Kādas ir šūnas membrānas galvenās funkcijas. Galvenās membrānu funkcijas

Īss apraksts:

Sazonovs V.F. 1_1 Šūnu membrānas struktūra [Elektroniskais resurss] // Kineziologs, 2009-2018: [vietne]. Atjaunināšanas datums: 06.02.2018..__.201_). _Aprakstīta šūnas membrānas uzbūve un funkcionēšana (sinonīmi: plazmolema, plazmolemma, biomembrāna, šūnu membrāna, ārējā šūnu membrāna, šūnu membrāna, citoplazmas membrāna). Šī sākotnējā informācija ir nepieciešama gan citoloģijai, gan nervu darbības procesu izpratnei: nervu uzbudinājums, inhibīcija, sinapses un sensoro receptoru darbs.

šūnu membrāna (plazma a lemma vai plazma par lemma)

Jēdziena definīcija

Šūnu membrāna (sinonīmi: plazmolema, plazmolemma, citoplazmas membrāna, biomembrāna) ir trīskārša lipoproteīna (t.i. "tauku-proteīna") membrāna, kas atdala šūnu no apkārtējās vides un veic kontrolētu apmaiņu un komunikāciju starp šūnu un tās vidi.

Galvenais šajā definīcijā ir nevis tas, ka membrāna atdala šūnu no vides, bet tikai tas, ka tā savieno šūna ar vidi. Membrāna ir aktīvs šūnas struktūra, tā pastāvīgi strādā.

Bioloģiskā membrāna ir īpaši plāna bimolekulāra fosfolipīdu plēve, kas pārklāta ar olbaltumvielām un polisaharīdiem. Šī šūnu struktūra ir dzīva organisma barjeras, mehānisko un matricas īpašību pamatā (Antonov VF, 1996).

Membrānas tēlains attēlojums

Man šūnu membrāna šķiet kā režģa žogs ar daudzām durvīm, kas ieskauj noteiktu teritoriju. Jebkura maza dzīvā būtne var brīvi pārvietoties pa šo žogu uz priekšu un atpakaļ. Taču lielāki apmeklētāji var ienākt tikai pa durvīm, un arī tad ne visi. Dažādiem apmeklētājiem ir atslēgas tikai savām durvīm, un viņi nevar iziet cauri svešām durvīm. Tātad caur šo žogu nepārtraukti notiek apmeklētāju plūsmas uz priekšu un atpakaļ, jo membrānas žoga galvenā funkcija ir divējāda: atdalīt teritoriju no apkārtējās telpas un vienlaikus savienot to ar apkārtējo telpu. Šim nolūkam žogā ir daudz caurumu un durvju - !

Membrānas īpašības

1. Caurlaidība.

2. Daļēja caurlaidība (daļēja caurlaidība).

3. Selektīva (sinonīms: selektīva) caurlaidība.

4. Aktīvā caurlaidība (sinonīms: aktīvais transports).

5. Kontrolēta caurlaidība.

Kā redzat, membrānas galvenā īpašība ir tās caurlaidība pret dažādām vielām.

6. Fagocitoze un pinocitoze.

7. Eksocitoze.

8. Elektrisko un ķīmisko potenciālu klātbūtne, precīzāk, potenciālu atšķirība starp membrānas iekšējo un ārējo pusi. Tēlaini tā var teikt "membrāna pārvērš šūnu par "elektrisko akumulatoru", kontrolējot jonu plūsmas". Sīkāka informācija: .

9. Elektriskā un ķīmiskā potenciāla izmaiņas.

10. Aizkaitināmība. Speciālie molekulārie receptori, kas atrodas uz membrānas, var savienoties ar signālu (kontroles) vielām, kā rezultātā var mainīties membrānas un visas šūnas stāvoklis. Molekulārie receptori izraisa bioķīmiskas reakcijas, reaģējot uz ligandu (kontroles vielu) kombināciju ar tiem. Ir svarīgi atzīmēt, ka signālviela iedarbojas uz receptoru no ārpuses, savukārt izmaiņas turpinās šūnas iekšienē. Izrādās, ka membrāna pārraidīja informāciju no vides uz šūnas iekšējo vidi.

11. Katalītiskā fermentatīvā aktivitāte. Fermenti var būt iestrādāti membrānā vai saistīti ar tās virsmu (gan šūnas iekšpusē, gan ārpusē), un tur tie veic savu fermentatīvo darbību.

12. Virsmas formas un tās laukuma maiņa. Tas ļauj membrānai veidot izaugumus uz āru vai, gluži pretēji, iebrukumus šūnā.

13. Spēja veidot kontaktus ar citām šūnu membrānām.

14. Adhēzija – spēja pielipt pie cietām virsmām.

Īss membrānas īpašību saraksts

Caurlaidība.
Endocitoze, eksocitoze, transcitoze.
Potenciāli.
Aizkaitināmība.
fermentatīvā aktivitāte.
Kontakti.
Adhēzija.

Membrānas funkcijas

1. Nepilnīga iekšējā satura izolācija no ārējā vide.

2. Šūnu membrānas darbā galvenais ir maiņa dažādi vielas starp šūnu un ārpusšūnu vidi. Tas ir saistīts ar tādu membrānas īpašību kā caurlaidība. Turklāt membrāna regulē šo apmaiņu, regulējot tās caurlaidību.

3. Vēl viena svarīga membrānas funkcija ir radot atšķirības ķīmiskajos un elektriskajos potenciālos starp tās iekšējo un ārējo pusi. Sakarā ar to šūnas iekšpusē ir negatīvs elektriskais potenciāls -.

4. Caur membrānu tiek veikta arī informācijas apmaiņa starp šūnu un tās vidi. Speciālie molekulārie receptori, kas atrodas uz membrānas, var saistīties ar kontroles vielām (hormoniem, mediatoriem, modulatoriem) un šūnā izraisīt bioķīmiskas reakcijas, izraisot dažādas izmaiņas šūnā vai tās struktūrās.

Video:Šūnu membrānas struktūra

Video lekcija:Sīkāka informācija par membrānas struktūru un transportu

Membrānas struktūra

Šūnu membrānai ir universāls trīsslāņu struktūra. Tās vidējais tauku slānis ir nepārtraukts, un augšējais un apakšējais proteīna slānis pārklāj to atsevišķu proteīna apgabalu mozaīkas veidā. Tauku slānis ir pamats, kas nodrošina šūnas izolāciju no apkārtējās vides, izolējot to no apkārtējās vides. Pati par sevi tas ļoti slikti izvada ūdenī šķīstošas vielas, bet viegli izvada taukos šķīstošas. Tāpēc membrānas caurlaidība ūdenī šķīstošām vielām (piemēram, joniem) ir jānodrošina ar īpašām olbaltumvielu struktūrām - un.

Zemāk ir redzamas kontaktējošo šūnu reālu šūnu membrānu mikrofotogrāfijas, kas iegūtas, izmantojot elektronu mikroskopu, kā arī shematisks zīmējums, kurā parādīta trīsslāņu membrāna un tās proteīna slāņu mozaīkas raksturs. Lai palielinātu attēlu, noklikšķiniet uz tā.

Atsevišķs šūnas membrānas iekšējā lipīdu (tauku) slāņa attēls, caurstrāvots ar integrētiem iegultiem proteīniem. Augšējais un apakšējais proteīna slānis tiek noņemts, lai netraucētu lipīdu divslāņa apsvēršanu

Attēls iepriekš: nepilnīgs shematisks šūnu membrānas (šūnas sienas) attēlojums no Wikipedia.

Ņemiet vērā, ka šeit no membrānas ir noņemts ārējais un iekšējais proteīna slānis, lai mēs varētu labāk redzēt centrālo tauku dubulto lipīdu slāni. Īstā šūnu membrānā lielas olbaltumvielu "salas" peld augšā un apakšā gar taukaino plēvi (mazas bumbiņas attēlā), un membrāna izrādās biezāka, trīsslāņu: proteīns-tauki-olbaltumvielas . Tātad patiesībā tas ir kā sviestmaize no divām proteīna "maizes šķēlēm" ar biezu "sviesta" kārtu vidū, t. ir trīsslāņu struktūra, nevis divslāņu.

Šajā attēlā mazas zilas un baltas bumbiņas atbilst lipīdu hidrofilajām (mitrināmajām) "galvām", un tām piestiprinātās "stīgas" atbilst hidrofobajām (nemitrināmajām) "astēm". No olbaltumvielām ir parādīti tikai integrālie membrānas proteīni (sarkanās globulas un dzeltenās spirāles). Dzelteni ovāli punkti membrānas iekšpusē ir holesterīna molekulas Dzeltenzaļas lodīšu ķēdes membrānas ārpusē ir oligosaharīdu ķēdes, kas veido glikokaliksu. Glikokalikss ir kā ogļhidrātu ("cukura") "pūka" uz membrānas, ko veido garas ogļhidrātu-olbaltumvielu molekulas, kas izvirzītas no tās.

Living ir mazs "olbaltumvielu-tauku maisiņš", kas pildīts ar pusšķidru želejveida saturu, kurā iekļūst plēves un caurules.

Šī maisiņa sienas veido dubultā tauku (lipīdu) plēve, kas no iekšpuses un ārpuses pārklāta ar olbaltumvielām - šūnu membrānu. Tāpēc tiek teikts, ka membrānai ir trīsslāņu struktūra : olbaltumvielas-tauki-olbaltumvielas. Šūnas iekšpusē ir arī daudzas līdzīgas tauku membrānas, kas sadala tās iekšējo telpu nodalījumos. Šūnu organellus ieskauj vienas un tās pašas membrānas: kodols, mitohondriji, hloroplasti. Tātad membrāna ir universāla molekulāra struktūra, kas raksturīga visām šūnām un visiem dzīviem organismiem.

Kreisajā pusē vairs nav īsts, bet mākslīgs bioloģiskās membrānas gabala modelis: tas ir momentuzņēmums no taukainā fosfolipīdu divslāņa (t.i., dubultā slāņa) tā molekulārās dinamikas modelēšanas procesā. Parādīta modeļa aprēķina šūna - 96 PQ molekulas ( f osfatidils X oliīns) un 2304 ūdens molekulas, kopā 20544 atomi.

Labajā pusē ir vizuāls modelis vienai tā paša lipīda molekulai, no kuras tiek samontēts membrānas lipīdu divslānis. Tam ir hidrofila (ūdeni mīloša) galva augšpusē un divas hidrofobas (ūdens baidās) astes apakšā. Šim lipīdam ir vienkāršs nosaukums: 1-steroil-2-dokozaheksaenoil-Sn-glicero-3-fosfatidilholīns (18:0/22:6(n-3)cis PC), taču jums tas nav jāiegaumē, ja vien plānojiet, lai jūsu skolotājs apstulbinātu jūsu zināšanu dziļumu.

Varat sniegt precīzāku šūnas zinātnisku definīciju:

ir sakārtota, strukturēta heterogēna biopolimēru sistēma, ko ierobežo aktīva membrāna un kas piedalās vienā vielmaiņas, enerģijas un informācijas procesi, kā arī visas sistēmas uzturēšana un reproducēšana kopumā.

Šūnas iekšpusē iekļūst arī membrānas, un starp membrānām nav ūdens, bet gan viskozs gēls / sols ar mainīgu blīvumu. Tāpēc šūnā mijiedarbojošās molekulas nepeld brīvi, kā mēģenē ar ūdens šķīdumu, bet pārsvarā sēž (imobilizējas) uz citoskeleta vai intracelulāro membrānu polimēru struktūrām. Un tāpēc ķīmiskās reakcijas notiek šūnā gandrīz kā cietā ķermenī, nevis šķidrumā. Arī ārējā membrāna, kas ieskauj šūnu, ir pārklāta ar fermentiem un molekulāriem receptoriem, padarot to par ļoti aktīvu šūnas daļu.

Šūnas membrāna (plazmalemma, plazmolemma) ir aktīvs apvalks, kas atdala šūnu no apkārtējās vides un savieno to ar vidi. © Sazonov V.F., 2016.

No šīs membrānas definīcijas izriet, ka tā nevis vienkārši ierobežo šūnu, bet aktīvi strādā saistot to ar vidi.

Tauki, kas veido membrānas, ir īpaši, tāpēc to molekulas parasti sauc ne tikai par taukiem, bet lipīdi, fosfolipīdi, sfingolipīdi. Membrānas plēve ir dubultā, t.i., tā sastāv no divām kopā salīmētām plēvēm. Tāpēc mācību grāmatās rakstīts, ka šūnu membrānas pamatne sastāv no diviem lipīdu slāņiem (vai " divslāņu", t.i., dubultslānis). Katram atsevišķam lipīdu slānim vienu pusi var samitrināt ar ūdeni, bet otru ne. Tātad šīs plēves salīp viena ar otru tieši ar savām nesamitrošajām pusēm.

baktēriju membrāna

Gramnegatīvo baktēriju prokariotu šūnas apvalks sastāv no vairākiem slāņiem, kas parādīti attēlā zemāk.
Gramnegatīvo baktēriju čaumalas slāņi:
1. Iekšējā trīsslāņu citoplazmas membrāna, kas saskaras ar citoplazmu.
2. Šūnu siena, kas sastāv no mureīna.
3. Ārējā trīsslāņu citoplazmas membrāna, kurai ir tāda pati lipīdu sistēma ar olbaltumvielu kompleksiem kā iekšējai membrānai.
Gramnegatīvo baktēriju šūnu komunikācija ar ārpasauli, izmantojot tik sarežģītu trīspakāpju struktūru, nedod tām priekšrocības izdzīvošanā skarbos apstākļos salīdzinājumā ar grampozitīvām baktērijām, kurām ir mazāk spēcīgs apvalks. Viņi vienkārši to neuztver labi augstas temperatūras, paaugstināts skābums un spiediena kritumi.

Video lekcija:Plazmas membrāna. E.V. Cheval, Ph.D.

Video lekcija:Membrāna kā šūnu robeža. A. Iļjaskins

Membrānas jonu kanālu nozīme

Ir viegli saprast, ka caur membrānas tauku plēvi šūnā var iekļūt tikai taukos šķīstošās vielas. Tie ir tauki, spirti, gāzes. Piemēram, eritrocītos skābeklis un oglekļa dioksīds viegli nokļūst iekšā un ārā tieši caur membrānu. Bet ūdens un ūdenī šķīstošās vielas (piemēram, joni) vienkārši nevar iekļūt caur membrānu nevienā šūnā. Tas nozīmē, ka tiem ir nepieciešami īpaši caurumi. Bet, ja jūs vienkārši izveidojat caurumu taukainajā plēvē, tad tā nekavējoties savilksies atpakaļ. Ko darīt? Dabā tika atrasts risinājums: nepieciešams izgatavot īpašas olbaltumvielu transportēšanas struktūras un izstiept tās caur membrānu. Tādā veidā tiek iegūti taukos nešķīstošo vielu pārejas kanāli - šūnu membrānas jonu kanāli.

Tātad, lai tā membrānai piešķirtu papildu caurlaidības īpašības polārajām molekulām (joniem un ūdenim), šūna citoplazmā sintezē īpašus proteīnus, kas pēc tam tiek integrēti membrānā. Tie ir divu veidu: transportētāji proteīni (piemēram, transporta ATPāzes) un kanālu veidojošie proteīni (kanālu veidotāji). Šie proteīni ir iestrādāti membrānas dubultā tauku slānī un veido transporta struktūras transportētāju vai jonu kanālu veidā. Caur šīm transporta struktūrām tagad var iziet dažādas ūdenī šķīstošas vielas, kuras citādi nevar iziet cauri tauku membrānas plēvei.

Kopumā tiek saukti arī proteīni, kas iestrādāti membrānā neatņemama, tieši tāpēc, ka tās it kā ir iekļautas membrānas sastāvā un caur un cauri tajā iekļūst. Citi proteīni, kas nav neatņemami, it kā veido salas, kas "peld" uz membrānas virsmas: vai nu gar tās ārējo virsmu, vai gar iekšējo. Galu galā visi zina, ka tauki ir laba smērviela un pa tiem ir viegli slīdēt!

secinājumus

1. Kopumā membrāna ir trīsslāņu:

1) proteīna "salu" ārējais slānis,

2) taukainā divslāņu "jūra" (lipīdu divslāņu), t.i. dubultā lipīdu plēve

3) proteīna "salu" iekšējais slānis.

Bet ir arī irdens ārējais slānis - glikokalikss, ko veido glikoproteīni, kas izlīp no membrānas. Tie ir molekulārie receptori, pie kuriem saistās signalizācijas kontroles.

2. Membrānā ir iebūvētas īpašas proteīna struktūras, kas nodrošina tās caurlaidību joniem vai citām vielām. Mēs nedrīkstam aizmirst, ka dažviet tauku jūra ir caurstrāvota ar integrētiem proteīniem. Un tieši neatņemamie proteīni veido īpašus transporta struktūras šūnu membrāna (skatīt sadaļu 1_2 Membrānas transporta mehānismi). Caur tiem vielas nonāk šūnā, kā arī tiek izvadītas no šūnas uz āru.

3. Enzīmu proteīni var atrasties jebkurā membrānas pusē (ārējā un iekšējā), kā arī membrānas iekšpusē, kas ietekmē gan pašas membrānas stāvokli, gan visas šūnas dzīvi.

Tātad šūnas membrāna ir aktīva mainīga struktūra, kas aktīvi darbojas visas šūnas interesēs un savieno to ar ārpasauli, nevis ir tikai "aizsargčaula". Tas ir vissvarīgākais, kas jāzina par šūnu membrānu.

Medicīnā membrānas proteīnus bieži izmanto kā narkotiku “mērķus”. Receptori, jonu kanāli, fermenti, transporta sistēmas darbojas kā tādi mērķi. AT pēdējie laiki papildus membrānai par narkotiku mērķiem kļūst arī šūnas kodolā paslēptie gēni.

Video:Ievads šūnu membrānas biofizikā: 1. membrānas struktūra (Vladimirovs Yu.A.)

Video:Šūnu membrānas vēsture, struktūra un funkcijas: Membrānu struktūra 2 (Vladimirov Yu.A.)

Visi dzīvie organismi uz Zemes sastāv no šūnām, un katru šūnu ieskauj aizsargapvalks – membrāna. Tomēr membrānas funkcijas neaprobežojas tikai ar organellu aizsardzību un vienas šūnas atdalīšanu no citas. Šūnu membrāna ir sarežģīts mehānisms, kas ir tieši iesaistīts reprodukcijā, reģenerācijā, uzturā, elpošanā un daudzās citās svarīgās šūnu funkcijās.

Termins "šūnu membrāna" ir lietots apmēram simts gadus. Vārds "membrāna" tulkojumā no latīņu valodas nozīmē "filma". Bet šūnu membrānas gadījumā pareizāk būtu runāt par divu noteiktā veidā savstarpēji savienotu plēvju kombināciju, turklāt šo plēvju dažādām pusēm ir dažādas īpašības.

Šūnu membrāna (citolemma, plazmlemma) ir trīs slāņu lipoproteīnu (tauku-olbaltumvielu) apvalks, kas atdala katru šūnu no blakus esošajām šūnām un vides, kā arī veic kontrolētu apmaiņu starp šūnām un vidi.

Šajā definīcijā izšķiroša nozīme ir nevis tam, ka šūnu membrāna atdala vienu šūnu no otras, bet gan tam, lai tā nodrošinātu tās mijiedarbību ar citām šūnām un vidi. Membrāna ir ļoti aktīva, pastāvīgi strādājoša šūnas struktūra, kurai daba piešķir daudzas funkcijas. No mūsu raksta jūs uzzināsiet visu par šūnu membrānas sastāvu, struktūru, īpašībām un funkcijām, kā arī par briesmām, ko cilvēka veselībai rada šūnu membrānu darbības traucējumi.

Šūnu membrānu izpētes vēsture

1925. gadā divi vācu zinātnieki Gorters un Grendels spēja veikt sarežģītu eksperimentu ar cilvēka sarkanajām asins šūnām – eritrocītiem. Izmantojot osmotisko šoku, pētnieki ieguva tā sauktās "ēnas" - tukšas sarkano asins šūnu čaulas, pēc tam salika tos vienā kaudzē un izmēra virsmas laukumu. Nākamais solis bija aprēķināt lipīdu daudzumu šūnu membrānā. Ar acetona palīdzību zinātnieki no "ēnām" izdalīja lipīdus un konstatēja, ka ar tiem pietiek tikai dubultam nepārtrauktam slānim.

Tomēr eksperimenta laikā tika pieļautas divas rupjas kļūdas:

Acetona izmantošana neļauj visus lipīdus izolēt no membrānām;

"Ēnu" virsmas laukums tika aprēķināts pēc sausā svara, kas arī ir nepareizi.

Tā kā pirmā kļūda aprēķinos deva mīnusu, bet otrā - plus, kopējais rezultāts izrādījās pārsteidzoši precīzs, un vācu zinātnieki ieviesa zinātniskā pasaule Vissvarīgākais atklājums ir šūnu membrānas lipīdu divslānis.

1935. gadā cits pētnieku pāris Danielly un Dawson pēc ilgiem eksperimentiem ar bilipīda plēvēm nonāca pie secinājuma, ka olbaltumvielas atrodas šūnu membrānās. Nevarēja citādi izskaidrot, kāpēc šīm plēvēm ir tik augsts virsmas spraigums. Zinātnieki sabiedrības uzmanībai nodevuši shematisku sviestmaizītei līdzīgu šūnas membrānas modeli, kur maizes šķēles lomu pilda viendabīgi lipīdu-olbaltumvielu slāņi, bet starp tiem eļļas vietā ir tukšums.

1950. gadā, izmantojot pirmo elektronu mikroskopu, daļēji tika apstiprināta Daniellijas-Dosona teorija - šūnas membrānas mikrogrāfijās bija skaidri redzami divi slāņi, kas sastāv no lipīdu un olbaltumvielu galviņām, un starp tiem bija caurspīdīga telpa, kas piepildīta tikai ar lipīdu astēm. un olbaltumvielas.

1960. gadā, vadoties pēc šiem datiem, amerikāņu mikrobiologs J. Robertsons izstrādāja teoriju par šūnu membrānu trīsslāņu struktūru, kas ilgu laiku uzskatīts par vienīgo pareizo. Taču, attīstoties zinātnei, radās arvien vairāk šaubu par šo slāņu viendabīgumu. No termodinamikas viedokļa šāda struktūra ir ārkārtīgi nelabvēlīga - šūnām būtu ļoti grūti transportēt vielas iekšā un ārā pa visu “sviestmaizi”. Turklāt ir pierādīts, ka dažādu audu šūnu membrānām ir atšķirīgs biezums un piestiprināšanas metode, kas ir saistīts ar dažādām orgānu funkcijām.

1972. gadā mikrobiologi S.D. Dziedātājs un G.L. Nikolsons spēja izskaidrot visas Robertsona teorijas neatbilstības, izmantojot jaunu, šķidruma-mozaīkas šūnu membrānas modeli. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka membrāna ir neviendabīga, asimetriska, piepildīta ar šķidrumu, un tās šūnas atrodas pastāvīgā kustībā. Un olbaltumvielām, kas to veido, ir atšķirīga struktūra un mērķis, turklāt tie atrodas atšķirīgi attiecībā pret membrānas bilipīda slāni.

Šūnu membrānas satur trīs veidu proteīnus:

Perifērijas - piestiprināts pie plēves virsmas;

daļēji neatņemama- daļēji iekļūt bilipīda slānī;

Integrāls - pilnībā iekļūst membrānā.

Perifērās olbaltumvielas ir saistītas ar membrānu lipīdu galvām, izmantojot elektrostatisko mijiedarbību, un tās nekad neveido nepārtrauktu slāni, kā tika uzskatīts iepriekš. Un daļēji integrālie un integrālie proteīni kalpo skābekļa un barības vielu transportēšanai šūnā, kā arī sabrukšanas noņemšanai. produktus no tā un vairāk par vairākām svarīgām funkcijām, par kurām uzzināsit vēlāk.

Šūnu membrāna veic šādas funkcijas:

Barjera - membrānas caurlaidība dažāda veida molekulām nav vienāda.Lai apietu šūnas membrānu, molekulai ir jābūt noteiktam izmēram, ķīmiskajām īpašībām un elektriskajam lādiņam. Kaitīgas vai nepiemērotas molekulas šūnas membrānas barjerfunkcijas dēļ vienkārši nevar iekļūt šūnā. Piemēram, ar peroksīda reakcijas palīdzību membrāna aizsargā citoplazmu no tai bīstamiem peroksīdiem;

Transports - caur membrānu iet pasīva, aktīva, regulēta un selektīva apmaiņa. Pasīvā vielmaiņa ir piemērota taukos šķīstošām vielām un gāzēm, kas sastāv no ļoti mazām molekulām. Šādas vielas brīvi difūzijas ceļā iekļūst šūnā un no tās bez enerģijas patēriņa. Šūnas membrānas aktīvā transporta funkcija tiek aktivizēta, kad nepieciešams, bet grūti transportējamas vielas ir jāievada šūnā vai jāizņem no tās. Piemēram, tiem, kuriem ir liels molekulārais izmērs vai kas nevar šķērsot bilipīda slāni hidrofobitātes dēļ. Tad sāk darboties proteīnu sūkņi, tostarp ATPāze, kas ir atbildīga par kālija jonu uzsūkšanos šūnā un nātrija jonu izsviešanu no tās. Regulēta transportēšana ir būtiska sekrēcijas un fermentācijas funkcijām, piemēram, kad šūnas ražo un izdala hormonus vai kuņģa sulu. Visas šīs vielas atstāj šūnas pa īpašiem kanāliem un noteiktā tilpumā. Un selektīvā transporta funkcija ir saistīta ar ļoti integrētām olbaltumvielām, kas iekļūst membrānā un kalpo kā kanāls stingri noteiktu molekulu veidu ienākšanai un izejai;

Matrica - šūnu membrāna nosaka un fiksē organellu atrašanās vietu attiecībā pret otru (kodols, mitohondriji, hloroplasti) un regulē mijiedarbību starp tām;

Mehāniskais - nodrošina vienas šūnas ierobežošanu no otras un tajā pašā laikā laiks ir pareizsšūnu savienošanās viendabīgos audos un orgānu izturība pret deformācijām;

Aizsargājošs - gan augiem, gan dzīvniekiem šūnu membrāna kalpo par pamatu aizsargrāmja uzbūvēšanai. Piemērs būtu cietkoksne, blīva miza, dzeloņaini ērkšķi. Dzīvnieku pasaulē ir arī daudzi šūnu membrānu aizsargfunkcijas piemēri - bruņurupuču apvalks, hitīna čaula, nagi un ragi;

Enerģija - fotosintēzes un šūnu elpošanas procesi nebūtu iespējami bez šūnu membrānu proteīnu līdzdalības, jo tieši ar proteīnu kanālu palīdzību šūnas apmainās ar enerģiju;

Receptors – šūnas membrānā iestrādātajiem proteīniem var būt vēl viena svarīga funkcija. Tie kalpo kā receptori, caur kuriem šūna saņem signālu no hormoniem un neirotransmiteriem. Un tas, savukārt, ir nepieciešams nervu impulsu vadīšanai un normālai hormonālo procesu norisei;

Enzīmu - vēl viena svarīga funkcija, kas raksturīga dažiem šūnu membrānu proteīniem. Piemēram, zarnu epitēlijā ar šādu proteīnu palīdzību tiek sintezēti gremošanas enzīmi;

Biopotenciāls- kālija jonu koncentrācija šūnā ir daudz augstāka nekā ārpusē, un nātrija jonu koncentrācija, gluži pretēji, ir lielāka ārpusē nekā iekšpusē. Tas izskaidro potenciālo atšķirību: lādiņš ir negatīvs šūnas iekšienē, pozitīvs ārpusē, kas veicina vielu pārvietošanos šūnā un ārā jebkurā no trim vielmaiņas veidiem – fagocitozē, pinocitozē un eksocitozē;

Marķējums - uz šūnu membrānu virsmas ir tā sauktās "etiķetes" - antigēni, kas sastāv no glikoproteīniem (olbaltumvielām ar sazarotām oligosaharīdu sānu ķēdēm, kas tām piestiprinātas). Tā kā sānu ķēdēm var būt ļoti dažādas konfigurācijas, katrs šūnu veids saņem savu unikālo marķējumu, kas ļauj citām ķermeņa šūnām tās atpazīt “pēc redzes” un pareizi reaģēt uz tām. Tāpēc, piemēram, cilvēka imūnās šūnas, makrofāgi, viegli atpazīst organismā iekļuvušu ārzemnieku (infekciju, vīrusu) un cenšas to iznīcināt. Tas pats notiek ar slimām, mutācijām un vecām šūnām – uz to šūnu membrānas mainās etiķete un organisms no tām atbrīvojas.

Šūnu apmaiņa notiek caur membrānām, un to var veikt, izmantojot trīs galvenos reakciju veidus:

Fagocitoze ir šūnu process, kurā membrānā iestrādātās fagocītiskās šūnas uztver un sagremo barības vielu cietās daļiņas. Cilvēka organismā fagocitozi veic divu veidu šūnu membrānas: granulocīti (granulēti leikocīti) un makrofāgi (imūnās killer šūnas);

Pinocitoze ir šķidro molekulu uztveršanas process, kas ar to saskaras ar šūnas membrānas virsmu. Barošanai pēc pinocitozes veida šūna uz tās membrānas izaudzē plānus pūkainus izaugumus antenu veidā, kas it kā ieskauj šķidruma pilienu, un tiek iegūts burbulis. Pirmkārt, šī pūslīša izvirzās virs membrānas virsmas, un pēc tam tā tiek “norīta” - tā slēpjas šūnas iekšpusē, un tās sienas saplūst ar šūnas membrānas iekšējo virsmu. Pinocitoze rodas gandrīz visās dzīvās šūnās;

Eksocitoze ir apgriezts process, kurā šūnas iekšpusē veidojas pūslīši ar sekrēcijas funkcionālo šķidrumu (enzīmu, hormonu), un tas kaut kādā veidā ir jānoņem no šūnas vidē. Lai to izdarītu, burbulis vispirms saplūst ar šūnas membrānas iekšējo virsmu, pēc tam izspiežas uz āru, pārsprāgst, izspiež saturu un atkal saplūst ar membrānas virsmu, šoreiz no ārpuses. Eksocitoze notiek, piemēram, zarnu epitēlija un virsnieru garozas šūnās.

Šūnu membrānas satur trīs lipīdu klases:

Fosfolipīdi;

Glikolipīdi;

Holesterīns.

Fosfolipīdi (tauku un fosfora kombinācija) un glikolipīdi (tauku un ogļhidrātu kombinācija) savukārt sastāv no hidrofilas galvas, no kuras stiepjas divas garas hidrofobas astes. Bet holesterīns dažreiz aizņem vietu starp šīm divām astēm un neļauj tām saliekties, kas padara dažu šūnu membrānas stingras. Turklāt holesterīna molekulas racionalizē šūnu membrānu struktūru un novērš polāro molekulu pāreju no vienas šūnas uz otru.

Bet vissvarīgākā sastāvdaļa, kā redzams no iepriekšējās sadaļas par šūnu membrānu funkcijām, ir olbaltumvielas. To sastāvs, mērķis un atrašanās vieta ir ļoti dažādi, taču ir kaut kas kopīgs, kas tos visus vieno: gredzenveida lipīdi vienmēr atrodas ap šūnu membrānu proteīniem. Tie ir īpaši tauki, kas ir skaidri strukturēti, stabili, to sastāvā ir vairāk piesātināto taukskābju un tiek atbrīvoti no membrānām kopā ar "sponsorētajiem" proteīniem. Tas ir sava veida individuālais proteīnu aizsargapvalks, bez kura tie vienkārši nedarbotos.

Šūnu membrānas struktūra ir trīsslāņu. Vidū atrodas samērā viendabīgs šķidrs bilipīda slānis, un olbaltumvielas no abām pusēm pārklāj to ar sava veida mozaīku, daļēji iekļūstot biezumā. Tas ir, būtu nepareizi uzskatīt, ka šūnu membrānu ārējie proteīna slāņi ir nepārtraukti. Olbaltumvielas, papildus to sarežģītas funkcijas, ir nepieciešami membrānā, lai iekļūtu šūnās un izvadītu no tām vielas, kas nespēj iekļūt tauku slānī. Piemēram, kālija un nātrija joni. Viņiem tiek nodrošinātas īpašas olbaltumvielu struktūras - jonu kanāli, par kuriem mēs sīkāk runāsim tālāk.

Ja paskatās uz šūnas membrānu caur mikroskopu, var redzēt mazāko sfērisku molekulu veidotu lipīdu slāni, pa kuru, tāpat kā jūrā, peld lielas proteīna šūnas. dažādas formas. Tieši tās pašas membrānas sadala katras šūnas iekšējo telpu nodalījumos, kuros ērti atrodas kodols, hloroplasti un mitohondriji. Ja šūnas iekšienē nebūtu atsevišķu “telpu”, organoīdi saliptu kopā un nespētu pareizi pildīt savas funkcijas.

Šūna ir membrānu strukturēts un norobežots organellu kopums, kas ir iesaistīts enerģētisko, vielmaiņas, informācijas un reproduktīvo procesu kompleksā, kas nodrošina organisma vitālo darbību.

Kā redzams no šīs definīcijas, membrāna ir jebkuras šūnas vissvarīgākā funkcionālā sastāvdaļa. Tā nozīme ir tikpat liela kā kodolam, mitohondrijiem un citām šūnu organellām. Un unikālās membrānas īpašības ir saistītas ar tās struktūru: tā sastāv no divām kopā salīmētām plēvēm īpašā veidā. Fosfolipīdu molekulas membrānā atrodas ar hidrofilām galvām uz āru un hidrofobām astēm uz iekšu. Tāpēc vienu plēves pusi mitrina ūdens, bet otru ne. Tātad šīs plēves ir savienotas viena ar otru ar nesamitrināmām pusēm uz iekšu, veidojot bilipīda slāni, ko ieskauj olbaltumvielu molekulas. Šī ir pati šūnu membrānas “sviestmaižu” struktūra.

Šūnu membrānu jonu kanāli

Ļaujiet mums sīkāk apsvērt jonu kanālu darbības principu. Priekš kam tās vajadzīgas? Fakts ir tāds, ka caur lipīdu membrānu var brīvi iekļūt tikai taukos šķīstošās vielas - tās ir pašas gāzes, spirti un tauki. Tā, piemēram, sarkanajās asins šūnās notiek pastāvīga skābekļa un oglekļa dioksīda apmaiņa, un šim nolūkam mūsu ķermenim nav jāizmanto nekādi papildu triki. Bet ko darīt, kad kļūst nepieciešams transportēt caur šūnu membrānu ūdens šķīdumi piemēram, nātrija un kālija sāļi?

Šādām vielām būtu neiespējami bruģēt ceļu bilipīda slānī, jo caurumi uzreiz savilktos un saliptu atpakaļ, tāda ir jebkura taukaudu struktūra. Bet daba, kā vienmēr, atrada izeju no situācijas un izveidoja īpašas olbaltumvielu transportēšanas struktūras.

Ir divu veidu vadošie proteīni:

Transporteri ir daļēji integrēti olbaltumvielu sūkņi;

Channeloformeri ir neatņemami proteīni.

Pirmā tipa olbaltumvielas ir daļēji iegremdētas šūnu membrānas bilipīdā slānī un skatās ar galvām, un vēlamās vielas klātbūtnē sāk uzvesties kā sūknis: piesaista molekulu un iesūc to šūna. Un otrā tipa proteīniem, integrāliem, ir iegarena forma un tie atrodas perpendikulāri šūnu membrānas bilipīda slānim, iekļūstot tajā cauri un cauri. Caur tiem, tāpat kā caur tuneļiem, šūnas, kas nespēj iziet cauri taukiem, nonāk šūnā un no tās. Tieši caur jonu kanāliem kālija joni iekļūst šūnā un uzkrājas tajā, savukārt nātrija joni, gluži pretēji, tiek izvadīti. Pastāv atšķirības elektriskajos potenciālos, tāpēc tas ir nepieciešams pareiza darbība visas mūsu ķermeņa šūnas.

Svarīgākie secinājumi par šūnu membrānu uzbūvi un funkcijām

Teorija vienmēr izskatās interesanta un daudzsološa, ja to var lietderīgi pielietot praksē. Cilvēka ķermeņa šūnu membrānu struktūras un funkciju atklāšana ļāva zinātniekiem panākt reālu izrāvienu zinātnē kopumā un jo īpaši medicīnā. Nav nejaušība, ka tik detalizēti esam pakavējušies pie jonu kanāliem, jo tieši šeit slēpjas atbilde uz vienu no mūsu laika svarīgākajiem jautājumiem: kāpēc cilvēki arvien biežāk slimo ar onkoloģiju?

Vēzis katru gadu prasa aptuveni 17 miljonus dzīvību visā pasaulē un ir ceturtais galvenais visu nāves gadījumu cēlonis. Saskaņā ar PVO datiem, saslimstība ar vēzi nepārtraukti pieaug, un līdz 2020. gada beigām tā varētu sasniegt 25 miljonus gadā.

Kas izskaidro īsto vēža epidēmiju, un kāda ir šūnu membrānu funkcija ar to? Jūs teiksiet: iemesls ir sliktā vides situācijā, nepietiekams uzturs, slikti ieradumi un smaga iedzimtība. Un, protams, jums būs taisnība, bet, ja mēs runājam par problēmu sīkāk, tad iemesls ir cilvēka ķermeņa paskābināšanās. Iepriekš uzskaitītie negatīvie faktori izraisa šūnu membrānu darbības traucējumus, kavē elpošanu un uzturu.

Kur vajadzētu būt plusam, veidojas mīnuss, un šūna nevar normāli funkcionēt. Bet vēža šūnām nav nepieciešams ne skābeklis, ne sārma vide – tās spēj izmantot anaerobo uztura veidu. Tāpēc skābekļa bada un zema pH līmeņa apstākļos veselas šūnas mutē, vēloties pielāgoties vidi un kļūt par vēža šūnām. Tā cilvēks saslimst ar vēzi. Lai no tā izvairītos, jums vienkārši katru dienu jādzer pietiekami daudz tīra ūdens un jāatsakās no kancerogēniem pārtikā. Bet, kā likums, cilvēki labi apzinās kaitīgos produktus un nepieciešamību pēc kvalitatīva ūdens un neko nedara – cer, ka nepatikšanas viņus apies.

Zinot dažādu šūnu šūnu membrānu struktūras un funkciju īpatnības, ārsti var izmantot šo informāciju, lai nodrošinātu mērķtiecīgu, mērķtiecīgu terapeitisku iedarbību uz ķermeni. Daudzas mūsdienu zāles, nonākot mūsu organismā, meklē īsto "mērķi", kas var būt jonu kanāli, fermenti, receptori un šūnu membrānu biomarķieri. Šī ārstēšanas metode ļauj sasniegt labākus rezultātus ar minimālām blakusparādībām.

Jaunākās paaudzes antibiotikas, nonākot asinīs, nenogalina visas šūnas pēc kārtas, bet meklē tieši patogēna šūnas, koncentrējoties uz marķieriem tā šūnu membrānās. Jaunākās pretmigrēnas zāles, triptāni, sašaurina tikai iekaisušos smadzeņu asinsvadus, bet gandrīz neietekmē sirdi un perifērās. asinsrites sistēma. Un viņi precīzi atpazīst nepieciešamos traukus pēc savu šūnu membrānu proteīniem. Šādu piemēru ir daudz, tāpēc mēs varam ar pārliecību teikt, ka zināšanas par šūnu membrānu struktūru un funkcijām ir mūsdienu attīstības pamatā. medicīnas zinātne un katru gadu izglābj miljoniem dzīvību.

Izglītība: Maskavas Medicīnas institūts. I. M. Sečenovs, specialitāte - "Medicīna" 1991.gadā, 1993.gadā "Arodslimības", 1996.gadā "Terapija".

Dzīva organisma pamatstruktūrvienība ir šūna, kas ir diferencēta citoplazmas daļa, ko ieskauj šūnas membrāna. Ņemot vērā to, ka šūna veic daudzas svarīgas funkcijas, piemēram, vairošanos, uzturu, kustību, apvalkam jābūt plastiskam un blīvam.

Šūnu membrānas atklāšanas un izpētes vēsture

1925. gadā Grendels un Gorders veica veiksmīgu eksperimentu, lai identificētu eritrocītu "ēnas" jeb tukšās čaulas. Neskatoties uz vairākām rupjām kļūdām, zinātnieki atklāja lipīdu divslāņu slāni. Viņu darbu turpināja Danielli, Dawson 1935. gadā, Robertsons 1960. gadā. Daudzu gadu darba un argumentu uzkrāšanās rezultātā 1972. gadā Singers un Nikolsons izveidoja membrānas struktūras šķidruma mozaīkas modeli. Turpmākie eksperimenti un pētījumi apstiprināja zinātnieku darbus.

Nozīme

Kas ir šūnu membrāna? Šo vārdu sāka lietot vairāk nekā pirms simts gadiem, tulkojumā no latīņu valodas tas nozīmē "plēve", "āda". Tātad norādiet šūnas robežu, kas ir dabiska barjera starp iekšējo saturu un ārējo vidi. Šūnu membrānas struktūra liecina par puscaurlaidību, kuras dēļ mitrums un barības vielas un sabrukšanas produkti var brīvi iziet cauri tai. Šo apvalku var saukt par galveno šūnas organizācijas strukturālo sastāvdaļu.

Apsveriet galvenās šūnu membrānas funkcijas

1. Atdala šūnas iekšējo saturu un ārējās vides sastāvdaļas.

2. Palīdz uzturēt nemainīgu šūnas ķīmisko sastāvu.

3. Regulē pareizu vielmaiņu.

4. Nodrošina starpsavienojumu starp šūnām.

5. Atpazīst signālus.

6. Aizsardzības funkcija.

"Plazmas apvalks"

Šūnu ārējā membrāna, ko sauc arī par plazmas membrānu, ir ultramikroskopiska plēve, kuras biezums ir no pieciem līdz septiņiem nanometriem. Tas sastāv galvenokārt no olbaltumvielu savienojumiem, fosfolīda, ūdens. Plēve ir elastīga, viegli uzsūc ūdeni, kā arī ātri atjauno savu integritāti pēc bojājumiem.

Atšķiras ar universālu struktūru. Šī membrāna ieņem robežstāvokli, piedalās selektīvās caurlaidības, sabrukšanas produktu izvadīšanas procesā, sintezē tos. Attiecības ar "kaimiņiem" un uzticama iekšējā satura aizsardzība pret bojājumiem padara to par svarīgu sastāvdaļu tādā jautājumā kā šūnas struktūra. Dzīvnieku organismu šūnu membrāna dažkārt izrādās pārklāta ar plānāko slāni - glikokaliksu, kurā ietilpst olbaltumvielas un polisaharīdi. Augu šūnas ārpus membrānas ir aizsargātas ar šūnu sieniņu, kas darbojas kā atbalsts un saglabā formu. Tās sastāva galvenā sastāvdaļa ir šķiedra (celuloze) - polisaharīds, kas nešķīst ūdenī.

Tādējādi ārējā šūnu membrāna veic remonta, aizsardzības un mijiedarbības ar citām šūnām funkciju.

Šūnu membrānas struktūra

Šī kustīgā apvalka biezums svārstās no sešiem līdz desmit nanometriem. Šūnas šūnu membrānai ir īpašs sastāvs, kura pamatā ir lipīdu divslānis. Hidrofobās astes, kas ir inertas pret ūdeni, atrodas iekšpusē, savukārt hidrofilās galvas, kas mijiedarbojas ar ūdeni, ir pagrieztas uz āru. Katrs lipīds ir fosfolipīds, kas ir tādu vielu kā glicerīna un sfingozīna mijiedarbības rezultāts. Lipīdu pamatni cieši ieskauj olbaltumvielas, kas atrodas nepārtrauktā slānī. Daži no tiem ir iegremdēti lipīdu slānī, pārējie iet caur to. Rezultātā veidojas ūdens caurlaidīgas zonas. Šo proteīnu veiktās funkcijas ir atšķirīgas. Daži no tiem ir fermenti, pārējie ir transporta proteīni, kas pārnes dažādas vielas no ārējās vides uz citoplazmu un otrādi.

Šūnu membrāna ir caurstrāvota un cieši saistīta ar integrālajām olbaltumvielām, savukārt saistība ar perifērajām ir mazāk spēcīga. Šīs olbaltumvielas veic svarīgu funkciju, proti, uzturēt membrānas struktūru, uztvert un pārveidot signālus no vides, transportēt vielas un katalizēt reakcijas, kas notiek uz membrānām.

Savienojums

Šūnu membrānas pamatā ir bimolekulārais slānis. Pateicoties tās nepārtrauktībai, šūnai ir barjeras un mehāniskās īpašības. Dažādos dzīves posmos šis divslānis var tikt izjaukts. Tā rezultātā veidojas caurejošu hidrofilu poru struktūras defekti. Šajā gadījumā var mainīties pilnīgi visas tādas sastāvdaļas kā šūnu membrānas funkcijas. Šajā gadījumā kodols var ciest no ārējām ietekmēm.

Īpašības

Šūnas šūnu membrānai ir interesantas funkcijas. Pateicoties tā plūstamībai, šis apvalks nav stingra struktūra, un galvenā proteīnu un lipīdu daļa, kas veido tā sastāvu, brīvi pārvietojas membrānas plaknē.

Kopumā šūnu membrāna ir asimetriska, tāpēc olbaltumvielu un lipīdu slāņu sastāvs ir atšķirīgs. Plazmas membrānām dzīvnieku šūnās ārējā pusē ir glikoproteīna slānis, kas veic receptoru un signālu funkcijas, kā arī spēlē nozīmīgu lomu šūnu apvienošanas procesā audos. Šūnu membrāna ir polāra ārpusē lādiņš ir pozitīvs, un iekšpusē tas ir negatīvs. Papildus visam iepriekšminētajam šūnu membrānai ir selektīvs ieskats.

Tas nozīmē, ka papildus ūdenim šūnā tiek ielaista tikai noteikta molekulu grupa un izšķīdušo vielu joni. Tādas vielas kā nātrija koncentrācija lielākajā daļā šūnu ir daudz zemāka nekā ārējā vidē. Kālija joniem raksturīga cita attiecība: to skaits šūnā ir daudz lielāks nekā vidē. Šajā sakarā nātrija joniem ir tendence iekļūt šūnu membrānā, un kālija joni mēdz izdalīties ārpusē. Šādos apstākļos membrāna aktivizē īpašu sistēmu, kas veic “sūknēšanas” lomu, izlīdzinot vielu koncentrāciju: nātrija joni tiek izsūknēti uz šūnas virsmu, bet kālija joni tiek sūknēti uz iekšu. Šī funkcija daļa no svarīgākajām šūnu membrānas funkcijām.

Šai nātrija un kālija jonu tendencei pārvietoties uz iekšu no virsmas ir liela nozīme cukura un aminoskābju transportēšanā šūnā. Nātrija jonu aktīvas noņemšanas procesā no šūnas membrāna rada apstākļus jaunai glikozes un aminoskābju ieplūšanai iekšpusē. Gluži pretēji, kālija jonu pārvietošanas procesā šūnā tiek papildināts sabrukšanas produktu "transportētāju" skaits no šūnas iekšpuses uz ārējo vidi.

Kā šūna tiek barota caur šūnu membrānu?

Daudzas šūnas uzņem vielas, izmantojot tādus procesus kā fagocitoze un pinocitoze. Ar pirmo elastīgo iespēju ārējā membrāna izveidojas neliela ieplaka, kurā atrodas notvertā daļiņa. Tad padziļinājuma diametrs kļūst lielāks, līdz apkārt esošā daļiņa nonāk šūnas citoplazmā. Ar fagocitozes palīdzību tiek baroti daži vienšūņi, piemēram, amēba, kā arī asins šūnas - leikocīti un fagocīti. Tāpat šūnas absorbē šķidrumu, kas satur nepieciešamo noderīgs materiāls. Šo parādību sauc par pinocitozi.

Ārējā membrāna ir cieši saistīta ar šūnas endoplazmas tīklu.

Daudzos audu pamatkomponentu veidos uz membrānas virsmas atrodas izvirzījumi, krokas un mikrovirsmas. Šīs čaulas ārpusē augu šūnas ir pārklātas ar citu, biezu un skaidri redzamu mikroskopā. Šķiedra, no kuras tie ir izgatavoti, palīdz veidot atbalstu augu audiem, piemēram, kokam. Dzīvnieku šūnām ir arī vairākas ārējās struktūras, kas atrodas uz šūnas membrānas. Tiem ir tikai aizsargājošs raksturs, piemēram, hitīns, kas atrodas kukaiņu iekšējās šūnās.

Papildus šūnu membrānai ir arī intracelulāra membrāna. Tās funkcija ir sadalīt šūnu vairākos specializētos slēgtos nodalījumos – nodalījumos jeb organellās, kur jāuztur noteikta vide.

Tādējādi nav iespējams pārvērtēt tādas dzīvā organisma pamatvienības sastāvdaļas kā šūnu membrānas lomu. Struktūra un funkcija liecina par ievērojamu paplašināšanos kopējais laukumsšūnu virsmu, uzlabojot vielmaiņas procesus. Šī molekulārā struktūra sastāv no olbaltumvielām un lipīdiem. Atdalot šūnu no ārējās vides, membrāna nodrošina tās integritāti. Ar tās palīdzību starpšūnu saites tiek uzturētas pietiekami spēcīgā līmenī, veidojot audus. Šajā sakarā varam secināt, ka vienu no svarīgākajām lomām šūnā spēlē šūnas membrāna. Tās struktūra un funkcijas dažādās šūnās ir radikāli atšķirīgas atkarībā no to mērķa. Pateicoties šīm pazīmēm, tiek panākta daudzveidīga šūnu membrānu fizioloģiskā aktivitāte un to loma šūnu un audu pastāvēšanā.

1 - fosfolipīdu molekulas polārā galva

2 - fosfolipīdu molekulas taukskābes aste

3 - neatņemama olbaltumviela

4 - perifērais proteīns

5 - daļēji integrēts proteīns

6 - glikoproteīns

7 - glikolipīds

Šūnu ārējā membrāna ir raksturīga visām šūnām (dzīvniekiem un augiem), tās biezums ir aptuveni 7,5 (līdz 10) nm, un tā sastāv no lipīdu un olbaltumvielu molekulām.

Pašlaik ir plaši izplatīts šūnu membrānas uzbūves šķidruma-mozaīkas modelis. Saskaņā ar šo modeli lipīdu molekulas ir izkārtotas divos slāņos, ar ūdeni atgrūdošiem galiem (hidrofobiem – taukos šķīstošiem) viens pret otru, bet ūdenī šķīstošiem (hidrofiliem) – uz perifēriju. Olbaltumvielu molekulas ir iestrādātas lipīdu slānī. Daži no tiem atrodas uz lipīdu daļas ārējās vai iekšējās virsmas, citi ir daļēji iegremdēti vai caur un cauri iekļūst membrānā.

Membrānas funkcijas :

Aizsarg, robeža, barjera;

Transports;

Receptors - tiek veikts uz proteīnu rēķina - receptori, kuriem ir selektīva spēja noteiktām vielām (hormoniem, antigēniem utt.), Nokļūst ar tiem ķīmiskā mijiedarbībā, vada signālus šūnas iekšienē;

Piedalīties starpšūnu kontaktu veidošanā;

Tie nodrošina dažu šūnu kustību (amoeboīdu kustību).

Dzīvnieku šūnām uz ārējās šūnas membrānas ir plāns glikokaliksa slānis. Tas ir ogļhidrātu komplekss ar lipīdiem un ogļhidrātu ar olbaltumvielām. Glikokalikss ir iesaistīts starpšūnu mijiedarbībā. Lielākajai daļai šūnu organellu citoplazmas membrānām ir tieši tāda pati struktūra.

Augu šūnās ārpus citoplazmas membrānas. šūnu sienu veido celuloze.

Vielu transportēšana pa citoplazmas membrānu .

Ir divi galvenie mehānismi vielu iekļūšanai šūnā vai ārā no šūnas uz āru:

1. Pasīvais transports.

2. Aktīvais transports.

Vielu pasīvā transportēšana notiek bez enerģijas patēriņa. Šāda transporta piemērs ir difūzija un osmoze, kurā molekulu vai jonu kustība tiek veikta no augstas koncentrācijas reģiona uz zemākas koncentrācijas reģionu, piemēram, ūdens molekulām.

Aktīvais transports – šāda veida transportā molekulas vai joni iekļūst membrānā pret koncentrācijas gradientu, kam nepieciešama enerģija. Aktīvā transporta piemērs ir nātrija-kālija sūknis, kas aktīvi izsūknē nātriju no šūnas un absorbē kālija jonus no ārējās vides, pārnesot tos šūnā. Sūknis ir īpašs membrānas proteīns, kas to iedarbina ar ATP.

Aktīvais transports uztur nemainīgu šūnu tilpumu un membrānas potenciālu.

Vielu transportēšanu var veikt ar endocitozi un eksocitozi.

Endocitoze – vielu iekļūšana šūnā, eksocitoze – ārā no šūnas.

Endocitozes laikā plazmas membrāna veido invagināciju vai izaugumus, kas pēc tam apņem vielu un, nošņorējot, pārvēršas pūslīšos.

Ir divu veidu endocitoze:

1) fagocitoze - cieto daļiņu (fagocītu šūnu) absorbcija,

2) pinocitoze - šķidra materiāla uzsūkšanās. Pinocitoze ir raksturīga amēboīdiem vienšūņiem.

Ar eksocitozi no šūnām tiek izvadītas dažādas vielas: no gremošanas vakuoliem tiek izņemtas nesagremotas pārtikas atliekas, no sekrēcijas šūnām tiek izvadīts to šķidrais noslēpums.

Citoplazma -(citoplazma + kodola formas protoplazma). Citoplazma sastāv no ūdeņainas zemes vielas (citoplazmas matricas, hialoplazmas, citozola) un dažādām organellām un ieslēgumiem tajā.

Ieslēgumi -šūnu atkritumu produkti. Ir 3 ieslēgumu grupas - trofiskās, sekrēcijas (dziedzeru šūnas) un īpašās (pigmenta) vērtības.

Organelli - Tās ir pastāvīgas citoplazmas struktūras, kas šūnā veic noteiktas funkcijas.

Izolējiet organellus vispārīga nozīme un īpašs. Īpašas ir atrodamas lielākajā daļā šūnu, bet ievērojamā skaitā ir tikai šūnās, kas veic noteiktu funkciju. Tie ietver zarnu epitēlija šūnu mikrovilliņus, trahejas un bronhu epitēlija skropstas, flagellas, miofibrillas (nodrošinot muskuļu kontrakciju utt.).

Pie vispārējas nozīmes organellām pieder EPS, Golgi komplekss, mitohondriji, ribosomas, lizosomas, šūnu centra centrioli, peroksisomas, mikrotubulas, mikrofilamenti. Augu šūnās ir plastidi un vakuoli. Vispārējas nozīmes organellus var iedalīt organellās ar membrānu un nemembrānu struktūru.

Organellām, kurām ir membrānas struktūra, ir divas membrānas un vienas membrānas. Divu membrānu šūnās ietilpst mitohondriji un plastidi. Uz vienmembrānu - endoplazmatiskais tīkls, Golgi komplekss, lizosomas, peroksisomas, vakuoli.

Bezmembrānas organellas: ribosomas, šūnu centrs, mikrotubulas, mikrofilamenti.

Mitohondriji – Tās ir apaļas vai ovālas organellas. Tie sastāv no divām membrānām: iekšējās un ārējās. Iekšējā membrānā ir izaugumi - cristae, kas sadala mitohondrijus nodalījumos. Nodalījumi ir piepildīti ar vielu - matricu. Matrica satur DNS, mRNS, tRNS, ribosomas, kalcija un magnija sāļus. Šeit notiek olbaltumvielu biosintēze. Mitohondriju galvenā funkcija ir enerģijas sintēze un tās uzkrāšanās ATP molekulās. Jauni mitohondriji šūnā veidojas veco dalīšanās rezultātā.

plastidi – organoīdi, kas galvenokārt atrodami augu šūnās. Tie ir trīs veidu: hloroplasti, kas satur zaļu pigmentu; hromoplasti (sarkanas, dzeltenas, oranžas krāsas pigmenti); leikoplasti (bezkrāsaini).

Hloroplasti, pateicoties zaļajam pigmentam hlorofilam, spēj sintezēties organisko vielu no neorganiskām, izmantojot saules enerģiju.

Hromoplasti ziediem un augļiem piešķir spilgtas krāsas.

Leikoplasti spēj uzkrāt rezerves barības vielas: cieti, lipīdus, olbaltumvielas utt.

Endoplazmatiskais tīkls ( EPS ) ir sarežģīta vakuolu un kanālu sistēma, ko ierobežo membrānas. Ir gluda (agranulāra) un raupja (granulēta) EPS. Smooth membrānā nav ribosomu. Tas satur lipīdu, lipoproteīnu sintēzi, toksisko vielu uzkrāšanos un izvadīšanu no šūnas. Granulētajam EPS uz membrānām ir ribosomas, kurās tiek sintezēti proteīni. Tad olbaltumvielas nonāk Golgi kompleksā un no turienes ārā.

Golgi komplekss (Golgi aparāts) ir saplacinātu membrānas maisiņu kaudze - cisternas un ar tām saistīta burbuļu sistēma. Cisternu kaudzi sauc par diktiozomu.

Golgi kompleksa funkcijas : olbaltumvielu modifikācija, polisaharīdu sintēze, vielu transportēšana, šūnu membrānu veidošanās, lizosomu veidošanās.

Lizosomas – ir ar membrānu saistītas pūslīši, kas satur fermentus. Viņi veic vielu intracelulāru šķelšanos un ir sadalīti primārajā un sekundārajā. Primārās lizosomas satur fermentus neaktīvā formā. Pēc iekļūšanas organellās dažādas vielas aktivizējas fermenti un sākas gremošanas process – tās ir sekundārās lizosomas.

Peroksisomas ir burbuļu izskats, ko ierobežo viena membrāna. Tie satur fermentus, kas noārda ūdeņraža peroksīdu, kas ir toksisks šūnām.

Vakuoli – Tās ir augu šūnu organellas, kas satur šūnu sulu. Šūnu sula var saturēt rezerves barības vielas, pigmentus un atkritumu produktus. Vakuoli ir iesaistīti turgora spiediena radīšanā, ūdens un sāls metabolisma regulēšanā.

Ribosomas – organellas, kas sastāv no lielām un mazām apakšvienībām. Tie var atrasties vai nu uz ER, vai brīvi atrasties šūnā, veidojot polisomas. Tie sastāv no rRNS un olbaltumvielām un tiek ražoti kodolā. Olbaltumvielu sintēze notiek ribosomās.

Šūnu centrs – atrodams dzīvnieku, sēņu, zemāko augu šūnās un nav augstākajos augos. Tas sastāv no diviem centrioliem un starojuma sfēras. Centrolam ir doba cilindra forma, kura siena sastāv no 9 mikrotubulu tripletiem. Daloties, šūnas veido mitotiskās vārpstas pavedienus, kas nodrošina hromatīdu diverģenci mitozes anafāzē un homologās hromosomas mejozes laikā.

mikrotubulas – dažāda garuma cauruļveida veidojumi. Tie ir daļa no centrioliem, mitotiskā vārpstas, flagellas, cilijām, veic atbalsta funkciju, veicina intracelulāro struktūru kustību.

Mikrofilamenti – pavedienaini plāni veidojumi, kas atrodas visā citoplazmā, bet īpaši daudz to ir zem šūnas membrānas. Kopā ar mikrotubulām tie veido šūnas citoskeletu, nosaka citoplazmas plūsmu, vezikulu, hloroplastu un citu organellu intracelulārās kustības.

šūnu evolūcija

Šūnu evolūcijā ir divi posmi:

1.Ķīmiskā.

2. Bioloģiskā.

Ķīmiskā stadija sākās apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu. Ultravioletā starojuma, starojuma, zibens izlādes (enerģijas avotu) ietekmē sākumā vienkārši ķīmiskie savienojumi- monomēri, un pēc tam sarežģītāki - polimēri un to kompleksi (ogļhidrāti, lipīdi, olbaltumvielas, nukleīnskābes).

Šūnu veidošanās bioloģiskā stadija sākas ar probiontu parādīšanos - atsevišķas sarežģītas sistēmas, kas spēj pašatvairot, pašregulēties un dabiskā izlase. Probionti parādījās pirms 3-3,8 miljardiem gadu. Pirmās prokariotu šūnas, baktērijas, radās no probiontiem. Eikariotu šūnas attīstījās no prokariotiem (pirms 1-1,4 miljardiem gadu) divos veidos:

1) Ar vairāku prokariotu šūnu simbiozi - tā ir simbiotiska hipotēze;

2) Ar šūnu membrānas invagināciju. Invaginācijas hipotēzes būtība ir tāda, ka prokariotu šūnā bija vairāki genomi, kas piestiprināti pie šūnas membrānas. Tad notika invaginācija – invaginācija, šūnu membrānas atdalīšanās, un šie genomi pārvērtās par mitohondrijiem, hloroplastiem un kodolu.

Šūnu diferenciācija un specializācija .

Diferenciācija ir dažāda veida šūnu un audu veidošanās attīstības laikā daudzšūnu organisms. Viena no hipotēzēm ir saistīta ar diferenciāciju ar gēnu ekspresiju laikā individuālā attīstība. Ekspresija ir noteiktu gēnu pārvēršanas process darbā, kas rada apstākļus virzītai vielu sintēzei. Tāpēc notiek audu attīstība un specializācija vienā vai otrā virzienā.

Līdzīga informācija.

Membrānas veic lielu skaitu dažādu funkciju:

membrānas nosaka organellas vai šūnas formu;

barjera: kontrolē šķīstošo vielu (piemēram, jonu Na + , K + , Cl -) apmaiņu starp iekšējo un ārējo nodalījumu;

enerģiju: ATP sintēze uz mitohondriju iekšējām membrānām un fotosintēze hloroplastu membrānās; veido virsmu plūsmai ķīmiskās reakcijas(fosforilēšana uz mitohondriju membrānām);

ir struktūra, kas nodrošina ķīmisko signālu atpazīšanu (hormonu un neirotransmiteru receptori atrodas uz membrānas);

spēlē lomu starpšūnu mijiedarbībā un veicina šūnu kustību.

transportēšana cauri membrānai. Membrānai ir selektīva šķīstošo vielu caurlaidība, kas nepieciešama:

šūnas atdalīšana no ārpusšūnu vides;

nodrošinot nepieciešamo molekulu (piemēram, lipīdu, glikozes un aminoskābju) iekļūšanu šūnā un aizturi tajā, kā arī vielmaiņas produktu (arī nevajadzīgo) izvadīšanu no šūnas;

saglabājot transmembrānu jonu gradientu.

Intracelulārajām organellām var būt arī selektīvi caurlaidīga membrāna. Piemēram, lizosomās membrāna uztur ūdeņraža jonu (H +) koncentrāciju 1000-10000 reižu lielāku nekā citozolā.

Transportēšana pa membrānu var būt pasīvs, viegls vai aktīvs.

Pasīvais transports ir molekulu vai jonu kustība pa koncentrāciju vai elektroķīmisko gradientu. Tā var būt vienkārša difūzija, piemēram, gāzu (piemēram, O 2 un CO 2) vai vienkāršu molekulu (etanola) gadījumā, kas iekļūst plazmas membrānā. Vienkāršā difūzijā mazās molekulas, kas izšķīdinātas ārpusšūnu šķidrumā, tiek secīgi izšķīdinātas membrānā un pēc tam intracelulārajā šķidrumā. Šis process ir nespecifisks, savukārt iekļūšanas ātrumu caur membrānu nosaka molekulas hidrofobitātes pakāpe, tas ir, tās šķīdība taukos. Difūzijas ātrums pa lipīdu divslāni ir tieši proporcionāls hidrofobitātei, kā arī transmembrānas koncentrācijas gradientam vai elektroķīmiskajam gradientam.

Atvieglināta difūzija ir ātra molekulu kustība pa membrānu, izmantojot specifiskus membrānas proteīnus, ko sauc par permeāzēm. Šis process ir specifisks, tas norit ātrāk nekā vienkārša difūzija, taču tam ir transporta ātruma ierobežojums.

Atvieglināta difūzija parasti ir raksturīga ūdenī šķīstošām vielām. Lielākā daļa (ja ne visi) membrānas transportieri ir olbaltumvielas. Īpašais nesēju funkcionēšanas mehānisms atvieglotās difūzijas laikā nav pietiekami pētīts. Tie, piemēram, var nodrošināt pārnesi ar rotācijas kustību membrānā. Pēdējā laikā parādījās informācija, ka nesējproteīni, saskaroties ar transportējamo vielu, maina savu konformāciju, kā rezultātā membrānā atveras savdabīgi “vārti” jeb kanāli. Šīs izmaiņas rodas enerģijas dēļ, kas izdalās, kad transportētā viela saistās ar proteīnu. Iespējama arī releja tipa pārsūtīšana. Šajā gadījumā pats nesējs paliek nekustīgs, un joni migrē pa to no vienas hidrofilās saites uz otru.

Antibiotika gramicidīns var kalpot par paraugu šāda veida nesējiem. Membrānas lipīdu slānī tās garā lineārā molekula iegūst spirāles formu un veido hidrofilu kanālu, caur kuru K jons var migrēt pa gradientu.

Ir iegūti eksperimentāli pierādījumi par dabisko kanālu esamību bioloģiskajās membrānās. Transporta proteīniem ir raksturīga augsta specifika attiecībā uz vielu, kas tiek transportēta caur membrānu, kas daudzās īpašībās atgādina fermentus. Tie ir ļoti jutīgi pret pH, konkurētspējīgi inhibē savienojumi, kas pēc struktūras ir līdzīgi pārnestajai vielai, un nekonkurējoši - aģenti, kas maina noteiktas proteīnu funkcionālās grupas.

Atvieglotā difūzija no ierastās atšķiras ne tikai ar ātrumu, bet arī ar piesātinājuma spēju. Vielu pārneses ātruma pieaugums notiek proporcionāli koncentrācijas gradienta pieaugumam tikai līdz noteiktām robežām. Pēdējo nosaka pārvadātāja "jauda".

Aktīvais transports ir jonu vai molekulu kustība pa membrānu pret koncentrācijas gradientu ATP hidrolīzes enerģijas dēļ. Ir trīs galvenie aktīvā jonu transporta veidi:

nātrija-kālija sūknis - Na + /K + -adenozīntrifosfatāze (ATPāze), kas izvada Na + un K + iekšā;

kalcija (Ca 2+) sūknis - Ca 2+ -ATPāze, kas transportē Ca 2+ no šūnas vai citozola uz sarkoplazmas tīklu;

protonu sūknis - H + -ATPāze. Aktīvā transporta radītos jonu gradientus var izmantot, lai aktīvi transportētu citas molekulas, piemēram, noteiktas aminoskābes un cukurus (sekundārais aktīvais transports).

Koptransports- tā ir jona vai molekulas transportēšana kopā ar cita jona pārnešanu. Symport- vienlaicīga abu molekulu pārvietošana vienā virzienā; antiporta- vienlaicīga abu molekulu pārvietošana pretējos virzienos. Ja transportēšana nav saistīta ar cita jona pārnešanu, šo procesu sauc uniports. Koptransports ir iespējams gan ar atvieglotu difūziju, gan aktīvā transporta procesā.

Glikozi var transportēt ar atvieglotu difūziju simpportiskā veidā. Jonus Cl - un HCO 3 - transportē caur eritrocītu membrānu, veicinot difūziju ar nesēju, ko sauc par 3. joslu, atkarībā no pretporta veida. Šajā gadījumā Cl - un HCO 3 - tiek pārnesti pretējos virzienos, un pārneses virzienu nosaka dominējošais koncentrācijas gradients.

Aktīvai jonu transportēšanai pret koncentrācijas gradientu nepieciešama enerģija, kas izdalās ATP hidrolīzes laikā par ADP: ATP ADP + F (neorganiskais fosfāts). Aktīvo transportu, kā arī atviegloto difūziju raksturo: specifiskums, maksimālā ātruma ierobežojums (t.i., kinētiskā līkne sasniedz plato) un inhibitoru klātbūtne. Piemērs ir primārais aktīvais transports, ko veic Na + /K + -ATPāze. Šīs pretportu fragmentu sistēmas funkcionēšanai nepieciešama Na +, K + un magnija jonu klātbūtne. Tas atrodas gandrīz visās dzīvnieku šūnās, un tā koncentrācija ir īpaši augsta uzbudināmos audos (piemēram, nervos un muskuļos) un šūnās, kas aktīvi piedalās Na + kustībā caur plazmas membrānu (piemēram, nieru un siekalu dziedzeru garozas slānis) .

Pats ATPāzes enzīms ir oligomērs, kas sastāv no 2 -apakšvienībām pa 110 kDa katra un 2 glikoproteīna -apakšvienībām pa 55 kDa katra.ATP hidrolīzes laikā notiek noteikta aspartāta atlikuma atgriezeniska fosforilēšanās uz -apakšvienības, veidojot -aspartamilu. Fosforilēšanai nepieciešams Na + un Mg 2+, bet ne K +, savukārt defosforilēšanai nepieciešams K +, bet ne Na + vai Mg 2+. Aprakstīti divi proteīna kompleksa konformācijas stāvokļi ar dažādiem enerģijas līmeņiem, kurus parasti apzīmē ar E 1 un E 2, tāpēc ATPāzi sauc arī par E tipa nesējs 1 - E 2 . piemēram, sirds glikozīdi digoksīns un ouabain, inhibē ATPāzes aktivitāti.. Pateicoties tā labajai šķīdībai ūdenī, ouabaīnu plaši izmanto eksperimentālos pētījumos, lai pētītu nātrija sūkni.

Vispārpieņemtā ideja par Na + /K + -ATPāzes darbu ir šāda. Na un ATP joni ir piesaistīti ATPāzes molekulai Mg 2+ klātbūtnē. Na jonu saistīšanās izraisa ATP hidrolīzes reakciju, kuras rezultātā veidojas ADP un fermenta fosforilētā forma. Fosforilēšana izraisa fermentatīvā proteīna pāreju uz jaunu konformācijas stāvokli, un Na saturošā vieta vai vietas izrādās vērstas pret ārējo vidi. Šeit Na + tiek apmainīts pret K +, jo enzīma fosforilētajai formai ir raksturīga augsta afinitāte pret K joniem. Fermenta reverso pāreju uz sākotnējo konformāciju ierosina fosforilgrupas hidrolītiskā šķelšanās. neorganiskais fosfāts, un to pavada K + izdalīšanās šūnas iekšpusē. Fermenta defosforilētā aktīvā vieta spēj piesaistīt jaunu ATP molekulu, un cikls atkārtojas.

Sūkņa darbības rezultātā šūnā nonākušie K un Na jonu daudzumi nav vienādi. Trīs izdalītajiem Na joniem ir divi ievadīti K joni ar vienlaicīgu vienas ATP molekulas hidrolīzi. Kanāla atvēršanos un aizvēršanos membrānas pretējās pusēs un mainīgas Na un K saistīšanās efektivitātes izmaiņas nodrošina ATP hidrolīzes enerģija. Transportētie joni - Na un K - šīs fermentatīvās reakcijas kofaktori. Teorētiski ir iespējams iedomāties visdažādākos sūkņus, kas darbojas pēc šāda principa, lai gan šobrīd ir zināmi tikai daži no tiem.

glikozes transportēšana. Glikozes transports var notikt gan kā atvieglotā difūzija, gan kā aktīvais transports, pirmajā gadījumā tas notiek kā vienports, otrajā - kā simptoms. Ar atvieglotu difūziju glikozi var transportēt eritrocītos. Mihaelisa konstante (Km) glikozes transportēšanai eritrocītos ir aptuveni 1,5 mmol/L (t.i., pie šīs glikozes koncentrācijas aptuveni 50% pieejamo permeāzes molekulu būs saistīti ar glikozes molekulām). Tā kā glikozes koncentrācija cilvēka asinīs ir 4-6 mmol / l, tā uzsūkšanās eritrocītos notiek gandrīz ar maksimālo ātrumu. Permeāzes specifika izpaužas jau ar to, ka L-izomērs, atšķirībā no D-galaktozes un D-mannozes, gandrīz netiek transportēts eritrocītos, taču to lielāka koncentrācija ir nepieciešama, lai panāktu transporta sistēmas puspiesātinājumu. Kad glikoze nonāk šūnā, tā tiek fosforilēta un vairs nespēj iziet no šūnas. Glikozes permeāzi sauc arī par D-heksozes permeāzi. Tas ir neatņemams membrānas proteīns ar molekulārais svars 45 kD.

Glikozi var transportēt arī ar Na + atkarīgo simpportu sistēmu, kas atrodas vairāku audu plazmas membrānās, tostarp nieru kanāliņos un zarnu epitēlijā. Šajā gadījumā viena glikozes molekula tiek transportēta ar atvieglotu difūziju pret koncentrācijas gradientu, un viens Na jons tiek transportēts pa koncentrācijas gradientu. Visa sistēma galu galā darbojas, izmantojot Na + /K + -ATPāzes sūknēšanas funkciju. Tādējādi simport ir sekundāra aktīva transporta sistēma. Aminoskābes tiek transportētas līdzīgā veidā.

Ca 2+ -sūknis ir aktīva E 1 - E 2 tipa transporta sistēma, kas sastāv no integrāla membrānas proteīna, kas Ca 2+ pārneses procesā tiek fosforilēts pie aspartāta atlikuma. Katras ATP molekulas hidrolīzes laikā tiek pārnesti divi Ca 2+ joni. Eikariotu šūnās Ca 2+ var saistīties ar kalciju saistošu proteīnu, ko sauc kalmodulīns, un viss komplekss saistās ar Ca 2+ sūkni. Ca 2+ saistošie proteīni ietver arī troponīnu C un parvalbumīnu.

Ca jonus, tāpat kā Na jonus, no šūnām aktīvi izvada Ca 2+ -ATPāze. It īpaši liels skaits kalcija sūkņa proteīni satur endoplazmatiskā retikuluma membrānas. Ķīmisko reakciju ķēdi, kas izraisa ATP hidrolīzi un Ca 2+ pārnesi, var uzrakstīt kā šādus vienādojumus:

2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP

Ca 2 - E - P 2Ca ārējais + PO 4 3 - + E 2

Kur atrodas San - Ca2 +, kas atrodas ārpusē;

Ca ext - Ca 2+ atrodas iekšpusē;

E 1 un E 2 - dažādas nesējenzīma konformācijas, kuru pāreja no vienas uz otru ir saistīta ar ATP enerģijas izmantošanu.

H + aktīvās noņemšanas sistēmu no citoplazmas atbalsta divu veidu reakcijas: elektronu transportēšanas ķēdes (redoks ķēdes) aktivitāte un ATP hidrolīze. Abi - gan redokss, gan hidrolītiskie H + sūkņi atrodas membrānās, kas spēj pārvērst gaismu vai ķīmiskā enerģija H + enerģijā (tas ir, prokariotu plazmas membrānās, hloroplastu un mitohondriju konjugējošās membrānās). H + ATPāzes un / vai redoksķēdes darba rezultātā protoni tiek pārvietoti, un uz membrānas parādās protonu dzinējspēks (H +). Ūdeņraža jonu elektroķīmisko gradientu, kā liecina pētījumi, var izmantot liela skaita metabolītu - anjonu, aminoskābju, cukuru utt.

Plazmas membrānas aktivitāte ir saistīta ar cietu un šķidru vielu ar lielu molekulmasu absorbciju šūnā, - fagocitoze un pinocitoze(no Gerch. fagos- tur ir , pinos- dzert, citos- šūna). Šūnu membrāna veido kabatas vai invaginācijas, kas ievelk vielas no ārpuses. Tad šādas invaginācijas tiek novilktas un ieskauj membrāna ārējās vides piliens (pinocitoze) vai cietās daļiņas (fagocitoze). Pinocitoze tiek novērota ļoti dažādās šūnās, īpaši tajos orgānos, kur notiek absorbcijas procesi.