tur, kur ir ūdens intracelulāra un ārpusšūnu šķidruma veidā. Fosfolipīdu hidrofobās astes membrānā ir sakārtotas tā, lai tās atturētu no ūdens.
Holesterīns, olb altumvielas un ogļhidrāti
Kad cilvēki dzird vārdu "holesterīns", cilvēki parasti domā, ka tas ir slikti. Tomēr holesterīns patiesībā ir ļoti svarīga šūnu membrānu sastāvdaļa. Tās molekulas sastāv no četriem ūdeņraža un oglekļa atomu gredzeniem. Tie ir hidrofobi un sastopami starp lipīdu divslāņa hidrofobajām astēm. To nozīme slēpjas tajāsaglabājot konsistenci, tie nostiprina membrānas, novēršot pāreju. Holesterīna molekulas arī pasargā fosfolipīdu astes no saskares un sacietēšanas. Tas garantē plūstamību un elastību. Membrānas proteīni darbojas kā fermenti, kas paātrina ķīmiskās reakcijas, darbojas kā receptori specifiskām molekulām vai transportē vielas cauri šūnu membrānai.
Ogļhidrāti jeb saharīdi ir atrodami tikai šūnas membrānas ārpusšūnu pusē. Kopā tie veido glikokaliksu. Tas nodrošina plazmas membrānas amortizāciju un aizsardzību. Pamatojoties uz ogļhidrātu struktūru un veidu glikokaliksā, organisms var atpazīt šūnas un noteikt, vai tām ir jābūt vai nē.
Membrānas proteīni
Dzīvnieka šūnas šūnu membrānas uzbūve nav iedomājama bez tik nozīmīgas sastāvdaļas kā proteīns. Neskatoties uz to, tie var būt ievērojami zemāki par citu svarīgu sastāvdaļu - lipīdiem. Ir trīs galvenie membrānas proteīni.
- Integrāls. Tie pilnībā pārklāj divslāņu, citoplazmu un ārpusšūnu vidi. Tie veic transporta un signalizācijas funkciju.
- Perifērija. Olb altumvielas ir pievienotas membrānai ar elektrostatiskām vai ūdeņraža saitēm to citoplazmas vai ārpusšūnu virsmās. Tie galvenokārt tiek izmantoti kā integrālo proteīnu piesaistes līdzeklis.
- Transmembrānas. Tie veic fermentatīvās un signalizācijas funkcijas, kā arī modulē membrānas lipīdu divslāņu pamatstruktūru.
Bioloģisko membrānu funkcijas
Hidrofobais efekts, kas regulē ogļūdeņražu uzvedību ūdenī, kontrolē struktūras, ko veido membrānas lipīdi un membrānas proteīni. Daudzas membrānu īpašības piešķir lipīdu divslāņu nesēji, kas veido visu bioloģisko membrānu pamatstruktūru. Integrālie membrānas proteīni ir daļēji paslēpti lipīdu divslānī. Transmembrānas proteīniem ir specializēta aminoskābju organizācija to primārajā secībā.
Perifērās membrānas proteīni ir ļoti līdzīgi šķīstošajiem, taču tie ir arī saistīti ar membrānu. Specializētām šūnu membrānām ir īpašas šūnu funkcijas. Kā šūnu membrānu struktūra un funkcijas ietekmē ķermeni? Visa organisma funkcionalitāte ir atkarīga no tā, kā ir sakārtotas bioloģiskās membrānas. No intracelulāriem organelliem, membrānu ārpusšūnu un starpšūnu mijiedarbībām tiek veidotas bioloģisko funkciju organizēšanai un veikšanai nepieciešamās struktūras. Daudzas strukturālas un funkcionālas iezīmes ir kopīgas baktērijām, eikariotu šūnām un apvalkotajiem vīrusiem. Visas bioloģiskās membrānas ir veidotas uz lipīdu divslāņa, kas nosaka vairāku kopīgu īpašību klātbūtni. Membrānas proteīniem ir daudz specifisku funkciju.
- Kontrolē. Šūnu plazmas membrānas nosaka šūnas mijiedarbības robežas ar vidi.
- Transports. Šūnu intracelulārās membrānas ir sadalītas vairākos funkcionālos blokos ar dažādiemiekšējais sastāvs, no kuriem katru atbalsta nepieciešamā transporta funkcija apvienojumā ar kontroles caurlaidību.
- Signāla pārraide. Membrānas saplūšana nodrošina mehānismu intracelulārai vezikulārai paziņošanai un neļauj dažāda veida vīrusiem brīvi iekļūt šūnā.
Jēga un secinājumi
Šūnu ārējās membrānas struktūra ietekmē visu ķermeni. Tam ir svarīga loma integritātes aizsardzībā, ļaujot iekļūt tikai izvēlētām vielām. Tas ir arī labs pamats citoskeleta un šūnu sienas nostiprināšanai, kas palīdz saglabāt šūnas formu. Lipīdi veido apmēram 50% no lielākās daļas šūnu membrānas masas, lai gan tas atšķiras atkarībā no membrānas veida. Zīdītāju ārējās šūnu membrānas struktūra ir sarežģītāka, tajā ir četri galvenie fosfolipīdi. Svarīga lipīdu divslāņu īpašība ir tāda, ka tie darbojas kā divdimensiju šķidrums, kurā atsevišķas molekulas var brīvi griezties un pārvietoties uz sāniem. Šāda plūstamība ir svarīga membrānu īpašība, ko nosaka atkarībā no temperatūras un lipīdu sastāva. Pateicoties ogļūdeņraža gredzena struktūrai, holesterīnam ir nozīme membrānu plūstamības noteikšanā. Bioloģisko membrānu selektīvā caurlaidība pret mazām molekulām ļauj šūnai kontrolēt un uzturēt savu iekšējo struktūru.
Ņemot vērā šūnas struktūru (šūnas membrānu, kodolu utt.), varam secināt, kaka organisms ir pašregulējoša sistēma, kas nevar sev kaitēt bez ārējas palīdzības un vienmēr meklēs veidus, kā atjaunot, aizsargāt un pareizi funkcionēt katru šūnu.
