Millist järgmistest funktsioonidest täidab rakumembraan? Rakumembraan: selle struktuur ja funktsioonid

Kellelegi pole saladus, et kõik meie planeedi elusolendid koosnevad nende rakkudest, nendest lugematutest "" orgaanilistest ainetest. Rakke omakorda ümbritseb spetsiaalne kaitsemembraan – membraan, millel on väga oluline roll raku elus ja funktsioonid. rakumembraan ei piirdu ainult raku kaitsmisega, vaid esindavad kõige keerulisemat mehhanismi, mis on seotud raku paljunemise, toitumise ja regenereerimisega.

Mis on rakumembraan

Sõna "membraan" ise on ladina keelest tõlgitud kui "kile", kuigi membraan ei ole lihtsalt kile, millesse rakk on mähitud, vaid kahe omavahel ühendatud ja erinevate omadustega kile kombinatsioon. Tegelikult on rakumembraan kolmekihiline lipoproteiini (rasvvalk) kest, mis eraldab iga raku naaberrakkudest ja keskkonnast ning teostab kontrollitud vahetust rakkude ja keskkonna vahel, see on raku akadeemiline määratlus. membraan on.

Membraani väärtus on lihtsalt tohutu, sest see mitte ainult ei eralda üht rakku teisest, vaid tagab ka raku koostoime nii teiste rakkudega kui ka keskkonnaga.

Rakumembraanide uurimise ajalugu

Olulise panuse rakumembraani uurimisse andsid kaks Saksa teadlast Gorter ja Grendel juba 1925. aastal. Siis õnnestus neil punaste vereliblede - erütrotsüütidega läbi viia kompleksne bioloogiline katse, mille käigus said teadlased nn "varjud", tühjad erütrotsüütide kestad, mis volditi üheks hunnikuks ja mõõdeti pindala, ja ka arvutas neis sisalduvate lipiidide koguse. Saadud lipiidide hulga põhjal jõudsid teadlased järeldusele, et neist piisab täpselt rakumembraani topeltkihi jaoks.

1935. aastal tegi teine ​​paar rakumembraani-uurijaid, seekord ameeriklased Daniel ja Dawson, pärast mitmeid pikki katseid kindlaks valgusisalduse rakumembraanis. Muidu oli võimatu seletada, miks membraanil on nii suur pindpinevus. Teadlased esitasid nutikalt võileiva kujul oleva rakumembraani mudeli, milles leiva rolli täidavad homogeensed lipiid-valgukihid ja nende vahel on või asemel tühjus.

1950. aastal tulekuga elektrooniline teooria Danieli ja Dawsoni kinnitasid juba praktilised vaatlused – rakumembraani mikrofotodel oli selgelt näha lipiidide ja valgupeade kihid ning ka tühi ruum nende vahel.

1960. aastal töötas Ameerika bioloog J. Robertson välja teooria rakumembraanide kolmekihilise struktuuri kohta, mis kaua aega peeti ainsaks tõeliseks, kuid koos edasine areng teadus, hakkasid ilmnema kahtlused selle eksimatuse suhtes. Nii et näiteks rakkude seisukohalt oleks vajalike kasulike ainete transportimine läbi kogu “võileiva” keeruline ja töömahukas.

Ja alles 1972. aastal suutsid Ameerika bioloogid S. Singer ja G. Nicholson selgitada Robertsoni teooria ebakõlasid rakumembraani uue vedeliku-mosaiikmudeli abil. Eelkõige leidsid nad, et rakumembraan ei ole koostiselt homogeenne, pealegi on see asümmeetriline ja vedelikuga täidetud. Lisaks on rakud pidevas liikumises. Ja rakumembraani moodustavatel kurikuulsatel valkudel on erinev struktuur ja funktsioonid.

Rakumembraani omadused ja funktsioonid

Vaatame nüüd, milliseid funktsioone rakumembraan täidab:

Rakumembraani barjäärfunktsioon – membraan kui tõeline piirivalvur seisab valvel raku piiride üle, viivitab, ei lase läbi kahjulikke või lihtsalt sobimatuid molekule

Rakumembraani transpordifunktsioon - membraan pole mitte ainult piirivalve raku väravates, vaid ka omamoodi tollipunkt, vahetus käib sellest pidevalt läbi kasulikud ained teiste rakkude ja keskkonnaga.

Maatriksifunktsioon - see on rakumembraan, mis määrab üksteise suhtes asukoha, reguleerib nendevahelist interaktsiooni.

Mehaaniline funktsioon - vastutab ühe raku piiramise eest teisest ja paralleelselt rakkude õige ühendamise eest üksteisega, nende moodustumise eest homogeenseks koeks.

Rakumembraani kaitsefunktsioon on raku kaitsekilbi ehitamise aluseks. Looduses oleks selle funktsiooni näide lehtpuu, tihe koor, kaitsev kest, kõik tänu kaitsefunktsioon membraanid.

Ensümaatiline funktsioon on veel üks oluline funktsioon, mida mõned rakuvalgud täidavad. Näiteks selle funktsiooni tõttu toimub seedeensüümide süntees sooleepiteelis.

Lisaks kõigele sellele toimub rakumembraani kaudu rakkude metabolism, mis võib toimuda kolme erineva reaktsioonina:

• Fagotsütoos on rakuvahetus, mille käigus membraani sisseehitatud fagotsüütrakud püüavad kinni ja seedivad erinevaid toitaineid.
• Pinotsütoos - on rakumembraani, sellega kokkupuutes olevate vedelikumolekulide kinnipüüdmise protsess. Selleks moodustuvad membraani pinnale spetsiaalsed kõõlused, mis justkui ümbritsevad vedelikutilka, moodustades mulli, mille membraan hiljem “alla neelab”.
• Eksotsütoos – on pöördprotsess, mille käigus rakk vabastab sekretoorse funktsionaalse vedeliku läbi membraani pinnale.

Rakumembraani struktuur

Rakumembraanis on kolm lipiidide klassi:

• fosfolipiidid (need on rasvade ja fosfori kombinatsioon),
• glükolipiidid (rasvade ja süsivesikute kombinatsioon),
• kolesterooli.

Fosfolipiidid ja glükolipiidid koosnevad omakorda hüdrofiilsest peast, millesse ulatuvad kaks pikka hüdrofoobset saba. Kolesterool seevastu hõivab nende sabade vahelise ruumi, takistades nende paindumist, kõik see muudab teatud rakkude membraani teatud juhtudel väga jäigaks. Lisaks kõigele sellele reguleerivad kolesterooli molekulid rakumembraani struktuuri.

Aga olgu nii, aga enamik oluline osa Rakumembraani struktuur on valk, õigemini erinevad valgud, mis mängivad erinevaid olulisi rolle. Vaatamata membraanis sisalduvate valkude mitmekesisusele, on midagi, mis neid ühendab – rõngakujulised lipiidid paiknevad kõigi membraanivalkude ümber. Rõngakujulised lipiidid on spetsiaalsed struktureeritud rasvad, mis toimivad valkude kaitsekestana, ilma milleta need lihtsalt ei töötaks.

Rakumembraani struktuur on kolmekihiline: rakumembraani aluseks on homogeenne vedel lipiidikiht. Valgud katavad seda mõlemalt poolt nagu mosaiik. Just valgud täidavad lisaks ülalkirjeldatud funktsioonidele ka omapäraste kanalite rolli, mille kaudu membraani läbivad ained, mis ei suuda membraani vedelat kihti tungida. Nende hulka kuuluvad näiteks kaaliumi- ja naatriumioonid, nende membraanist läbitungimiseks pakub loodus rakumembraanide spetsiaalseid ioonkanaleid. Teisisõnu tagavad valgud rakumembraanide läbilaskvuse.

Kui vaatame rakumembraani läbi mikroskoobi, näeme lipiidide kihti, mis on moodustunud väikestest sfäärilistest molekulidest, millel hõljuvad valgud nagu merel. Nüüd teate, millised ained on rakumembraani osa.

Rakumembraan, video

Ja lõpuks õpetlik video rakumembraani kohta.

Organismide, aga ka taimede, loomade ja inimeste ehituse uurimine on bioloogia haru, mida nimetatakse tsütoloogiaks. Teadlased on leidnud, et selle sees oleva raku sisu on üsna keeruline. Seda ümbritseb nn pinnaaparaat, mis hõlmab raku välismembraani, membraaniüleseid struktuure: glükokalüks ja mikrofilamendid, peliikulid ja mikrotuubulid, mis moodustavad selle submembraanse kompleksi.

Selles artiklis uurime välise rakumembraani struktuuri ja funktsioone, mis on osa pinnaaparaadist. mitmesugused rakud.

Millised on raku välismembraani funktsioonid?

Nagu varem kirjeldatud, on välismembraan iga raku pinnaaparaadi osa, mis eraldab edukalt selle sisemise sisu ja kaitseb rakuorganelle ebasoodsate keskkonnatingimuste eest. Teine ülesanne on tagada ainete vahetus rakusisu ja koevedeliku vahel, seetõttu transpordib välimine rakumembraan tsütoplasmasse sisenevaid molekule ja ioone, samuti aitab eemaldada toksiine ja ülejääke. mürgised ained rakust.

Rakumembraani struktuur

Erinevat tüüpi rakkude membraanid ehk plasmalemmad on üksteisest väga erinevad. Peamiselt keemiline struktuur, samuti neis sisalduvate lipiidide, glükoproteiinide, valkude suhteline sisaldus ja vastavalt ka neis paiknevate retseptorite olemus. Väline, mille määrab peamiselt glükoproteiinide individuaalne koostis, osaleb keskkonna stiimulite äratundmises ja raku enda reaktsioonides nende tegevusele. Teatud tüüpi viirused võivad interakteeruda rakumembraanide valkude ja glükolipiididega, mille tulemusena nad tungivad rakku. Herpes- ja gripiviirused võivad oma kaitsekesta ehitada.

Ja viirused ja bakterid, nn bakteriofaagid, kinnituvad rakumembraanile ja lahustavad selle kokkupuutepunktis spetsiaalse ensüümi abil. Seejärel liigub moodustunud auku viiruse DNA molekul.

Eukarüootide plasmamembraani struktuuri tunnused

Tuletage meelde, et raku välimine membraan täidab transpordi funktsiooni, see tähendab ainete ülekandmist sellesse ja sealt välja väliskeskkonda. Sellise protsessi läbiviimiseks on vaja spetsiaalset struktuuri. Tõepoolest, plasmalemma on kõigi jaoks pidev ja universaalne pinnaaparaadi süsteem. See on õhuke (2-10 Nm), kuid üsna tihe mitmekihiline kile, mis katab kogu raku. Selle struktuuri uurisid 1972. aastal sellised teadlased nagu D. Singer ja G. Nicholson, nad lõid ka rakumembraani vedeliku-mosaiikmudeli.

Peamised seda moodustavad keemilised ühendid on valkude ja teatud fosfolipiidide järjestatud molekulid, mis paiknevad vedelas lipiidkeskkonnas ja meenutavad mosaiiki. Seega koosneb rakumembraan kahest lipiidide kihist, mille mittepolaarsed hüdrofoobsed "sabad" asuvad membraani sees ning polaarsed hüdrofiilsed pead on suunatud raku tsütoplasma ja rakkudevahelise vedeliku poole.

Lipiidikihti tungivad läbi suured valgumolekulid, mis moodustavad hüdrofiilseid poore. Just nende kaudu vesilahused glükoos ja mineraalsoolad. Mõned valgumolekulid asuvad nii välis- kui ka pealispinnal sisepind plasmalemma. Seega on kõigi tuumadega organismide rakkude välisel rakumembraanil süsivesikute molekulid, mis on seotud kovalentsete sidemetega glükolipiidide ja glükoproteiinidega. Süsivesikute sisaldus rakumembraanides on vahemikus 2 kuni 10%.

Prokarüootsete organismide plasmalemma struktuur

Prokarüootide välimine rakumembraan täidab sarnaseid funktsioone tuumaorganismide rakkude plasmamembraanidega, nimelt: väliskeskkonnast tuleva teabe tajumine ja edastamine, ioonide ja lahuste transport rakku ja sealt välja ning raku kaitsmine. tsütoplasma välistest reaktiividest. See võib moodustada mesosoome - struktuure, mis tekivad siis, kui plasmalemma tungib rakku. Need võivad sisaldada ensüüme, mis osalevad prokarüootide metaboolsetes reaktsioonides, näiteks DNA replikatsioonis, valkude sünteesis.

Mesosoomid sisaldavad ka redoksensüüme, fotosünteetikumid aga bakterioklorofülli (bakterites) ja fükobiliini (tsüanobakterites).

Välismembraanide roll rakkudevahelistes kontaktides

Jätkates vastamist küsimusele, milliseid funktsioone täidab välimine rakumembraan, peatume pikemalt selle rollil taimerakkudes Taimerakkudes tekivad raku välismembraani seintesse poorid, mis lähevad tselluloosikihti. Nende kaudu on võimalik raku tsütoplasma väljumine väljapoole, selliseid õhukesi kanaleid nimetatakse plasmodesmaatideks.

Tänu neile on ühendus naabertaimerakkude vahel väga tugev. Inimese ja looma rakkudes nimetatakse külgnevate rakumembraanide kokkupuutekohti desmosoomideks. Need on iseloomulikud endoteeli- ja epiteelirakkudele ning neid leidub ka kardiomüotsüütides.

Plasmalemma abimoodustised

Et mõista, kuidas taimerakud loomadest erinevad, aitab see uurida nende plasmamembraanide struktuurseid iseärasusi, mis sõltuvad sellest, milliseid funktsioone raku välimine membraan täidab. Loomarakkudes on selle kohal glükokalüksi kiht. Selle moodustavad polüsahhariidimolekulid, mis on seotud raku välismembraani valkude ja lipiididega. Tänu glükokalüksile toimub rakkude vahel adhesioon (kleepumine), mis viib kudede moodustumiseni, mistõttu osaleb see plasmalemma signaalimisfunktsioonis - keskkonna stiimulite äratundmises.

Kuidas toimub teatud ainete passiivne transport läbi rakumembraanide

Nagu varem mainitud, osaleb raku välimine membraan ainete transportimise protsessis raku ja väliskeskkond. Plasmalemma kaudu on kahte tüüpi transporti: passiivne (difusioon) ja aktiivne transport. Esimene hõlmab difusiooni, hõlbustatud difusiooni ja osmoosi. Ainete liikumine piki kontsentratsioonigradienti sõltub eelkõige rakumembraani läbivate molekulide massist ja suurusest. Näiteks väikesed mittepolaarsed molekulid lahustuvad kergesti plasmalemma keskmises lipiidikihis, liiguvad sellest läbi ja satuvad tsütoplasmasse.

Suured orgaaniliste ainete molekulid tungivad spetsiaalsete kandevalkude abil tsütoplasmasse. Need on liigispetsiifilised ja koos osakese või iooniga transpordivad need passiivselt läbi membraani mööda kontsentratsioonigradienti (passiivne transport) energiat kulutamata. Selle protsessi aluseks on plasmalemma selline omadus nagu selektiivne läbilaskvus. Protsessis ei kasutata ATP molekulide energiat ning rakk säästab seda muudeks metaboolseteks reaktsioonideks.

Keemiliste ühendite aktiivne transport läbi plasmalemma

Kuna raku välimine membraan tagab molekulide ja ioonide ülekande väliskeskkonnast rakku ja tagasi, on võimalik eemaldada dissimilatsiooniproduktid, mis on toksiinid, väljapoole ehk rakkudevahelisse vedelikku. toimub kontsentratsioonigradiendi vastu ja nõuab energia kasutamist ATP molekulide kujul. See hõlmab ka kandevalke, mida nimetatakse ATPaasideks, mis on samuti ensüümid.

Sellise transpordi näiteks on naatrium-kaaliumpump (naatriumioonid liiguvad tsütoplasmast väliskeskkonda ja kaaliumiioonid pumbatakse tsütoplasmasse). Soole ja neerude epiteelirakud on selleks võimelised. Selle ülekandemeetodi variandid on pinotsütoosi ja fagotsütoosi protsessid. Seega, olles uurinud, milliseid funktsioone raku välimine membraan täidab, saab kindlaks teha, et heterotroofsed protistid, aga ka kõrgemate loomorganismide rakud, näiteks leukotsüüdid, on võimelised pino- ja fagotsütoosiks.

Bioelektrilised protsessid rakumembraanides

On kindlaks tehtud, et plasmalemma välispinna (see on positiivselt laetud) ja tsütoplasma parietaalkihi vahel, mis on negatiivselt laetud, on potentsiaalide erinevus. Seda nimetati puhkepotentsiaaliks ja see on omane kõigile elusrakkudele. Ja närvikoel pole mitte ainult puhkepotentsiaali, vaid see on võimeline juhtima ka nõrku biovoolusid, mida nimetatakse ergastusprotsessiks. Närvirakkude-neuronite välismembraanid, mis saavad retseptorite ärritust, hakkavad muutma laenguid: naatriumioonid sisenevad massiliselt rakku ja plasmalemma pind muutub elektronegatiivseks. Ja tsütoplasma parietaalne kiht saab katioonide liigse tõttu vastu positiivne laeng. See seletab, miks neuroni välimine rakumembraan laetakse uuesti, mis põhjustab ergastusprotsessi aluseks olevate närviimpulsside juhtivuse.

1 - fosfolipiidimolekuli polaarne pea

2 - fosfolipiidimolekuli rasvhappe saba

3 - lahutamatu valk

4 - perifeerne valk

5 - poolintegreeritud valk

6 - glükoproteiin

7 - glükolipiid

Väline rakumembraan on omane kõikidele rakkudele (loomadele ja taimedele), selle paksus on umbes 7,5 (kuni 10) nm ning koosneb lipiidi- ja valgumolekulidest.

Praegu on rakumembraani ehituse vedelik-mosaiikmudel laialt levinud. Selle mudeli järgi on lipiidimolekulid paigutatud kahte kihti, kusjuures nende vetthülgavad otsad (hüdrofoobsed - rasvlahustuvad) on vastamisi ja vees lahustuvad (hüdrofiilsed) - perifeeria poole. Valgu molekulid on sisestatud lipiidikihti. Mõned neist paiknevad lipiidse osa välis- või sisepinnal, teised on osaliselt kastetud või tungivad läbi ja läbi membraani.

Membraani funktsioonid :

Kaitse-, piirde-, tõkkepuu;

Transport;

Retseptor - toimub valkude arvelt - retseptorid, millel on teatud ainete (hormoonid, antigeenid jne) suhtes selektiivne võime, astuvad nendega keemilistesse interaktsioonidesse, juhivad raku sees signaale;

Osaleda rakkudevaheliste kontaktide loomisel;

Need tagavad mõnede rakkude liikumise (amööboidne liikumine).

Loomarakkudel on välimise rakumembraani peal õhuke glükokalüksi kiht. See on süsivesikute kompleks koos lipiididega ja süsivesikute kompleks valkudega. Glükokalüks osaleb rakkudevahelistes interaktsioonides. Enamiku rakuorganellide tsütoplasmaatilised membraanid on täpselt sama struktuuriga.

Taimerakkudes väljaspool tsütoplasmamembraani. rakusein koosneb tselluloosist.

Ainete transport läbi tsütoplasmaatilise membraani .

Ainete sisenemiseks rakku või rakust väljapoole on kaks peamist mehhanismi:

1. Passiivne transport.

2. Aktiivne transport.

Ainete passiivne transport toimub ilma energiakuluta. Sellise transpordi näiteks on difusioon ja osmoos, mille käigus molekulide või ioonide liikumine viiakse läbi kõrge kontsentratsiooniga piirkonnast madalama kontsentratsiooniga piirkonda, näiteks veemolekulid.

Aktiivne transport – seda tüüpi transpordi puhul tungivad molekulid või ioonid membraani vastu kontsentratsioonigradienti, mis nõuab energiat. Aktiivse transpordi näiteks on naatrium-kaaliumpump, mis pumpab aktiivselt naatriumi rakust välja ja neelab väliskeskkonnast kaaliumiioone, kandes need rakku. Pump on spetsiaalne membraanivalk, mis paneb selle ATP-ga liikuma.

Aktiivne transport säilitab konstantse rakumahu ja membraanipotentsiaali.

Aineid saab transportida endotsütoosi ja eksotsütoosi teel.

Endotsütoos – ainete tungimine rakku, eksotsütoos – rakust välja.

Endotsütoosi ajal moodustab plasmamembraan invaginatsiooni või väljakasvud, mis seejärel ümbritsevad ainet ja muutuvad pärast mahajätmist vesiikuliteks.

Endotsütoosi on kahte tüüpi:

1) fagotsütoos - tahkete osakeste (fagotsüütide rakkude) imendumine,

2) pinotsütoos - vedela materjali imendumine. Pinotsütoos on iseloomulik amööboidsetele algloomadele.

Eksotsütoosi teel eemaldatakse rakkudest mitmesugused ained: seedimata toidujäägid eemaldatakse seedevakuoolidest, sekretoorsetest rakkudest eemaldatakse nende vedel saladus.

Tsütoplasma -(tsütoplasma + tuumavormi protoplasma). Tsütoplasma koosneb vesisest jahvatatud ainest (tsütoplasmaatiline maatriks, hüaloplasma, tsütosool) ning selles sisalduvatest erinevatest organellidest ja inklusioonidest.

Kaasamised - raku jääkproduktid. Inklusioone on 3 rühma - troofilised, sekretoorsed (näärmerakud) ja erilised (pigmendi) väärtused.

Organellid - Need on tsütoplasma püsivad struktuurid, mis täidavad rakus teatud funktsioone.

Eraldage organellid üldine tähendus ja eriline. Spetsiaalseid leidub enamikus rakkudes, kuid neid esineb märkimisväärsel hulgal ainult rakkudes, mis täidavad teatud funktsiooni. Nende hulka kuuluvad sooleepiteelirakkude mikrovillid, hingetoru ja bronhide epiteeli ripsmed, lipud, müofibrillid (mis tagavad lihaste kontraktsiooni jne).

Üldise tähtsusega organellid on EPS, Golgi kompleks, mitokondrid, ribosoomid, lüsosoomid, rakukeskuse tsentrioolid, peroksisoomid, mikrotuubulid, mikrofilamendid. Taimerakud sisaldavad plastiide ja vakuoole. Üldise tähtsusega organellid võib jagada membraaniga ja mittemembraanse struktuuriga organellideks.

Membraanstruktuuriga organellid on kahe- ja ühemembraanilised. Kahe membraaniga rakud hõlmavad mitokondreid ja plastiide. Ühemembraanile - endoplasmaatiline retikulum, Golgi kompleks, lüsosoomid, peroksisoomid, vakuoolid.

Membraanita organellid: ribosoomid, rakukeskus, mikrotuubulid, mikrofilamendid.

Mitokondrid – Need on ümmargused või ovaalsed organellid. Need koosnevad kahest membraanist: sisemine ja välimine. Sisemembraanil on väljakasvud - cristae, mis jagavad mitokondrid sektsioonideks. Sektsioonid on täidetud ainega – maatriksiga. Maatriks sisaldab DNA-d, mRNA-d, tRNA-d, ribosoome, kaltsiumi- ja magneesiumisooli. Siin toimub valkude biosüntees. Mitokondrite põhiülesanne on energia süntees ja selle akumuleerimine ATP molekulides. Uued mitokondrid tekivad rakus vanade jagunemise tulemusena.

plastiidid – organellid, mida leidub valdavalt taimerakkudes. Neid on kolme tüüpi: rohelist pigmenti sisaldavad kloroplastid; kromoplastid (punase, kollase, oranži värvi pigmendid); leukoplastid (värvitu).

Kloroplastid on tänu rohelisele pigmendile klorofüllile võimelised sünteesima orgaaniline aine anorgaanilisest, kasutades päikeseenergiat.

Kromoplastid annavad lilledele ja puuviljadele erksad värvid.

Leukoplastid on võimelised koguma varutoitaineid: tärklist, lipiide, valke jne.

Endoplasmaatiline retikulum ( EPS ) on keeruline vakuoolide ja kanalite süsteem, mis on piiratud membraanidega. On sile (agranulaarne) ja kare (granulaarne) EPS. Smooth'i membraanil ei ole ribosoome. See sisaldab lipiidide, lipoproteiinide sünteesi, toksiliste ainete kogunemist ja eemaldamist rakust. Granuleeritud EPS-i membraanidel on ribosoomid, milles sünteesitakse valke. Seejärel sisenevad valgud Golgi kompleksi ja sealt välja.

Golgi kompleks (Golgi aparaat) on lamestatud membraankottide virn – tsisternid ja nendega seotud mullide süsteem. Tsisternide virna nimetatakse diktüosoomiks.

Golgi kompleksi funktsioonid : valkude modifitseerimine, polüsahhariidide süntees, ainete transport, rakumembraani moodustumine, lüsosoomide moodustumine.

Lüsosoomid – on membraaniga seotud vesiikulid, mis sisaldavad ensüüme. Nad teostavad ainete intratsellulaarset lõhustamist ja jagunevad primaarseks ja sekundaarseks. Primaarsed lüsosoomid sisaldavad ensüüme mitteaktiivses vormis. Pärast organellidesse sisenemist erinevaid aineid ensüümid aktiveeruvad ja algab seedimisprotsess – need on sekundaarsed lüsosoomid.

Peroksisoomid neil on ühe membraaniga piiratud mullide välimus. Need sisaldavad ensüüme, mis lagundavad rakkudele mürgist vesinikperoksiidi.

Vacuoolid – Need on taimeraku organellid, mis sisaldavad rakumahla. Rakumahl võib sisaldada varutoitaineid, pigmente ja jääkaineid. Vakuoolid osalevad turgorurõhu loomises, vee-soola ainevahetuse reguleerimises.

Ribosoomid – organellid, mis koosnevad suurtest ja väikestest allüksustest. Need võivad paikneda kas ER-l või vabalt paikneda rakus, moodustades polüsoome. Need koosnevad rRNA-st ja valgust ning toodetakse tuumas. Valkude süntees toimub ribosoomides.

Rakukeskus – leidub loomade, seente, madalamate taimede rakkudes ja puudub kõrgemates taimedes. See koosneb kahest tsentrioolist ja kiirgussfäärist. Tsentriool on õõnsa silindri kuju, mille sein koosneb 9 mikrotuubuli kolmikust. Jagunemisel moodustavad rakud mitootilise spindli niidid, mis tagavad mitoosi anafaasis kromatiidide ja meioosi ajal homoloogsete kromosoomide lahknemise.

mikrotuubulid – erineva pikkusega torukujulised moodustised. Need on osa tsentrioolidest, mitootilisest spindlist, flagellast, ripsmetest, täidavad tugifunktsiooni, soodustavad rakusiseste struktuuride liikumist.

Mikrokiud – filamentsed õhukesed moodustised, mis paiknevad kogu tsütoplasmas, kuid eriti palju on neid rakumembraani all. Koos mikrotuubulitega moodustavad nad raku tsütoskeleti, määravad tsütoplasma voolu, vesiikulite, kloroplastide ja muude organellide rakusisese liikumise.

raku evolutsioon

Rakkude evolutsioonis on kaks etappi:

1.Keemiline.

2. Bioloogiline.

Keemiline etapp sai alguse umbes 4,5 miljardit aastat tagasi. Mõju all ultraviolettkiirgust, tekkisid kiirgus, välgulahendused (energiaallikad), esmalt lihtsad keemilised ühendid - monomeerid ja seejärel keerulisemad - polümeerid ja nende kompleksid (süsivesikud, lipiidid, valgud, nukleiinhapped).

Rakkude moodustumise bioloogiline staadium algab probioontide ilmumisega - eraldiseisvate komplekssüsteemidega, mis on võimelised isepaljunema, isereguleeruma ja looduslik valik. Probiondid tekkisid 3-3,8 miljardit aastat tagasi. Esimesed prokarüootsed rakud, bakterid, pärinesid probiontidest. Eukarüootsed rakud arenesid prokarüootidest (1–1,4 miljardit aastat tagasi) kahel viisil:

1) Mitmete prokarüootsete rakkude sümbioosi teel - see on sümbiootiline hüpotees;

2) Rakumembraani invagineerimisega. Invaginatsiooni hüpoteesi olemus seisneb selles, et prokarüootne rakk sisaldas mitut rakumembraani külge kinnitatud genoomi. Siis toimus invaginatsioon – invaginatsioon, rakumembraani eraldumine ja need genoomid muutusid mitokondriteks, kloroplastideks ja tuumaks.

Rakkude diferentseerumine ja spetsialiseerumine .

Diferentseerumine on erinevat tüüpi rakkude ja kudede moodustumine arengu käigus mitmerakuline organism. Üks hüpoteesidest on seotud diferentseerumisega geeniekspressiooniga ajal individuaalne areng. Ekspressioon on teatud geenide tööks muutmise protsess, mis loob tingimused ainete suunatud sünteesiks. Seetõttu toimub kudede areng ja spetsialiseerumine ühes või teises suunas.

Sarnane teave.

piiritlev ( barjäär) - eraldada raku sisu väliskeskkonnast;

Reguleerida raku ja keskkonna vahelist vahetust;

Jagage rakud sektsioonideks või sektsioonideks, mis on ette nähtud teatud spetsiifiliste metaboolsete radade jaoks ( eraldades);

See on teatud keemiliste reaktsioonide koht (fotosünteesi kerged reaktsioonid kloroplastides, oksüdatiivne fosforüülimine hingamise ajal mitokondrites);

Pakkuda sidet mitmerakuliste organismide kudedes olevate rakkude vahel;

Transport- teostab transmembraanset transporti.

Retseptor- on väliseid stiimuleid ära tundvate retseptorite lokaliseerimise koht.

Ainete transport läbi membraani on membraani üks juhtivaid funktsioone, mis tagab ainete vahetuse raku ja väliskeskkonna vahel. Sõltuvalt ainete ülekande energiakuludest on:

passiivne transport või hõlbustatud difusioon;

aktiivne (selektiivne) transport ATP ja ensüümide osalusel.

transport membraanpakendis. On olemas endotsütoos (rakku) ja eksotsütoos (rakust välja) – mehhanismid, mis transpordivad suuri osakesi ja makromolekule läbi membraani. Endotsütoosi ajal moodustab plasmamembraan invaginatsiooni, selle servad ühinevad ja tsütoplasmasse kinnitub vesiikul. Vesiikul on tsütoplasmast piiratud ühe membraaniga, mis on osa välimisest tsütoplasmaatilisest membraanist. Eristage fagotsütoosi ja pinotsütoosi. Fagotsütoos on suurte, pigem tahkete osakeste imendumine. Näiteks lümfotsüütide, algloomade jt fagotsütoos. Pinotsütoos on vedelikupiiskade hõivamine ja neelamine selles lahustunud ainetega.

Eksotsütoos on erinevate ainete eemaldamise protsess rakust. Eksotsütoosi ajal ühineb vesiikuli või vakuooli membraan välise tsütoplasmaatilise membraaniga. Vesiikuli sisu eemaldatakse rakupinnalt ja membraan lisatakse välimisse tsütoplasmamembraani.

Keskmiselt passiivne laenguta molekulide transport on vesiniku ja laengute kontsentratsioonide vahe, s.o. elektrokeemiline gradient. Ained liiguvad kõrgema gradiendiga alalt madalama gradiendiga alale. Transpordikiirus sõltub gradiendi erinevusest.

Lihtdifusioon on ainete transport otse läbi lipiidide kaksikkihi. Gaasidele iseloomulikud, mittepolaarsed või väikesed laenguta polaarsed molekulid, lahustuvad rasvades. Vesi tungib kiiresti läbi kaksikkihi, sest. selle molekul on väike ja elektriliselt neutraalne. Vee difusiooni läbi membraanide nimetatakse osmoosiks.

Difusioon läbi membraanikanalite on laetud molekulide ja ioonide (Na, K, Ca, Cl) transport, mis tungivad läbi membraani, kuna selles on veepoore moodustavaid spetsiaalseid kanaleid moodustavaid valke.

Hõlbustatud difusioon on ainete transport spetsiaalsete transportvalkude abil. Iga valk vastutab rangelt määratletud molekuli või seotud molekulide rühma eest, suhtleb sellega ja liigub läbi membraani. Näiteks suhkrud, aminohapped, nukleotiidid ja muud polaarsed molekulid.

aktiivne transport teostavad valgud - kandjad (ATPaas) elektrokeemilise gradiendi vastu energiakuluga. Selle allikaks on ATP molekulid. Näiteks naatrium-kaaliumpump.

Kaaliumi kontsentratsioon rakus on palju suurem kui väljaspool seda ja naatriumi kontsentratsioon vastupidi. Seetõttu difundeeruvad kaalium- ja naatriumkatioonid passiivselt mööda kontsentratsioonigradienti läbi membraani veepooride. See on tingitud asjaolust, et membraani läbilaskvus kaaliumiioonide jaoks on suurem kui naatriumioonide puhul. Sellest lähtuvalt difundeerub kaalium rakust kiiremini kui naatrium rakku. Raku normaalseks toimimiseks on aga vajalik teatud suhe 3 kaaliumi- ja 2 naatriumiooni. Seetõttu on membraanis naatrium-kaaliumpump, mis pumpab aktiivselt naatriumi rakust välja ja kaaliumi rakku. See pump on transmembraanne membraanivalk, mis on võimeline konformatsioonilisi ümberkorraldusi tegema. Seetõttu võib see enda külge kinnituda nii kaaliumiioone kui ka naatriumiioone (antiport). Protsess on energiamahukas:

Naatriumioonid ja ATP molekul sisenevad pumbavalgusse membraani seest ja kaaliumiioonid väljastpoolt.

Naatriumioonid kombineeritakse valgu molekul, ja valk omandab ATPaasi aktiivsuse, st. võime põhjustada ATP hüdrolüüsi, millega kaasneb pumpa käitava energia vabanemine.

ATP hüdrolüüsi käigus vabanev fosfaat kinnitub valgu külge, s.o. fosforüülib valku.

Fosforüülimine põhjustab valgu konformatsioonilise muutuse, see ei suuda säilitada naatriumioone. Nad vabastatakse ja lähevad rakust välja.

Valgu uus konformatsioon soodustab sellele kaaliumioonide lisandumist.

Kaaliumiioonide lisamine põhjustab valgu defosforüülimist. Ta muudab jälle oma kehaehitust.

Valgu konformatsiooni muutus viib kaaliumiioonide vabanemiseni rakus.

Valk on taas valmis naatriumioone enda külge kinnitama.

Ühe töötsükli jooksul pumpab pump rakust välja 3 naatriumiooni ja 2 kaaliumiiooni.

Tsütoplasma- raku kohustuslik komponent, mis on suletud raku pinnaaparaadi ja tuuma vahele. See on kompleksne heterogeenne struktuurikompleks, mis koosneb:

hüaloplasma

organellid (tsütoplasma püsivad komponendid)

kandmised - tsütoplasma ajutised komponendid.

tsütoplasmaatiline maatriks(hüaloplasma) on raku sisemine sisu – värvitu, paks ja läbipaistev kolloidne lahus. Tsütoplasmaatilise maatriksi komponendid viivad rakus läbi biosünteesi protsesse, sisaldavad peamiselt anaeroobse glükolüüsi tõttu energia tekkeks vajalikke ensüüme.

Tsütoplasmaatilise maatriksi põhiomadused.

Määrab raku kolloidsed omadused. Koos vakuolaarsüsteemi rakusiseste membraanidega võib seda pidada väga heterogeenseks või mitmefaasiliseks kolloidsüsteemiks.

Tagab tsütoplasma viskoossuse muutuse, ülemineku geelilt (paksemalt) soolile (vedelam), mis toimub väliste ja sisemiste tegurite mõjul.

Tagab tsüklosi, amööbide liikumise, rakkude jagunemise ja pigmendi liikumise kromatofoorides.

Määrab intratsellulaarsete komponentide asukoha polaarsuse.

Tagab rakkude mehaanilised omadused – elastsuse, ühinemisvõime, jäikuse.

Organellid- püsivad rakustruktuurid, mis tagavad raku poolt spetsiifiliste funktsioonide täitmise. Sõltuvalt struktuuri omadustest on olemas:

membraansed organellid - omavad membraanistruktuuri. Need võivad olla ühemembraanilised (ER, Golgi aparaat, lüsosoomid, taimerakkude vakuoolid). Topeltmembraan (mitokondrid, plastiidid, tuum).

Mittemembraansed organellid - ei oma membraanistruktuuri (kromosoomid, ribosoomid, rakukeskus, tsütoskelett).

Üldotstarbelised organellid – omased kõikidele rakkudele: tuum, mitokondrid, rakukeskus, Golgi aparaat, ribosoomid, ER, lüsosoomid. Kui organellid on teatud tüüpi rakkudele iseloomulikud, nimetatakse neid spetsiaalseteks organellideks (näiteks müofibrillid, mis tõmbavad lihaskiudu kokku).

Endoplasmaatiline retikulum- ühtne pidev struktuur, mille membraan moodustab palju invaginatsioone ja volte, mis näevad välja nagu tuubulid, mikrovakuoolid ja suured tsisternid. EPS-membraanid on ühelt poolt seotud raku tsütoplasmaatilise membraaniga ja teiselt poolt tuumamembraani väliskestaga.

EPS-i on kahte tüüpi – kare ja sile.

Karedas või granuleeritud ER-s on tsisternid ja torukesed seotud ribosoomidega. on membraani välimine külg Siledas või agranulaarses EPS-is puudub seos ribosoomidega. See on membraani sisemus.

Väljaspool on rakk kaetud umbes 6-10 nm paksuse plasmamembraaniga (või välimise rakumembraaniga).

Rakumembraan on tihe valkude ja lipiidide (peamiselt fosfolipiidide) kile. Lipiidimolekulid on paigutatud korrapäraselt - pinnaga risti, kahes kihis, nii et nende osad, mis veega intensiivselt interakteeruvad (hüdrofiilsed), on suunatud väljapoole ja vee suhtes inertsed (hüdrofoobsed) osad on suunatud sissepoole.

Valgu molekulid paiknevad mittepideva kihina lipiidide karkassi pinnal mõlemal küljel. Mõned neist on sukeldatud lipiidikihti ja mõned läbivad seda, moodustades vett läbilaskvad alad. Need valgud täidavad erinevaid funktsioone – osad neist on ensüümid, teised transpordivalgud, mis osalevad teatud ainete ülekandmisel keskkonnast tsütoplasmasse ja vastupidi.

Rakumembraani põhifunktsioonid

Bioloogiliste membraanide üks peamisi omadusi on selektiivne läbilaskvus (poolläbilaskvus)- mõned ained läbivad neid vaevaliselt, teised kergesti ja isegi suurema kontsentratsiooni suunas. Seega on enamiku rakkude puhul Na ioonide kontsentratsioon sees palju väiksem kui keskkond. K-ioonide puhul on iseloomulik vastupidine suhe: nende kontsentratsioon rakusisene on suurem kui väljaspool. Seetõttu kipuvad Na-ioonid alati rakku sisenema ja K-ioonid väljuma. Nende ioonide kontsentratsioonide ühtlustumist takistab spetsiaalse süsteemi olemasolu membraanis, mis täidab pumba rolli, mis pumpab Na ioone rakust välja ja pumpab samaaegselt K ioone sisse.

Na-ioonide soovi liikuda väljast sissepoole kasutatakse suhkrute ja aminohapete transportimiseks rakku. Na-ioonide aktiivse eemaldamisega rakust luuakse tingimused glükoosi ja aminohapete sisenemiseks sellesse.

Paljudes rakkudes toimub ainete imendumine ka fagotsütoosi ja pinotsütoosi teel. Kell fagotsütoos painduv välismembraan moodustab väikese süvendi, kuhu kinnipüütud osake siseneb. See süvend suureneb ja välismembraani osaga ümbritsetuna sukeldub osake raku tsütoplasmasse. Fagotsütoosi nähtus on iseloomulik amööbile ja mõnedele teistele algloomadele, samuti leukotsüütidele (fagotsüüdid). Samamoodi neelavad rakud vedelikke, mis sisaldavad rakule vajalikke aineid. Seda nähtust on kutsutud pinotsütoos.

Erinevate rakkude välismembraanid erinevad oluliselt mõlemas keemiline koostis nende valkude ja lipiidide ning nende suhtelise sisalduse järgi. Just need tunnused määravad erinevate rakkude membraanide füsioloogilise aktiivsuse mitmekesisuse ning nende rolli rakkude ja kudede elus.

FROM välimine membraan raku endoplasmaatiline retikulum on ühendatud. Välismembraanide abil erinevad tüübid rakkudevahelised kontaktid, st. side üksikute rakkude vahel.

Paljusid rakutüüpe iseloomustab nende pinnal esinemine suur hulk väljaulatuvad osad, voldid, mikrovillid. Need aitavad kaasa nii rakkude pindala olulisele suurenemisele kui ka ainevahetuse parandamisele, aga ka üksikute rakkude tugevamatele sidemetele.

Rakumembraani välisküljel on taimerakkudel optilises mikroskoobis selgelt nähtavad paksud membraanid, mis koosnevad tselluloosist (tselluloosist). Need loovad taimekudedele (puidule) tugeva toe.

Mõnedel loomse päritoluga rakkudel on ka mitmeid väliseid struktuure, mis paiknevad rakumembraani peal ja on kaitsva iseloomuga. Näiteks võib tuua putukate katterakkude kitiin.

Rakumembraani funktsioonid (lühidalt)