Parmi les fonctions suivantes, laquelle remplit la membrane cellulaire ? Membrane cellulaire : sa structure et ses fonctions

Ce n’est un secret pour personne, tous les êtres vivants de notre planète sont constitués de cellules, ces innombrables « » matières organiques. Les cellules, à leur tour, sont entourées d'une coque protectrice spéciale - une membrane qui joue un rôle très important dans la vie de la cellule et dans les fonctions membrane cellulaire ne se limitent pas seulement à la protection cellulaire, mais représentent un mécanisme complexe impliqué dans la reproduction, la nutrition et la régénération cellulaire.

Qu'est-ce qu'une membrane cellulaire

Le mot « membrane » lui-même est traduit du latin par « film », bien qu'une membrane ne soit pas simplement une sorte de film dans lequel une cellule est enveloppée, mais une combinaison de deux films reliés l'un à l'autre et ayant des propriétés différentes. En fait, la membrane cellulaire est une membrane lipoprotéique (graisse-protéine) à trois couches qui sépare chaque cellule des cellules voisines et de l'environnement, et réalise des échanges contrôlés entre les cellules et l'environnement, c'est la définition académique de ce qu'est une membrane cellulaire. est.

L’importance de la membrane est tout simplement énorme, car elle sépare non seulement une cellule d’une autre, mais assure également l’interaction de la cellule avec les autres cellules et avec l’environnement.

Histoire de la recherche sur les membranes cellulaires

Une contribution importante à l'étude de la membrane cellulaire a été apportée par deux scientifiques allemands Gorter et Grendel en 1925. C'est alors qu'ils ont réussi à mener une expérience biologique complexe sur les globules rouges - les érythrocytes, au cours de laquelle les scientifiques ont obtenu ce qu'on appelle les « ombres », des coquilles vides d'érythrocytes, qu'ils ont empilées en une seule pile et ont mesuré la surface, et également calculé la quantité de lipides qu'ils contiennent. Sur la base de la quantité de lipides obtenus, les scientifiques sont arrivés à la conclusion qu'ils sont précisément contenus dans la double couche de la membrane cellulaire.

En 1935, deux autres chercheurs sur la membrane cellulaire, cette fois les Américains Daniel et Dawson, après une série de longues expériences, établirent la teneur en protéines de la membrane cellulaire. Il n’y avait pas d’autre moyen d’expliquer pourquoi la membrane avait une tension superficielle si élevée. Les scientifiques ont intelligemment présenté un modèle de membrane cellulaire en forme de sandwich, dans lequel le rôle du pain est joué par des couches homogènes de lipides et de protéines, et entre elles, au lieu d'huile, il y a des vides.

En 1950, avec l'avènement théorie électronique Daniel et Dawson ont pu le confirmer par des observations pratiques : sur les micrographies de la membrane cellulaire, les couches de têtes lipidiques et protéiques ainsi que l'espace vide entre elles étaient clairement visibles.

En 1960, le biologiste américain J. Robertson a développé une théorie sur la structure à trois couches des membranes cellulaires, qui pendant longtempsétait considéré comme le seul vrai, mais avec la poursuite du développement science, des doutes ont commencé à surgir quant à son infaillibilité. Ainsi, par exemple, du point de vue, il serait difficile et laborieux pour les cellules de transporter les nutriments nécessaires à travers l'ensemble du « sandwich ».

Et ce n’est qu’en 1972 que les biologistes américains S. Singer et G. Nicholson ont pu expliquer les incohérences de la théorie de Robertson en utilisant un nouveau modèle fluide-mosaïque de la membrane cellulaire. En particulier, ils ont constaté que la membrane cellulaire n'est pas homogène dans sa composition, de plus, elle est asymétrique et remplie de liquide. De plus, les cellules sont constamment en mouvement. Et les protéines notoires qui font partie de la membrane cellulaire ont des structures et des fonctions différentes.

Propriétés et fonctions de la membrane cellulaire

Voyons maintenant quelles fonctions remplit la membrane cellulaire :

La fonction barrière de la membrane cellulaire est la membrane comme une véritable garde-frontière, surveillant les limites de la cellule, retardant et empêchant le passage des molécules nocives ou simplement inappropriées.

Fonction de transport de la membrane cellulaire - la membrane n'est pas seulement une garde-frontière à la porte de la cellule, mais aussi une sorte de poste de contrôle douanier ; des substances utiles sont constamment échangées à travers elle avec d'autres cellules et l'environnement.

Fonction matricielle - c'est la membrane cellulaire qui détermine l'emplacement les uns par rapport aux autres et régule l'interaction entre elles.

Fonction mécanique - est responsable de limiter une cellule par rapport à une autre et, en même temps, de connecter correctement les cellules les unes aux autres, de les former en un tissu homogène.

La fonction protectrice de la membrane cellulaire constitue la base de la construction du bouclier protecteur de la cellule. Dans la nature, un exemple de cette fonction serait bois dur, peau dense, coque protectrice, tout cela grâce à fonction de protection membranes.

La fonction enzymatique est une autre fonction importante assurée par certaines protéines de la cellule. Par exemple, grâce à cette fonction, la synthèse des enzymes digestives se produit dans l'épithélium intestinal.

De plus, en plus de tout cela, des échanges cellulaires se produisent à travers la membrane cellulaire, qui peuvent avoir lieu selon trois réactions différentes :

• La phagocytose est un échange cellulaire dans lequel les cellules phagocytaires intégrées dans la membrane capturent et digèrent divers nutriments.
• La pinocytose est le processus de capture par la membrane cellulaire des molécules liquides en contact avec elle. Pour ce faire, des vrilles spéciales se forment à la surface de la membrane, qui semblent entourer une goutte de liquide, formant une bulle, qui est ensuite « avalée » par la membrane.
• L'exocytose est un processus inverse lorsqu'une cellule libère un fluide fonctionnel sécrétoire à la surface à travers la membrane.

Structure de la membrane cellulaire

Il existe trois classes de lipides dans la membrane cellulaire :

• les phospholipides (qui sont une combinaison de graisses et de phosphore),
• glycolipides (une combinaison de graisses et de glucides),
• cholestérol

Les phospholipides et les glycolipides, quant à eux, sont constitués d’une tête hydrophile dans laquelle s’étendent deux longues queues hydrophobes. Le cholestérol occupe l'espace entre ces queues, les empêchant de se plier ; tout cela, dans certains cas, rend la membrane de certaines cellules très rigide. En plus de tout cela, les molécules de cholestérol organisent la structure de la membrane cellulaire.

Mais quoi qu'il en soit, partie importante La structure de la membrane cellulaire est constituée d'une protéine, ou plutôt de différentes protéines qui jouent différents rôles importants. Malgré la diversité des protéines contenues dans la membrane, il y a quelque chose qui les unit : les lipides annulaires sont situés autour de toutes les protéines membranaires. Les lipides annulaires sont des graisses structurées spéciales qui servent en quelque sorte de coque protectrice aux protéines, sans lesquelles elles ne fonctionneraient tout simplement pas.

La structure de la membrane cellulaire comporte trois couches : la base de la membrane cellulaire est une couche bilipidique liquide homogène. Les protéines le recouvrent des deux côtés comme une mosaïque. Ce sont les protéines, en plus des fonctions décrites ci-dessus, qui jouent également le rôle de canaux particuliers par lesquels les substances incapables de pénétrer à travers la couche liquide de la membrane traversent la membrane. Ceux-ci incluent, par exemple, les ions potassium et sodium ; pour leur pénétration à travers la membrane, la nature prévoit des canaux ioniques spéciaux dans les membranes cellulaires. Autrement dit, les protéines assurent la perméabilité des membranes cellulaires.

Si nous regardons la membrane cellulaire au microscope, nous verrons une couche de lipides formée de petites molécules sphériques sur lesquelles nagent les protéines comme sur la mer. Vous savez maintenant quelles substances composent la membrane cellulaire.

Vidéo sur la membrane cellulaire

Et enfin, une vidéo pédagogique sur la membrane cellulaire.

La branche de la biologie appelée cytologie étudie la structure des organismes, ainsi que des plantes, des animaux et des humains. Les scientifiques ont découvert que le contenu de la cellule qui se trouve à l'intérieur est assez complexe. Il est entouré de ce qu'on appelle l'appareil de surface, qui comprend la membrane cellulaire externe, des structures supra-membranaires : le glycocalyx ainsi que des microfilaments, des pelicules et des microtubules qui forment son complexe sous-membranaire.

Dans cet article, nous étudierons la structure et les fonctions de la membrane cellulaire externe incluse dans l'appareil de surface. divers types cellules.

Quelles fonctions remplit la membrane cellulaire externe ?

Comme décrit précédemment, la membrane externe fait partie de l'appareil de surface de chaque cellule, qui sépare avec succès son contenu interne et protège les organites cellulaires des conditions environnementales défavorables. Une autre fonction est d'assurer l'échange de substances entre le contenu cellulaire et le liquide tissulaire, de sorte que la membrane cellulaire externe transporte les molécules et les ions entrant dans le cytoplasme et aide également à éliminer les déchets et les excès. substances toxiques de la cellule.

Structure de la membrane cellulaire

Les membranes, ou membranes plasmiques, des différents types de cellules diffèrent grandement les unes des autres. Principalement, structure chimique, ainsi que la teneur relative en lipides, glycoprotéines, protéines et, par conséquent, la nature des récepteurs qui s'y trouvent. L'externe, qui est déterminé principalement par la composition individuelle des glycoprotéines, participe à la reconnaissance des stimuli environnementaux et aux réactions de la cellule elle-même à leurs actions. Certains types de virus peuvent interagir avec les protéines et les glycolipides des membranes cellulaires, pénétrant ainsi dans la cellule. Les virus de l’herpès et de la grippe peuvent être utilisés pour construire leur coque protectrice.

Et les virus et les bactéries, appelés bactériophages, s'attachent à la membrane cellulaire et la dissolvent au point de contact à l'aide d'une enzyme spéciale. Ensuite, une molécule d’ADN viral passe dans le trou résultant.

Caractéristiques de la structure de la membrane plasmique des eucaryotes

Rappelons que la membrane cellulaire externe remplit la fonction de transport, c'est-à-dire le transfert de substances entrant et sortant de celle-ci vers l'environnement extérieur. Pour mener à bien un tel processus, une structure particulière est nécessaire. En effet, le plasmalemme est un système permanent et universel d’appareils de surface. Il s'agit d'un film multicouche fin (2-10 Nm) mais assez dense qui recouvre toute la cellule. Sa structure a été étudiée en 1972 par des scientifiques tels que D. Singer et G. Nicholson, qui ont également créé un modèle fluide-mosaïque de la membrane cellulaire.

Les principaux composés chimiques qui le forment sont des molécules ordonnées de protéines et de certains phospholipides, qui sont noyées dans un milieu lipidique liquide et ressemblent à une mosaïque. Ainsi, la membrane cellulaire est constituée de deux couches de lipides dont les « queues » hydrophobes non polaires sont situées à l'intérieur de la membrane, et les têtes hydrophiles polaires font face au cytoplasme cellulaire et au liquide intercellulaire.

La couche lipidique est pénétrée par de grosses molécules protéiques qui forment des pores hydrophiles. C'est à travers eux qu'ils sont transportés solutions aqueuses glucose et sels minéraux. Certaines molécules de protéines sont situées à la fois à l'extérieur et à la surface. surface intérieure plasmalemmes. Ainsi, sur la membrane cellulaire externe des cellules de tous les organismes dotés de noyaux se trouvent des molécules de glucides liées par des liaisons covalentes aux glycolipides et aux glycoprotéines. La teneur en glucides des membranes cellulaires varie de 2 à 10 %.

La structure du plasmalemme des organismes procaryotes

La membrane cellulaire externe des procaryotes remplit des fonctions similaires aux membranes plasmiques des cellules des organismes nucléaires, à savoir : perception et transmission d'informations provenant de l'environnement extérieur, transport d'ions et de solutions dans et hors de la cellule, protection du cytoplasme contre les corps étrangers. réactifs de l’extérieur. Il peut former des mésosomes, des structures qui apparaissent lorsque la membrane plasmique est invaginée dans la cellule. Ils peuvent contenir des enzymes impliquées dans les réactions métaboliques des procaryotes, par exemple la réplication de l'ADN et la synthèse des protéines.

Les mésosomes contiennent également des enzymes rédox et les produits photosynthétiques contiennent de la bactériochlorophylle (chez les bactéries) et de la phycobiline (chez les cyanobactéries).

Le rôle des membranes externes dans les contacts intercellulaires

Continuant à répondre à la question de savoir quelles fonctions remplit la membrane cellulaire externe, attardons-nous sur son rôle. Dans les cellules végétales, des pores se forment dans les parois de la membrane cellulaire externe, qui passent dans la couche de cellulose. À travers eux, le cytoplasme de la cellule peut sortir vers l'extérieur ; ces canaux minces sont appelés plasmodesmes.

Grâce à eux, la connexion entre les cellules végétales voisines est très forte. Dans les cellules humaines et animales, les points de contact entre les membranes cellulaires adjacentes sont appelés desmosomes. Ils sont caractéristiques des cellules endothéliales et épithéliales et se retrouvent également dans les cardiomyocytes.

Formations auxiliaires du plasmalemme

Il est utile de comprendre en quoi les cellules végétales diffèrent des cellules animales en étudiant les caractéristiques structurelles de leurs membranes plasmiques, qui dépendent des fonctions de la membrane cellulaire externe. Au-dessus, dans les cellules animales, se trouve une couche de glycocalyx. Il est formé de molécules polysaccharidiques associées à des protéines et des lipides de la membrane cellulaire externe. Grâce au glycocalyx, l'adhésion (collage) se produit entre les cellules, conduisant à la formation de tissus, elle participe donc à la fonction de signalisation du plasmalemme - reconnaissance des stimuli environnementaux.

Comment s’effectue le transport passif de certaines substances à travers les membranes cellulaires ?

Comme mentionné précédemment, la membrane cellulaire externe est impliquée dans le processus de transport des substances entre la cellule et environnement externe. Il existe deux types de transport à travers le plasmalemme : le transport passif (diffusion) et actif. Le premier comprend la diffusion, la diffusion facilitée et l’osmose. Le mouvement des substances le long d'un gradient de concentration dépend avant tout de la masse et de la taille des molécules traversant la membrane cellulaire. Par exemple, de petites molécules non polaires se dissolvent facilement dans la couche lipidique médiane du plasmalemme, la traversent et se retrouvent dans le cytoplasme.

Les grosses molécules de substances organiques pénètrent dans le cytoplasme à l'aide de protéines porteuses spéciales. Ils ont une spécificité d'espèce et, lorsqu'ils se connectent à une particule ou à un ion, les transfèrent passivement à travers la membrane selon un gradient de concentration sans dépense d'énergie (transport passif). Ce processus est à la base d'une propriété du plasmalemme telle que la perméabilité sélective. Pendant le processus, l’énergie des molécules d’ATP n’est pas utilisée et la cellule la conserve pour d’autres réactions métaboliques.

Transport actif de composés chimiques à travers le plasmalemme

Puisque la membrane cellulaire externe assure le transfert des molécules et des ions de l'environnement extérieur vers la cellule et inversement, il devient possible d'éliminer les produits de dissimilation, qui sont des toxines, à l'extérieur, c'est-à-dire dans le liquide intercellulaire. se produit contre un gradient de concentration et nécessite l’utilisation d’énergie sous forme de molécules d’ATP. Cela implique également des protéines porteuses appelées ATPases, qui sont également des enzymes.

Un exemple d'un tel transport est la pompe sodium-potassium (les ions sodium se déplacent du cytoplasme vers l'environnement externe et les ions potassium sont pompés dans le cytoplasme). Les cellules épithéliales des intestins et des reins en sont capables. Les variétés de cette méthode de transfert sont les processus de pinocytose et de phagocytose. Ainsi, après avoir étudié les fonctions remplies par la membrane cellulaire externe, il peut être établi que les protistes hétérotrophes, ainsi que les cellules d'organismes animaux supérieurs, par exemple les leucocytes, sont capables des processus de pino- et de phagocytose.

Processus bioélectriques dans les membranes cellulaires

Il a été établi qu'il existe une différence de potentiel entre la surface externe de la membrane plasmique (elle est chargée positivement) et la couche murale du cytoplasme, qui est chargée négativement. C’est ce qu’on appelle le potentiel de repos et il est inhérent à toutes les cellules vivantes. Et le tissu nerveux a non seulement un potentiel de repos, mais est également capable de conduire de faibles biocourants, appelés processus d'excitation. Les membranes externes des cellules nerveuses-neurones, recevant une irritation des récepteurs, commencent à changer de charge : les ions sodium pénètrent massivement dans la cellule et la surface du plasmalemme devient électronégative. Et la couche pariétale du cytoplasme, en raison d'un excès de cations, reçoit charge positive. Ceci explique pourquoi la membrane cellulaire externe du neurone est rechargée, ce qui provoque la conduction de l'influx nerveux qui est à la base du processus d'excitation.

1 – tête polaire de la molécule phospholipidique

2 – queue d’acide gras de la molécule phospholipidique

3 – protéine intégrale

4 – protéine périphérique

5 – protéine semi-intégrale

6 – glycoprotéine

7 - glycolipide

La membrane cellulaire externe est inhérente à toutes les cellules (animales et végétales), a une épaisseur d'environ 7,5 (jusqu'à 10) nm et est constituée de molécules lipidiques et protéiques.

Actuellement, le modèle fluide-mosaïque de construction de membrane cellulaire est très répandu. Selon ce modèle, les molécules lipidiques sont disposées en deux couches, leurs extrémités hydrofuges (hydrophobes – liposolubles) se faisant face, et leurs extrémités hydrosolubles (hydrophiles) tournées vers la périphérie. Les molécules de protéines sont intégrées dans la couche lipidique. Certains d'entre eux sont situés sur la surface externe ou interne de la partie lipidique, d'autres sont partiellement immergés ou pénètrent à travers la membrane.

Fonctions des membranes :

Protecteur, frontière, barrière ;

Transport;

Récepteur - réalisé grâce aux protéines - les récepteurs, qui ont une capacité sélective envers certaines substances (hormones, antigènes, etc.), entrent en interactions chimiques avec elles, conduisent des signaux dans la cellule ;

Participer à la formation des contacts intercellulaires ;

Assurer le mouvement de certaines cellules (mouvement des amibes).

Les cellules animales ont une fine couche de glycocalyx au-dessus de la membrane cellulaire externe. C'est un complexe de glucides avec des lipides et de glucides avec des protéines. Le glycocalice est impliqué dans les interactions intercellulaires. Les membranes cytoplasmiques de la plupart des organites cellulaires ont exactement la même structure.

Dans les cellules végétales, en dehors de la membrane cytoplasmique. il y a une paroi cellulaire constituée de cellulose.

Transport de substances à travers la membrane cytoplasmique .

Il existe deux mécanismes principaux permettant aux substances d’entrer ou de sortir de la cellule :

1.Transport passif.

2.Transport actif.

Le transport passif de substances s'effectue sans consommation d'énergie. Un exemple d'un tel transport est la diffusion et l'osmose, dans lesquelles le mouvement de molécules ou d'ions se produit d'une zone de forte concentration vers une zone de concentration plus faible, par exemple des molécules d'eau.

Transport actif - dans ce type de transport, les molécules ou les ions pénètrent dans la membrane selon un gradient de concentration, ce qui nécessite de l'énergie. Un exemple de transport actif est la pompe sodium-potassium, qui pompe activement le sodium hors de la cellule et absorbe les ions potassium de l'environnement externe, les transportant dans la cellule. La pompe est une protéine membranaire spéciale qui entraîne l'ATP.

Le transport actif assure le maintien d’un volume cellulaire et d’un potentiel membranaire constants.

Le transport de substances peut être réalisé par endocytose et exocytose.

L'endocytose est la pénétration de substances dans la cellule, l'exocytose est à partir de la cellule.

Au cours de l'endocytose, la membrane plasmique forme des invaginations ou des saillies qui enveloppent ensuite la substance et, une fois libérées, se transforment en vésicules.

Il existe deux types d'endocytose :

1) phagocytose - absorption de particules solides (cellules phagocytaires),

2) pinocytose - absorption de matière liquide. La pinocytose est caractéristique des protozoaires amiboïdes.

Par exocytose, diverses substances sont éliminées des cellules : les restes alimentaires non digérés sont éliminés des vacuoles digestives, et leur sécrétion liquide est éliminée des cellules sécrétoires.

Cytoplasme –(cytoplasme + noyau forment protoplasme). Le cytoplasme est constitué d'une substance fondamentale aqueuse (matrice cytoplasmique, hyaloplasme, cytosol) et de divers organites et inclusions qu'elle contient.

Inclusions– déchets des cellules. Il existe 3 groupes d'inclusions - signification trophique, sécrétoire (cellules des glandes) et spéciale (pigment).

Organites – Ce sont des structures permanentes du cytoplasme qui remplissent certaines fonctions dans la cellule.

Les organites sont isolés sens général et spécial. Les spéciaux se trouvent dans la plupart des cellules, mais ne sont présents en quantités significatives que dans les cellules qui remplissent une fonction spécifique. Il s'agit notamment des microvillosités des cellules épithéliales intestinales, des cils de l'épithélium de la trachée et des bronches, des flagelles, des myofibrilles (assurant la contraction musculaire, etc.).

Les organites d'importance générale comprennent le RE, le complexe de Golgi, les mitochondries, les ribosomes, les lysosomes, les centrioles du centre cellulaire, les peroxysomes, les microtubules et les microfilaments. Dans les cellules végétales, il y a des plastes et des vacuoles. Les organites d'importance générale peuvent être divisés en organites ayant une structure membranaire et non membranaire.

Les organites à structure membranaire sont soit à double membrane, soit à simple membrane. Les mitochondries et les plastes sont classés comme cellules à double membrane. Les cellules monomembranaires comprennent le réticulum endoplasmique, le complexe de Golgi, les lysosomes, les peroxysomes et les vacuoles.

Organites dépourvus de membranes : ribosomes, centre cellulaire, microtubules, microfilaments.

Mitochondries – ce sont des organites de forme ronde ou ovale. Ils sont constitués de deux membranes : interne et externe. La membrane interne comporte des projections appelées crêtes, qui divisent les mitochondries en compartiments. Les compartiments sont remplis d'une substance - matrice. La matrice contient de l'ADN, de l'ARNm, de l'ARNt, des ribosomes, des sels de calcium et de magnésium. La biosynthèse autonome des protéines se produit ici. La fonction principale des mitochondries est la synthèse de l'énergie et son accumulation dans les molécules d'ATP. De nouvelles mitochondries se forment dans la cellule à la suite de la division des anciennes.

Plastides – organites trouvés principalement dans les cellules végétales. Il en existe trois types : les chloroplastes, qui contiennent un pigment vert ; chromoplastes (pigments rouges, jaunes, oranges) ; leucoplastes (incolores).

Les chloroplastes, grâce au pigment vert chlorophylle, sont capables de synthétiser matière organiqueà partir de l'inorganique, en utilisant l'énergie solaire.

Les chromoplastes donnent des couleurs vives aux fleurs et aux fruits.

Les leucoplastes sont capables d'accumuler des nutriments de réserve : amidon, lipides, protéines, etc.

Réticulum endoplasmique ( PSE ) est un système complexe de vacuoles et de canaux délimités par des membranes. Il existe des PSE lisses (agranulaires) et rugueux (granulaires). Smooth n'a pas de ribosomes sur sa membrane. Il contient la synthèse des lipides, des lipoprotéines, l'accumulation et l'élimination des substances toxiques de la cellule. Le ER granulaire possède des ribosomes sur ses membranes dans lesquels les protéines sont synthétisées. Les protéines entrent ensuite dans le complexe de Golgi et ressortent de là.

Complexe de Golgi (appareil de Golgi) Il s'agit d'un empilement de sacs membranaires aplatis - des citernes et d'un système de bulles associé. Un empilement de citernes s’appelle un dictyosome.

Fonctions du complexe de Golgi : modification des protéines, synthèse des polysaccharides, transport des substances, formation des membranes cellulaires, formation des lysosomes.

Lysosomes – Ce sont des vésicules entourées d'une membrane contenant des enzymes. Ils effectuent la dégradation intracellulaire des substances et sont divisés en primaires et secondaires. Les lysosomes primaires contiennent des enzymes sous forme inactive. Après être entré dans les organites diverses substances Les enzymes sont activées et le processus de digestion commence - ce sont des lysosomes secondaires.

Peroxysomes ont l'apparence de bulles délimitées par une seule membrane. Ils contiennent des enzymes qui décomposent le peroxyde d’hydrogène, toxique pour les cellules.

Vacuoles – Ce sont des organites de cellules végétales contenant de la sève cellulaire. La sève cellulaire peut contenir des nutriments, des pigments et des déchets de rechange. Les vacuoles participent à la création de la pression de turgescence et à la régulation du métabolisme eau-sel.

Ribosomes – organites constitués de grandes et petites sous-unités. Ils peuvent être localisés soit sur le RE, soit librement dans la cellule, formant des polysomes. Ils sont constitués d’ARNr et de protéines et sont formés dans le nucléole. La biosynthèse des protéines se produit dans les ribosomes.

Centre cellulaire – trouvé dans les cellules des animaux, des champignons et des plantes inférieures et absent dans les plantes supérieures. Il se compose de deux centrioles et d’une sphère rayonnée. Le centriole a l'apparence d'un cylindre creux dont la paroi est constituée de 9 triplets de microtubules. Lorsque les cellules se divisent, elles forment des fils de fuseau mitotique, qui assurent la séparation des chromatides en anaphase de la mitose et des chromosomes homologues lors de la méiose.

Microtubules – formations tubulaires de différentes longueurs. Ils font partie des centrioles, des fuseaux mitotiques, des flagelles, des cils, remplissent une fonction de soutien et favorisent le mouvement des structures intracellulaires.

Microfilaments – formations minces filamenteuses situées dans tout le cytoplasme, mais elles sont surtout nombreuses sous la membrane cellulaire. Avec les microtubules, ils forment le cytosquelette cellulaire, déterminent le flux du cytoplasme, les mouvements intracellulaires des vésicules, des chloroplastes et d'autres organites.

Évolution cellulaire

Il y a deux étapes dans l'évolution d'une cellule :

1. Chimique.

2. Biologique.

Étape chimique a commencé il y a environ 4,5 milliards d’années. Sous l'influence rayonnement ultraviolet, les rayonnements, les décharges de foudre (sources d'énergie), la formation d'abord de composés chimiques simples - monomères, puis de composés plus complexes - polymères et leurs complexes (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques).

L'étape biologique de la formation cellulaire commence par l'apparition de probiontes - des systèmes complexes isolés capables de s'auto-reproduire, de s'autoréguler et de sélection naturelle. Les probiontes sont apparus il y a 3 à 3,8 milliards d'années. Les premières cellules procaryotes, les bactéries, sont issues des probiontes. Les cellules eucaryotes ont évolué à partir des procaryotes (il y a 1 à 1,4 milliards d'années) de deux manières :

1) Par symbiose de plusieurs cellules procaryotes - c'est une hypothèse symbiotique ;

2) Par invagination de la membrane cellulaire. L’essence de l’hypothèse de l’invagination est que la cellule procaryote contenait plusieurs génomes attachés à la paroi cellulaire. Puis l'invagination s'est produite - l'invagination, le délacage de la membrane cellulaire, et ces génomes se sont transformés en mitochondries, en chloroplastes et en noyau.

Différenciation et spécialisation cellulaire .

La différenciation est la formation de différents types de cellules et de tissus au cours du développement organisme multicellulaire. Une hypothèse associe la différenciation à l'expression des gènes dans le processus développement individuel. L'expression est le processus de transformation de certains gènes en travail, qui crée les conditions d'une synthèse ciblée de substances. Ainsi, les tissus se développent et se spécialisent dans un sens ou dans l’autre.

Informations connexes.

Délimitatif ( barrière) - séparer le contenu cellulaire de l'environnement extérieur ;

Réguler les échanges entre la cellule et l'environnement ;

Ils divisent les cellules en compartiments, ou compartiments, destinés à certaines voies métaboliques spécialisées ( partage);

C'est le siège de certaines réactions chimiques (réactions lumineuses de photosynthèse dans les chloroplastes, phosphorylation oxydative lors de la respiration dans les mitochondries) ;

Assurer la communication entre les cellules des tissus des organismes multicellulaires ;

Transport- effectue le transport transmembranaire.

Récepteur- sont l'emplacement des sites récepteurs qui reconnaissent les stimuli externes.

Transport de substancesà travers la membrane - l'une des principales fonctions de la membrane, assurant l'échange de substances entre la cellule et l'environnement extérieur. Selon la consommation d'énergie pour le transfert des substances, on distingue :

transport passif, ou diffusion facilitée ;

transport actif (sélectif) avec la participation de l'ATP et des enzymes.

transport sous emballage à membrane. Il existe l'endocytose (dans la cellule) et l'exocytose (hors de la cellule) - des mécanismes qui transportent les grosses particules et les macromolécules à travers la membrane. Au cours de l'endocytose, la membrane plasmique forme une invagination, ses bords fusionnent et une vésicule est libérée dans le cytoplasme. La vésicule est délimitée du cytoplasme par une seule membrane, qui fait partie de la membrane cytoplasmique externe. Il existe la phagocytose et la pinocytose. La phagocytose est l'absorption de grosses particules assez dures. Par exemple, la phagocytose des lymphocytes, des protozoaires, etc. La pinocytose est le processus de capture et d'absorption de gouttelettes de liquide contenant des substances dissoutes.

L'exocytose est le processus d'élimination de diverses substances de la cellule. Lors de l'exocytose, la membrane de la vésicule, ou vacuole, fusionne avec la membrane cytoplasmique externe. Le contenu de la vésicule est éliminé au-delà de la surface cellulaire et la membrane est incluse dans la membrane cytoplasmique externe.

Au coeur passif le transport des molécules non chargées réside dans la différence entre les concentrations d'hydrogène et de charges, c'est-à-dire gradient électrochimique. Les substances se déplaceront d’une zone avec un gradient plus élevé vers une zone avec un gradient plus faible. La vitesse du transport dépend de la différence de pente.

La diffusion simple est le transport de substances directement à travers la bicouche lipidique. Caractéristique des gaz, molécules apolaires ou petites molécules polaires non chargées, solubles dans les graisses. L'eau pénètre rapidement dans la bicouche car sa molécule est petite et électriquement neutre. La diffusion de l’eau à travers les membranes s’appelle l’osmose.

La diffusion à travers les canaux membranaires est le transport de molécules chargées et d'ions (Na, K, Ca, Cl) pénétrant à travers la membrane en raison de la présence de protéines spéciales formant des canaux qui forment des pores d'eau.

La diffusion facilitée est le transport de substances utilisant des protéines de transport spéciales. Chaque protéine est responsable d'une molécule ou d'un groupe de molécules apparentées strictement défini, interagit avec elle et se déplace à travers la membrane. Par exemple, les sucres, les acides aminés, les nucléotides et autres molécules polaires.

Transport actif réalisée par des protéines porteuses (ATPase) contre un gradient électrochimique, avec consommation d'énergie. Sa source est constituée de molécules d'ATP. Par exemple, le sodium est une pompe à potassium.

La concentration de potassium à l'intérieur de la cellule est beaucoup plus élevée qu'à l'extérieur, et le sodium, vice versa. Par conséquent, les cations potassium et sodium diffusent passivement à travers les pores d’eau de la membrane selon un gradient de concentration. Ceci s'explique par le fait que la perméabilité de la membrane aux ions potassium est supérieure à celle des ions sodium. En conséquence, le potassium se diffuse hors de la cellule plus rapidement que le sodium dans la cellule. Cependant, pour le fonctionnement normal des cellules, un certain rapport de 3 ions potassium et 2 ions sodium est nécessaire. Par conséquent, il existe une pompe sodium-potassium dans la membrane qui pompe activement le sodium hors de la cellule et le potassium dans la cellule. Cette pompe est une protéine membranaire transmembranaire capable de réarrangements conformationnels. Par conséquent, il peut attacher à lui-même des ions potassium et sodium (antiport). Le processus est gourmand en énergie :

De l'intérieur de la membrane, les ions sodium et une molécule d'ATP pénètrent dans la protéine pompe, et les ions potassium proviennent de l'extérieur.

Les ions sodium se combinent avec molécule de protéine, et la protéine acquiert une activité ATPase, c'est-à-dire la capacité de provoquer l'hydrolyse de l'ATP, qui s'accompagne de la libération d'énergie qui entraîne la pompe.

Le phosphate libéré lors de l'hydrolyse de l'ATP se fixe sur la protéine, c'est-à-dire phosphoryle la protéine.

La phosphorylation provoque des changements conformationnels dans la protéine ; elle devient incapable de retenir les ions sodium. Ils sont libérés et sortent de la cellule.

La nouvelle conformation de la protéine favorise l'attachement des ions potassium à celle-ci.

L'ajout d'ions potassium provoque une déphosphorylation de la protéine. Il change à nouveau de conformation.

Un changement de conformation des protéines entraîne la libération d’ions potassium à l’intérieur de la cellule.

La protéine est à nouveau prête à attacher des ions sodium à elle-même.

En un cycle de fonctionnement, la pompe pompe 3 ions sodium de la cellule et pompe 2 ions potassium.

Cytoplasme– un composant obligatoire de la cellule, situé entre l’appareil superficiel de la cellule et le noyau. Il s'agit d'un complexe structurel hétérogène complexe composé de :

hyaloplasme

organites (composants permanents du cytoplasme)

les inclusions sont des composants temporaires du cytoplasme.

Matrice cytoplasmique(hyaloplasme) est le contenu interne de la cellule - une solution colloïdale incolore, épaisse et transparente. Les composants de la matrice cytoplasmique réalisent les processus de biosynthèse dans la cellule et contiennent les enzymes nécessaires à la production d'énergie, principalement dues à la glycolyse anaérobie.

Propriétés fondamentales de la matrice cytoplasmique.

Détermine les propriétés colloïdales de la cellule. Avec les membranes intracellulaires du système vacuolaire, il peut être considéré comme un système colloïdal hautement hétérogène ou multiphasé.

Fournit un changement dans la viscosité du cytoplasme, une transition d'un gel (plus épais) à un sol (plus liquide), qui se produit sous l'influence de facteurs externes et internes.

Fournit la cyclose, le mouvement amiboïde, la division cellulaire et le mouvement des pigments dans les chromatophores.

Détermine la polarité de l'emplacement des composants intracellulaires.

Fournit les propriétés mécaniques des cellules - élasticité, capacité à fusionner, rigidité.

Organites– des structures cellulaires permanentes qui garantissent que la cellule remplit des fonctions spécifiques. Selon les caractéristiques structurelles, on les distingue :

organites membranaires - ont une structure membranaire. Ils peuvent être monomembranaires (RE, appareil de Golgi, lysosomes, vacuoles de cellules végétales). Double membrane (mitochondries, plastes, noyau).

Organites non membranaires - n'ont pas de structure membranaire (chromosomes, ribosomes, centre cellulaire, cytosquelette).

Les organites à usage général sont caractéristiques de toutes les cellules : noyau, mitochondries, centre cellulaire, appareil de Golgi, ribosomes, EPS, lysosomes. Lorsque les organites sont caractéristiques de certains types de cellules, on les appelle organites spécialisés (par exemple, myofibrilles qui contractent une fibre musculaire).

Réticulum endoplasmique- une structure unique et continue dont la membrane forme de nombreuses invaginations et plis qui ressemblent à des tubules, des microvacuoles et de grandes citernes. Les membranes ER sont reliées d’une part à la membrane cytoplasmique cellulaire et d’autre part à l’enveloppe externe de la membrane nucléaire.

Il existe deux types de PSE : rugueux et lisse.

Dans le RE rugueux ou granuleux, les citernes et les tubules sont associés aux ribosomes. est la face externe de la membrane. Le RE lisse ou agranulaire n’a aucun lien avec les ribosomes. C'est la face interne de la membrane.

L'extérieur de la cellule est recouvert d'une membrane plasmique (ou membrane cellulaire externe) d'environ 6 à 10 nm d'épaisseur.

La membrane cellulaire est un film dense de protéines et de lipides (principalement des phospholipides). Les molécules lipidiques sont disposées de manière ordonnée - perpendiculairement à la surface, en deux couches, de sorte que leurs parties qui interagissent intensément avec l'eau (hydrophiles) soient dirigées vers l'extérieur et que leurs parties inertes vis-à-vis de l'eau (hydrophobes) soient dirigées vers l'intérieur.

Les molécules de protéines sont situées dans une couche non continue à la surface de la structure lipidique des deux côtés. Certains d’entre eux plongent dans la couche lipidique, d’autres la traversent, formant des zones perméables à l’eau. Ces protéines remplissent diverses fonctions - certaines d'entre elles sont des enzymes, d'autres sont des protéines de transport impliquées dans le transfert de certaines substances de l'environnement vers le cytoplasme et dans le sens opposé.

Fonctions de base de la membrane cellulaire

L'une des principales propriétés des membranes biologiques est la perméabilité sélective (semi-perméabilité)- certaines substances les traversent difficilement, d'autres facilement et même vers des concentrations plus élevées. Ainsi, pour la plupart des cellules, la concentration en ions Na à l'intérieur est nettement inférieure à celle des cellules. environnement. La relation inverse est typique pour les ions K : leur concentration à l'intérieur de la cellule est plus élevée qu'à l'extérieur. Par conséquent, les ions Na ont toujours tendance à pénétrer dans la cellule et les ions K ont toujours tendance à en sortir. L'égalisation des concentrations de ces ions est empêchée par la présence dans la membrane d'un système spécial qui joue le rôle d'une pompe, qui pompe les ions Na hors de la cellule et pompe simultanément les ions K à l'intérieur.

La tendance des ions Na à se déplacer de l’extérieur vers l’intérieur est utilisée pour transporter les sucres et les acides aminés dans la cellule. Avec l'élimination active des ions Na de la cellule, des conditions sont créées pour l'entrée de glucose et d'acides aminés dans celle-ci.

Dans de nombreuses cellules, les substances sont également absorbées par phagocytose et pinocytose. À phagocytose la membrane externe flexible forme une petite dépression dans laquelle tombe la particule capturée. Cet évidement s'agrandit et, entourée d'une section de la membrane externe, la particule est immergée dans le cytoplasme de la cellule. Le phénomène de phagocytose est caractéristique des amibes et de certains autres protozoaires, ainsi que des leucocytes (phagocytes). Les cellules absorbent de la même manière les liquides contenant les substances nécessaires à la cellule. Ce phénomène a été appelé pinocytose.

Les membranes externes des différentes cellules diffèrent considérablement dans les deux cas. composition chimique leurs protéines et lipides, et par leur teneur relative. Ce sont ces caractéristiques qui déterminent la diversité de l'activité physiologique des membranes de diverses cellules et leur rôle dans la vie des cellules et des tissus.

AVEC membrane extérieure reliés par le réticulum endoplasmique de la cellule. A l'aide de membranes extérieures, ils sont réalisés Divers types contacts intercellulaires, c'est-à-dire communication entre les cellules individuelles.

De nombreux types de cellules se caractérisent par la présence à leur surface grande quantité saillies, plis, microvillosités. Ils contribuent à la fois à une augmentation significative de la surface cellulaire et à une amélioration du métabolisme, ainsi qu’à des connexions plus fortes entre les cellules individuelles.

Les cellules végétales ont des membranes épaisses à l'extérieur de la membrane cellulaire, clairement visibles au microscope optique, constituées de fibres (cellulose). Ils créent un support solide pour les tissus végétaux (bois).

Certaines cellules animales possèdent également un certain nombre de structures externes situées au-dessus de la membrane cellulaire et ont un caractère protecteur. Un exemple est la chitine des cellules tégumentaires des insectes.

Fonctions de la membrane cellulaire (brièvement)