Содержание

Биология для студентов - 05. Структура, химический состав и функции мембран в растительной клетке

Клеточная мембрана (также цитолемма, плазмалемма, или плазматическая мембрана) — эластическая молекулярная структура, состоящая из белков и липидов. Отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулирует обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды.

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») части. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Биологическая мембрана включает и различные белки:

  • интегральные (пронизывающие мембрану насквозь),
  • полуинтегральные (погружённые одним концом во внешний или внутренний липидный слой),
  • поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны).

Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки и клеточной стенкой снаружи.

Функции мембран:

  • Барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой.
  • Транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке оптимального pH и концентрации ионов, которые нужны для работы клеточных ферментов.
  • Матричная — обеспечивает определённое взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие.
  • Механическая — обеспечивает автономность клетки, её внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечении механической функции имеют клеточные стенки.
  • Энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки.

Мембраны состоят из липидов трёх классов:

  • фосфолипиды,
  • гликолипиды,
  • холестерол.

Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой».

Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим— более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку.

Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются. Рядом с белками находятся аннулярные липиды — они более упорядочены, менее подвижны, имеют в составе более насыщенные жирные кислоты и выделяются из мембраны вместе с белком. Без аннулярных липидов белки мембраны не работают.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, в наружном содержатся преимущественно фосфатидилинозитол, фосфатидилхолин, сфингомиелины и гликолипиды, во внутреннем — фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин и фосфатидилинозитол. Переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён, но может происходить спонтанно, примерно раз в 6 месяцев или с помощью белков-флиппаз и скрамблазыплазматической мембраны. Если в наружном слое появляется фосфатидилсерин, это является сигналом для макрофагов о необходимости уничтожения клетки.

Мембранные органеллы – это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клетки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

Плазматическая мембрана растительной клетки (плазмалемма). Её структура

Общая характеристика.

Плазматическая (цитоплазматическая) мембрана — обязательный компонент любой клетки. Она отграничивает клетку и обеспечивает сохранение существующих различий между клеточным содержимым и окружающей средой. Мембрана служит высокоизбирательным «входным» селективным фильтром и отвечает за активный транспорт веществ в клетку и из нее. Цитоплазматическую мембрану растительной клетки обычно называют плазмалеммой. Как и любая биологическая мембрана, она представляет собой липидный бислой с большим количеством белков. Основу липидного бислоя составляют фосфолипиды. Помимо них в состав липидного слоя входят гликолипиды и стерины. Липиды достаточно активно перемещаются в пределах своего монослоя, но возможны и их переходы из одного монослоя в другой. Такой переход, называемый «флип-флоп» (от англ. flip-flop), осуществляется ферментом флипазой. Кроме липидов и белков в плазмалемме присутствуют углеводы. Соотношение липидов, белков и углеводов в плазматической мембране растительной клетки составляет приблизительно 40:40: 20. Мембранные белки связаны с липидным бислоем различными способами. Первоначально белки мембран разделяли на два основных типа: периферийные и интегральные. Периферийные белки ассоциированы с мембраной за счет присоединения к интегральным белкам или липидному бислою слабыми связями: водородными, электростатическими, солевыми мостиками. Они в основном растворимы в воде и легко отделяются от мембраны без ее разрушения. Некоторые периферийные белки обеспечивают связь между мембранами и цитоскелетом. Интегральные белки мембран нерастворимы в воде.

Как минимум один из доменов интегрального белка встроен в гидрофобную часть бислоя мембраны, поэтому интегральный белок, как правило, не может быть удален из мембраны без ее разрушения. В последнее время показано существование третьей группы белков, так называемых «заякоренных» в мембране белков). Эти белки фиксируются в мембране за счет специальной молекулы, в качестве которой могут выступать жирная кислота (ЖК), стерин, изопреноид или фосфатидилинозитол. Белки, связанные с изопреноидами (пренилированные белки) или жирной кислотой, обратимо соединяются с эндоплазматической (внутренней) поверхностью мембраны. Из жирных кислот чаще используется миристиновая (С14) или пальмитиновая (C16). В первом случае образуется амидная связь с терминальной аминогруппой глицина. К остаткам пальмитиновой кислоты белки присоединяются за счет тиоэфирных связей с цистеинами в С-конце полипептид­ной цепи. Для пренилирования белков обычно используется фарнезил или геранилгеранил, которые также присоединяются к остаткам цистеина в карбоксильном конце полипептида. В отличие от этих двух групп белков фосфати-дилинозитолсвязанные белки находятся с внешней (экстрацеллюлярной, или люменальной) стороны мембраны. Подобным образом, по-видимому, связаны с плазматической мембраной большинство арабиногалактановых белков. Холестеринсвязанные белки недавно были обнаружены в плазматической мембране животных клеток, но в растительных клетках подобные белки пока не найдены.

Особенностью липидного состава плазмалеммы по сравнению с другими мембранами растительной клетки является высокое содержание стеринов, но в отличие от плазматической мембраны животной клетки для плазмалеммы характерна высокая вариабельность их состава в зависимости от вида растения, органа и ткани. Например, у ячменя (Hordeum vulgaris) в клетках корня количество свободных стеринов превышает количество фосфолипидов более чем в два раза, тогда как в листьях фосфолипидов больше, чем стеринов почти в 1,5 раза. В листьях шпината (Spinacia oleracia) соотношение фосфолипиды: свободные стерины почти на порядок выше — 9:1.

Структурные особенности плазмалеммы. Помимо высокой степени вариабельности плазматическая мембрана растительной клетки имеет ряд структурных особенностей, отличающих ее от других эукариотических клеток.

Жирнокислотный состав.

Основными жирными кислотами плазмалеммы являются пальмитиновая (16:0), олеиновая (18:1; Δ9), линолевая (18 : 2; Δ9,12) и линоленовая (18 :3; Δ9,12,15). Практически отсутствует стеариновая кислота (18:0) и полностью — арахидоновая (20:4; Δ5'8,11,14), характерные для мембран клеток животных и грибов. Известно, что арахидоновая кислота в очень низких концентрациях является мощным стимулятором фитоиммунитета для некоторых видов растений (например, обеспечивает устойчивость картофеля к фитофторе).

Набор стероидов.

В плазмалемме, как и во всех мембранах растительной клетки, почти нет холестерина. Его заменяют фитостерины, которые являются С-24-замещенными стеринами. Основные фитостерины — ситостерин, стигмастерин и кампестерин. Помимо свободных фитостеринов присутствуют значительные количества эфиров, гликозидов и ацилгликозидов стеринов, что не характерно для клеток животных.

Набор белков.

Наличие специфических белков, прежде всего арабиногалактанов (AGPs), обеспечивающих структурное и функциональное взаимодействие плазмалеммы с клеточной стенкой.

Функции клеточной мембраны

Среди основных функций клеточной мембраны можно выделить барьерную, транспортную, ферментативную и рецепторную. Клеточная (биологическая) мембрана (она же плазмалемма, плазматическая или цитоплазматическая мембрана) ограждает содержимое клетки или ее органоидов от окружающей среды, обеспечивает избирательную проницаемость для веществ, на ней располагаются ферменты, а также молекулы, способные «улавливать» различные химические и физические сигналы.

Такая функциональность обеспечивается особым строением клеточной мембраны.

В эволюции жизни на Земле клетка вообще могла образоваться лишь после появления мембраны, которая отделила и стабилизировала внутреннее содержимое, не дало ему распасться.

В плане поддержания гомеостаза (саморегуляции относительного постоянства внутренней среды) барьерная функция клеточной мембраны тесно связана с транспортной.

Малые молекулы способны проходить сквозь плазмалемму без всяких «помощников», по градиенту концентрации, т. е. из области с высокой концентрацией данного вещества в область с низкой концентрацией. Так, например, обстоит дело для газов, участвующих в дыхании. Кислород и углекислый газ диффундируют через клеточную мембрану в том направлении, где их концентрация в данный момент меньше.

Поскольку мембрана в основной своей части гидрофобна (из-за двойного липидного слоя), то полярные (гидрофильные) молекулы, даже малых размеров, зачастую не могут сквозь нее проникнуть. Поэтому ряд мембранных белков выполняет функцию переносчиков таких молекул, связываясь с ними и перенося через плазмалемму.

Интегральные (пронизывающие мембрану насквозь) белки часто работают по принципу открывающихся и закрывающихся каналов. Когда какая-либо молекула подходит к такому белку, то он соединяется с ней, и канал открывается. Это вещество или другое проходит через белковый канал, после чего его конформация меняется, и канал закрывается для этого вещества, но может открыться для пропускания другого. По такому принципу работает натрий-калиевый насос, закачивающий в клетку ионы калия и выкачивающий из нее ионы натрия.

Ферментативная функция клеточной мембраны в большей степени реализована на мембранах органоидов клетки. Большинство синтезируемых в клетке белков выполняют ферментативную функцию. «Усаживаясь» на мембрану в определенном порядке, они организуют конвейер, когда продукт реакции, катализируемый одним белком-ферментом, переходит к следующему. Такой «конвейер» стабилизируют поверхностные белки плазмалеммы.

Несмотря на универсальность строения всех биологических мембран (построены по единому принципу, почти одинаковы у всех организмов и у разных мембранных клеточных структур), их химический состав все же может отличаться. Бывают более жидкие и более твердые, на одних больше определенных белков, на других меньше. Кроме того, отличаются и разные стороны (внутренняя и наружная) одной и той же мембраны.

У мембраны, которая окружает клетку (цитоплазматической) на внешней стороне располагается множество углеводных цепей, прикрепленных к липидам или белкам (в результате образуются гликолипиды и гликопротеины). Многие из таких углеводов выполняют рецепторную функцию, будучи восприимчивыми к определенным гормонам, улавливая изменения физических и химических показателей в окружающей среде.

Если, например, гормон соединяется со своим клеточным рецептором, то углеводная часть молекулы-рецептора изменяет свое строение, вслед за ней изменяет строение и связанная с ней белковая часть, пронизывающая мембрану. На следующем этапе в клетке запускаются или приостанавливаются различные биохимические реакции, т. е. меняется ее метаболизм, начинается клеточный ответ на «раздражитель».

Кроме перечисленных четырех функций клеточной мембраны выделяют и другие: матричную, энергетическую, маркировачную, формирование межклеточных контактов и др. Однако их можно рассмотреть как «подфункции» уже рассмотренных.

Строение клеточной мембраны

Клеточная мембрана имеет достаточно сложное строение, которое можно рассмотреть в электронный микроскоп. Грубо говоря, она состоит из двойного слоя липидов (жиров), в который в разных местах включены различные пептиды (белки). Общая толщина мембраны составляет около 5-10 нм.

Общий план строения клеточной мембраны универсален для всего живого мира. Однако мембраны животных содержат включения холестерина, который определяет ее жесткость. Отличие мембран разных царств организмов в основном касается надмембранных образований (слоев). Так у растений и грибов над мембраной (с внешней стороны) находится клеточная стенка. У растений она состоит преимущественно из целлюлозы, а у грибов — из вещества хитина. У животных надмембранный слой называется гликокаликсом.

По-другому клеточная мембрана называется цитоплазматической мембраной или плазматической мембраной.

Более глубокое изучение строения клеточной мембраны открывает многие ее особенности, связанные с выполняемыми функциями.

Двойной слой липидов в основном состоит из фосфолипидов. Это жиры, один конец которых содержит остаток фосфорной кислоты, обладающий гидрофильными свойствами (т. е. притягивает молекулы воды). Второй конец фосфолипида — это цепи жирных кислот, обладающие гидрофобными свойствами (не образуют с водой водородных связей).

Молекулы фосфолипидов в клеточной мембране выстраиваются в два ряда так, что их гидрофобные «концы» находятся внутри, а гидрофильные «головки» – снаружи. Получается достаточно прочная структура, ограждающая содержимое клетки от внешней среды.

Белковые включения в клеточной мембране распределены неравномерно, кроме того они подвижны (так как фосфолипиды в бислое обладают боковой подвижностью). С 70-х годов XX века стали говорить о жидкостно-мозаичном строении клеточной мембраны.

В зависимости от того, как белок входит в состав мембраны, выделяют три типа белков: интегральные, полуинтегральные и периферические. Интегральные белки проходят через всю толщу мембраны, и их концы торчат по обеим ее сторонам. В основном выполняют транспортную функцию. У полуинтегральных белков один конец находится в толще мембраны, а второй выходит наружу (с внешней или внутренней) стороны. Выполняют ферментативную и рецепторную функции. Периферические белки находятся на внешней или внутренней поверхности мембраны.

Особенности строения клеточной мембраны говорят о том, что она является основным компонентом поверхностного комплекса клетки, но не единственным. Другими его компонентами являются надмембранный слой и субмембранный слой.

Гликокаликс (надмембранный слой животных) образуют олигосахариды и полисахариды, а также периферические белки и выступающие части интегральных белков. Компоненты гликокаликса выполняют рецепторную функцию.

Кроме гликокаликса у клеток животных бывают и другие надмембранные образования: слизи, хитин, перилемма (подобна мембране).

Надмембранным образованием у растений и грибов является клеточная стенка.

Субмембранный слой клетки — это поверхностная цитоплазма (гиалоплазма) с входящей в нее опорно-сократительной системой клетки, фибриллы которой взаимодействуют с белками, входящими в клеточную мембрану. По таким соединениям молекул передаются различные сигналы.

Структура, функции и роль клеточной мембраны

Автор Nat WorldВремя чтения 3 мин.Просмотры 662Опубликовано Обновлено

Клеточная мембрана (плазматическая мембрана) представляет собой тонкую полупроницаемую оболочку, которая окружает цитоплазму клетки.

Функция и роль клеточной мембраны

Ее функция заключается в том, чтобы защитить целостность внутренней части клетки, впуская некоторые необходимые вещества в клетку, и не позволяя проникать другим.

Он также служит основой привязанности к цитоскелету у одних организмов и к клеточной стенке у других. Таким образом, плазматическая мембрана также обеспечивает форму клетки. Еще одна функция мембраны заключается в регулировании роста клеток через баланс эндоцитоза и экзоцитоза.

При эндоцитозе липиды и белки удаляются из клеточной мембраны по мере усвоения веществ. При экзоцитозе везикулы, содержащие липиды и белки, сливаются с клеточной мембраной, увеличивая размер клеток. Животные, растительные и грибковые клетки имеют плазматические мембраны. Внутренние органеллы, например, ядро, также заключены в защитные мембраны.

Структура клеточной мембраны

Плазматическая мембрана в основном состоит из смеси белков и липидов. В зависимости от расположения и роли мембраны в организме, липиды могут составлять от 20 до 80 процентов мембраны, а остальная часть приходится на белки. В то время как липиды помогают придать мембране гибкость, белки контролируют и поддерживают химический состав клетки, а также помогают в переносе молекул сквозь мембрану.

Липиды мембран

Фосфолипиды являются основным компонентом плазматических мембран. Они образуют липидный бислой, в котором гидрофильные (притянутые к воде) участки «головы» спонтанно организуются, чтобы противостоять водному цитозолю и внеклеточной жидкости, тогда как гидрофобные (отталкиваемые водой) участки «хвоста» обращены от цитозоля и внеклеточной жидкости. Липидный бислой является полупроницаемым, позволяя только некоторым молекулам диффундировать через мембрану.

Холестерин является еще одним липидным компонентом мембран животных клеток. Молекулы холестерина избирательно диспергированы между мембранными фосфолипидами. Это помогает сохранить жесткость клеточных мембран, предотвращая слишком плотное расположение фосфолипидов. Холестерин отсутствует в мембранах растительных клеток .

Гликолипиды расположены с наружной поверхности клеточных мембран и соединяются с ними углеводной цепью. Они помогают клетке распознавать другие клетки организма.

Белки мембран

Клеточная мембрана содержит два типа ассоциированных белков. Белки периферической мембраны являются внешними и связаны с ней путем взаимодействия с другими белками. Интегральные мембранные белки вводятся в мембрану, и большинство проходит сквозь нее. Части этих трансмембранных белков расположены по обе ее стороны.

Белки плазматической мембраны имеют ряд различных функций. Структурные белки обеспечивают поддержку и форму клеток. Белки рецептора мембраны помогают клеткам контактировать со своей внешней средой с помощью гормонов, нейротрансмиттеров и других сигнальных молекул. Транспортные белки, такие как глобулярные белки, переносят молекулы через клеточные мембраны посредством облегченной диффузии. Гликопротеины имеют прикрепленную к ним углеводную цепь. Они встроены в клеточную мембрану, помогая в обмене и переносе молекул.

Мембраны органелл

Некоторые клеточные органеллы также окружены защитными мембранами. Ядро, эндоплазматический ретикулум, вакуоль, лизосома и аппарат Гольджи являются примерами окруженных мембраной органелл. Митохондрии и хлоропласты покрыты двойной мембраной. Мембраны различных органелл различаются по молекулярному составу и хорошо подходят для выполнения своей роли. Они важны для нескольких жизненно важных функций клеток, включая синтез белка, производство липидов и клеточное дыхание.

Мне нравитсяНе нравится

Не все нашли? Используйте поиск по сайту ↓

Клеточные мембраны - это... Что такое Клеточные мембраны?

Клеточные мембраны

У этого термина существуют и другие значения, см. Мембрана Изображение клеточной мембраны. Маленькие голубые и белые шарики соответствуют гидрофильным «головкам» липидов, а присоединённые к ним линии — гидрофобным «хвостам». На рисунке показаны только интегральные мембранные белки (красные глобулы и желтые спирали). Желтые овальные точки внутри мембраны — молекулы холестерола Желто-зеленые цепочки бусинок на наружной стороне мембраны — цепочки олигосахаридов, формирующие гликокаликс

Кле́точная мембра́на (или цитолемма, или плазмалемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия внутриклеточной среды.

Основные сведения

Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.

Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7-8 нм.

Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.

Функции биомембран

  • барьерная — обеспечивает регулируемый, избирательный, пассивный и активный обмен веществ с окружающей средой. Например, мембрана пероксисом защищает цитоплазму от опасных для клетки пероксидов. Избирательная проницаемость означает, что проницаемость мембраны для различных атомов или молекул зависит от их размеров, электрического заряда и химических свойств. Избирательная проницаемость обеспечивает отделение клетки и клеточных компартментов от окружающей среды и снабжение их необходимыми веществами.
  • транспортная — через мембрану происходит транспорт веществ в клетку и из клетки. Транспорт через мембраны обеспечивает: доставку питательных веществ, удаление конечных продуктов обмена, секрецию различных веществ, создание ионных градиентов, поддержание в клетке соответствующего pH и ионной концентрации, которые нужны для работы клеточных ферментов.

Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.

При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии, путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.

Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивают в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).

  • матричная — обеспечивает определенное взаиморасположение и ориентацию мембранных белков, их оптимальное взаимодействие;
  • механическая — обеспечивает автономность клетки, ее внутриклеточных структур, также соединение с другими клетками (в тканях). Большую роль в обеспечение механической функции имеют клеточные стенки, а у животных — межклеточное вещество.
  • энергетическая — при фотосинтезе в хлоропластах и клеточном дыхании в митохондриях в их мембранах действуют системы переноса энергии, в которых также участвуют белки;
  • рецепторная — некоторые белки, находящиеся в мембране, являются рецепторами (молекулами, при помощи которых клетка воспринимает те или иные сигналы).

Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.

  • ферментативная — мембранные белки нередко являются ферментами. Например, плазматические мембраны эпителиальных клеток кишечника содержат пищеварительные ферменты.
  • осуществление генерации и проведения биопотенциалов.

С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.

  • маркировка клетки — на мембране есть антигены, действующие как маркеры — «ярлыки», позволяющие опознать клетку. Это гликопротеины (то есть белки с присоединенными к ним разветвленными олигосахаридными боковыми цепями), играющие роль «антенн». Из-за бесчисленного множества конфигурации боковых цепей возможно сделать для каждого типа клеток свой особый маркер. С помощью маркеров клетки могут распознавать другие клетки и действовать согласованно с ними, например, при формировании органов и тканей. Это же позволяет иммунной системе распознавать чужеродные антигены.

Структура и состав биомембран

Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.

Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён.

Мембранные органеллы

Это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды. Снаружи клетка ограничена так называемой плазматической мембраной. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.

Избирательная проницаемость

Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс — одни вещества пропускают, а другие нет. Существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или вывода их из клеки наружу: диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, то есть не требуют затрат энергии; два последних — активные процессы, связанные с потреблением энергии.

Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.

Ссылки

  • Bruce Alberts, et al. Molecular Biology Of The Cell. — 5th ed. — New York: Garland Science, 2007. — ISBN 0-8153-3218-1 — учебник по молекулярной биологии на англ. языке
  • Рубин А.Б. Биофизика, учебник в 2 тт.. — 3-е издание, исправленное и дополненное. — Москва: издательство Московского университета, 2004. — ISBN 5-211-06109-8
  • Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная структура и функции: перевод с англ. = Biomembranes. Molecular structure and function (by Robert B. Gennis). — 1-е издание. — Москва: Мир, 1997. — ISBN 5-03-002419-0
  • Иванов В.Г., Берестовский Т.Н. Липидный бислой биологических мембран. — Москва: Наука, 1982.
  • Антонов В.Ф., Смирнова Е.Н., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых переходах. — Москва: Наука, 1994.

См. также

 

Клеточная мембрана - строение и функции органоида

Снаружи клетка покрыта плазматической мембраной (или наружной клеточной мембраной) толщиной около 6-10нм.

Строение клеточной мембраны

Клеточная мембрана это плотные пленки из белков и липидов (в основном, фосфолипидов). Молекулы липидов расположены упорядоченно — перпендикулярно к поверхности, в два слоя, так, что их части, интенсивно взаимодействующие с водой (гидрофильные), направлены наружу, а части, инертные к воде (гидрофобные) — внутрь.

Строение клеточной мембраны

Молекулы белка расположены несплошным слоем на поверхности липидного каркаса с обеих его сторон. Часть их погружена в липидный слой, а некоторые проходят через него насквозь, образуя участки, проницаемые для воды. Эти белки выполняют различные функции — одни из них являются ферментами, другие — транспортными белками, участвующими в переносе некоторых веществ из окружающей среды в цитоплазму и в обратном направлении.

Основные функции клеточной мембраны

Одним из основных свойств биологических мембран является избирательная проницаемость (полупроницаемость) — одни вещества проходят через них с трудом, другие легко и даже в сторону большей концентрации Так, для большинства клеток концентрация ионов Na внутри значительно ниже, чем в окружающей среде. Для ионов K характерно обратное соотношение: их концентрация внутри клетки выше, чем снаружи. Поэтому ионы Na всегда стремятся проникнуть в клетку, а ионы K — выйти наружу. Выравниванию концентраций этих ионов препятствует присутствие в мембране особой системы, играющей роль насоса, который откачивает ионы Na из клетки и одновременно накачивает ионы K внутрь.

Стремление ионов Na к перемещению снаружи внутрь используется для транспорта сахаров и аминокислот внутрь клетки. При активном удалении ионов Na из клетки создаются условия для поступления глюкозы и аминокислот внутрь ее.

Транспорт через клеточную мембрану

У многих клеток поглощение веществ происходит также путем фагоцитоза и пиноцитоза. При фагоцитозе гибкая наружная мембрана образует небольшое углубление, куда попадает захватываемая частица. Это углубление увеличивается, и, окруженная участком наружной мембраны, частица погружается в цитоплазму клетки. Явление фагоцитоза свойственно амебам и некоторым другим простейшим, а также лейкоцитам (фагоцитам). Аналогично происходит и поглощение клетками жидкостей, содержащих необходимые клетке вещества. Это явление было названо пиноцитозом.

Наружные мембраны различных клеток существенно отличаются как по химическому составу своих белков и липидов, так и по их относительному содержанию. Именно эти особенности определяют разнообразие в физиологической активности мембран различных клеток и их роль, в жизнедеятельности клеток и тканей.

С наружной мембраной связана эндоплазматическая сеть клетки. При помощи наружных мембран осуществляются различные типы межклеточных контактов, т.е. связь между отдельными клетками.

Для многих типов клеток характерно наличие на их поверхности большого количества выступов, складок, микроворсинок. Они способствуют как значительному увеличению площади поверхности клеток и улучшению обмена веществ, так и более прочным связям отдельных клеток друг с другом.

У растительных клеток снаружи клеточной мембраны имеются толстые, хорошо различимые в оптический микроскоп оболочки, состоящие из клетчатки (целлюлозы). Они создают прочную опору растительным тканям (древесина).

Некоторые клетки животного происхождения тоже имеют ряд внешних структур, находящихся поверх клеточной мембраны и имеющих защитный характер. Примером может быть хитин покровных клеток насекомых.

Функции клеточной мембраны (кратко)

ФункцияОписание
Защитный барьерОтделяет внутренние органеллы клетки от внешней среды
РегулирующаяПроизводит регуляцию обмена веществ между внутренним содержимым клетки и наружной средой
Разграничивающая (компартментализация)Разделение внутреннего пространства клетки на независимые блоки (компартменты)
Энергетическая- Накопление и трансформация энергии;
- световые реакции фотосинтеза в хлоропластах;
- Всасывание и секреция.
Рецепторная (информационная)Участвует в формировании возбуждения и его проведения.
ДвигательнаяОсуществляет движение клетки или отдельных ее частей.

Что делает клеточная мембрана в растительной клетке? - Видео и стенограмма урока

Функции

Что на самом деле делают мембраны растительных клеток? Почему они важны? Что ж, ранее мы говорили, что клеточные мембраны полупроницаемы и окружают клетку. Клеточные мембраны состоят из двух слоев фосфолипидов, в которые встроены различные белки. Фосфолипиды - это, по сути, жиры. Эта структура выполняет две основные мембранные функции: структуру и проход .

Структурная функция

Во-первых, вместе с клеточной стенкой мембрана растительной клетки образует внешнюю границу клетки. В то время как стенка обеспечивает структурную поддержку, мембрана действует как внутренняя выстилка, способная удерживать внутри цитоплазму. Цитоплазма представляет собой гелеобразную жидкость, заполняющую клетку. Кроме того, мембрана растительной клетки довольно гибкая. Это важно, поскольку позволяет клетке расширяться и сжиматься в различных условиях окружающей среды.Например, в условиях маловодья растения увядают, но все же выживают. Это связано с тем, что клеточная мембрана может изгибаться внутрь и до некоторой степени по существу сморщиваться. Эта характеристика позволяет растительной клетке выживать в менее чем оптимальных условиях окружающей среды.

Регламент

Вторая функция мембраны растительной клетки - контролировать вход в клетку и выход из нее. Клетки растений могут перемещать воду через свои мембраны посредством процесса, называемого осмосом . Клетки также регулируют поступление или высвобождение сахаров, гормонов, продуктов жизнедеятельности и других молекул, таких как белки, через свои мембраны.

Еще одно вещество, которое регулирует мембрана растительной клетки, - это выделение кислорода. Как вы, возможно, помните из школьной биологии, во время фотосинтеза вырабатывается кислород, который затем выделяется в окружающую среду путем диффузии через мембрану растительной клетки. Нам повезло, что это происходит, потому что без кислорода жизнь на Земле кардинально изменилась бы - мы бы не существовали, например!

Рассмотрим уникальный пример прохождения через клеточную мембрану. Вы когда-нибудь слышали о кувшинах? Кувшинки - плотоядные растения; другими словами, они едят мясо.В частности, они едят насекомых. Видите ли, когда насекомые попадают в кувшин, они часто застревают на дне. Затем кувшин выделяет специальные химические вещества, называемые ферментами, для переваривания насекомого. Угадайте, откуда берутся эти ферменты? Правильно, они выделяются через мембрану растительной клетки.

Итоги урока

Давайте рассмотрим. Все живые клетки содержат клеточную мембрану. Клеточная мембрана - это полупроницаемая структура, которая окружает клетку. Что-то вроде полупроницаемого позволит определенным веществам проходить через него, предотвращая прохождение других веществ.Мембраны растительных клеток находятся между клеточной стенкой и цитоплазмой , гелеобразной жидкостью внутри клетки.

Мембраны растительных клеток выполняют две основные функции. Во-первых, наряду с клеточной стенкой, мембрана помогает обеспечить структуру . Клеточная мембрана является гибкой, что позволяет клеткам растений выживать в менее чем оптимальных условиях окружающей среды, например, когда растения увядают от недостатка воды. Во-вторых, мембраны растительных клеток контролируют вход и выход из клетки .Благодаря осмосу вода может проходить в ячейку и выходить из нее для поддержания равновесия. Клеточная мембрана также позволяет клеткам растений регулировать кислород, сахар, ферменты, белки, гормоны, продукты жизнедеятельности и многое другое.

Мембрана клетки

- определение, функция / структура, клетка животного / растения

Определение, структура / функция

Диаграмма

, животная / растительная клетка

По сравнению с плазменной мембраной


Определение

По сути, клеточная мембрана - это самый внешний барьер, который отделяет внутреннее содержимое клетки в цитоплазме от внешней среды (например,грамм. отделяет внутреннюю среду клетки от внеклеточного матрикса или образует границу между соседними клетками). Он тонкий и хрупкий, его толщина варьируется от 5 до 10 нм в зависимости от типа ячейки.

У всех живых организмов клеточная мембрана выполняет как морфологические, так и функциональные роли, варьируясь от одного типа клетки к другому. Например, у амеб клеточная мембрана играет важную роль в развитии псевдоподий, участвующих в питании и передвижении.

Некоторые из других функций клеточной мембраны включают:

  • Транспорт молекул и ионов внутрь и из клетки
  • Связь между соседними клетками
  • Рецептор сигнала
  • Секреция


Структура


Клеточная мембрана представляет собой сложную структуру, состоящую из бислоя фосфолипидов. Таким образом, он состоит из липидов в форме фосфолипидов.Они также могут содержать холестерин и гликолипиды.

Помимо этих липидов, мембрана также состоит из ряда других компонентов (например, гликопротеинов, белков, ионов и т. Д.), Которые выполняют множество функций. Здесь способ расположения компонентов клеточной мембраны связан с их соответствующими функциями.

Для большинства клеток клеточная мембрана состоит из трех основных компонентов. К ним относятся глицерин, две цепи жирных кислот, а также фосфатная группа.Поэтому для клеточной мембраны с глицерином в качестве основы этот комплекс известен как глицерофосфолипиды (или фосфоглицериды).

Здесь глицерин, который является основой мембраны, состоит из трех атомов углерода, пяти атомов водорода, а также трех гидроксильных групп. Присоединение / связывание цепей жирных кислот (двух цепей жирных кислот) с глицерином происходит посредством процесса, известного как этерификация - первый и второй углерод глицерина реагируют (этерификация) с карбоксильными группами цепей жирных кислот с образованием сложного эфира. связь.

Кроме того, между гидроксильной группой, расположенной у третьего атома углерода глицерина, и фосфорной кислоты образуется еще одна сложноэфирная связь. Эти реакции приводят к образованию диацилглицерин-3-фосфата (фосфатидата), который является простейшей формой или предшественником фосфоглицерида.

* Фосфоглицериды образуются за счет образования сложноэфирной связи между фосфатной группой предшественника (фосфатидат) и гидроксильной группой данных спиртов (например,грамм. холин, этаноламин и инозитол среди других).

В то время как клеточная мембрана эукариот и большинства бактерий состоит из фосфолипидов, мембрана архей (одноклеточных прокариот) состоит из эфирных липидов. Здесь было показано, что неполярные цепи связаны с глицерином через эфирные связи.

Этот тип связи особенно важен для архей, поскольку он более устойчив к гидролизу. Это позволяет этим клеткам выживать во враждебных средах обитания.Помимо эфирных звеньев, мембрана этих организмов состоит из разветвленных алкильных цепей.

В отличие от эфирных связей, эти цепи обладают высокой устойчивостью к окислению и, таким образом, выдерживают такие суровые условия окружающей среды, как низкий pH, высокая соленость и экстремальные температуры.

* У некоторых организмов липиды находятся в форме гликолипидов (сахаросодержащих липидов).


Некоторые из других компонентов структуры плазматической мембраны включают:

Белки - Хотя их не так много, как липидов, белки также являются важной частью клеточной мембраны.В большинстве клеток клеточная мембрана состоит из двух типов белков: интегральных и периферических белков.

Интегральные мембраны встроены в мембрану (интегрированы в клеточную мембрану). В то время как некоторые из этих белков простираются по всей ширине мембраны, известные как трансмембранные белки, другие распространяются только наполовину.

Белки имеют одну или несколько гидрофобных областей, которые прикрепляют их к гидрофобной части клеточной мембраны в гидрофобном хвосте.

В отличие от интегральных белков, периферические белки расположены либо внутри, либо за пределами поверхности клеточной мембраны. Они могут быть присоединены к фосфолипидам мембраны или к интегральным белкам, встроенным в мембрану.

* Трансмембрана, которая простирается на всю ширину (толщину) мембраны, может состоять из нескольких гидрофобных аминокислот. В этом случае аминокислоты расположены в виде альфа-спирали.

* Было показано, что мембранные белки составляют около 50 процентов от общей массы мембраны - хотя они присутствуют в меньших количествах по сравнению с липидами, они имеют большую молекулярную массу.

Углеводы - Как и периферические белки, углеводы обычно находятся на поверхности клетки. В отличие от белков углеводы находятся на внеклеточной стороне клеточной мембраны. Здесь углеводы, состоящие из от 2 до 60 моносахаридов, могут быть связаны с белками, таким образом, образуя гликопротеины, или связаны с липидами с образованием гликолипидов. В большинстве клеток сахара связаны между 2 и 10 процентами липидов

Вода и ионы - Вода является неотъемлемым компонентом всех молекул живого вещества.Таким образом, его также можно найти в клеточной мембране, где он интегрирован в полярные концы мембраны (гидрофильные концы).

Было показано, что помимо воды, ионы также связаны с мембранами разными способами. Например, они могут присутствовать при прохождении через ионные каналы / насосы или прилипать к поверхности мембраны

Клеточная мембрана состоит из большого количества фосфолипидов. Как уже упоминалось, эти фосфолипиды состоят из двух отдельных частей, включая гидрофильную головку, часть, содержащую фосфат и глицерин, и гидрофобную хвостовую часть, состоящую из жирных кислот.

В среде с водой гидрофильная часть взаимодействует с водой, в то время как гидрофобные хвосты группируются вместе, поскольку они избегают взаимодействия с водой.

В результате как внутренняя, так и внешняя поверхности мембраны будут состоять из гидрофильных головок, которые легко взаимодействуют с водой, в то время как внутренняя / центральная часть мембраны будет состоять из гидрофобных хвостовиков, которые избегают взаимодействия с водой. Следовательно, клеточная мембрана обычно выглядит как диаграмма ниже

* Из-за среды, в которой находится клетка (состоящая из воды), и природы клеточной мембраны (с гидрофобной и гидрофильной частями) полая сфера представляет собой наиболее стабильную структуру мембраны.

* Гидрофобная часть (C-хвост) состоит из насыщенной (прямые хвосты) и ненасыщенной (с изгибом / перегибом). В то время как насыщенные фосфолипиды имеют тенденцию плотно упаковываться, ненасыщенные фосфолипиды позволяют структуре быть более жидкой за счет введения пространств.

Хотя сама природа фосфолипидов заставляет их плотно упаковываться в мембрану, требуется структурная поддержка для сохранения формы клетки, а также для предотвращения повреждения бислоя.

Эта поддержка обеспечивается цитоскелетом, который расположен под мембраной. Он состоит из актиновых филаментов, которые образуют сетчатый каркас, на котором лежит мембрана.

Хотя цитоскелет расположен под мембраной, было показано, что он взаимодействует с некоторыми интегральными мембранными белками. Это не только ограничивает диффузию этих белков, но также усиливает структурную поддержку мембраны.


Жидкая мозаичная модель клеточной мембраны

Предложено в 1972 году С.Джонатан Сингер и Гарт Николсон из Калифорнийского университета, жидкая мозаичная модель клеточной мембраны - это модель, используемая для описания основной структуры и поведения мембраны (многих клеток).

В этой модели клеточная мембрана состоит из ряда компонентов / молекул, вместе составляющих мозаику, которые свободно перемещаются плавно. Движение этих компонентов / молекул (белков, холестерина и т. Д.) Напоминает движение айсбергов в океане.

Согласно исследованиям, на текучесть клеточной мембраны влияет ряд факторов.

К ним относятся:

Температура - Как и в случае с другими молекулами в природе (например, газами и жидкостями), повышение температуры заставляет фосфолипиды разрастаться и становиться более гибкими. В случае низкой температуры фосфолипиды сближаются, заставляя структуру становиться более жесткой

Холестерин - В клеточной мембране молекулы холестерина соответствующим образом распределяются таким образом, чтобы удерживать фосфолипиды вместе.Увеличение или уменьшение этих молекул влияет на структурную целостность мембраны, а также на способность мембраны контролировать движение молекул и ионов в клетку и из клетки.

Жирные кислоты - Как уже упоминалось, клеточная мембрана состоит как из насыщенных, так и из ненасыщенных жирных кислот. Было показано, что из-за одинарных связей между атомами углерода насыщенных жирных кислот они представляют собой прямые цепи, которые имеют тенденцию плотно упаковываться.

В результате мембрана, состоящая только из этих жирных кислот, будет твердой при нормальной температуре тела, что, в свою очередь, будет препятствовать перемещению молекул и ионов в клетки и из них.

Однако присутствие ненасыщенных жирных кислот (с двойной мембраной между некоторыми атомами углерода и, следовательно, изгибом / перегибом) создает в мембране пространства, тем самым предотвращая плотную упаковку структуры.

Создавая пространства в мембране, ненасыщенные жирные кислоты увеличивают текучесть структуры, а также позволяют некоторым молекулам проходить без особого труда.


Функции


Клеточная мембрана представляет собой сплошной лист, отделяющий внутреннюю часть клетки от внешней среды. Таким образом, он выполняет ряд важных функций, которые позволяют клетке нормально функционировать.

К ним относятся:

Морфология / компартментализация - Клеточная мембрана ограничивает различные субклеточные органеллы, тем самым отделяя их от внешней среды.Будучи сплошным слоем, мембрана позволяет нормальным внутриклеточным процессам продолжаться без прерывания со стороны внешней среды.

Без этой мембраны, например, нарушается коммуникация, необходимая для синтеза данных молекул, что приводит к изменению различных клеточных процессов. Кроме того, изменяются отношения между соседними органеллами (например, между ядром и рибосомой).

Управление перемещением материала / веществ в клетку и из клетки - Являясь барьером между клеткой и внешней средой, клеточная мембрана участвует в регулировании движения / транспорта различных молекул и ионов в клетке. и из клетки.

Здесь перенос / перемещение этих веществ может происходить с помощью ряда механизмов, которые включают:

Диффузия

По сути, диффузия включает перемещение веществ из области с высокой концентрацией в другую. область низкой концентрации. Таким образом, этот способ движения во многом зависит от дисбаланса концентрации внутри и вне клетки. Что касается движения веществ, диффузия может принимать три формы.

К ним относятся:

Пассивная или простая диффузия - Как следует из названия, этот тип диффузии прост и включает перемещение молекул от места их высокой концентрации в область с низкой концентрацией.

По большей части эти молекулы небольшие и неполярные. Хорошим примером этого является диффузия газов (например, кислорода) в ячейку и из нее.

Некоторые из других молекул, которые проходят через клеточную мембрану, - это молекулы воды, которые имеют небольшой заряд, и двуокись углерода.

Облегченная диффузия - В отличие от простой диффузии, облегченная диффузия - это процесс, в котором молекулам необходимо помочь пройти через мембрану. Хотя он также зависит от градиента концентрации, этот способ транспорта также зависит от таких каналов, как белковые каналы (например, аквапоринов, переносящих молекулы воды).

Молекулы, зависящие от этого вида транспорта, обычно крупнее и имеют полярность (например,грамм. натриевые и калиевые изделия). Кроме того, облегченная диффузия может происходить через белки-носители.

Здесь молекулы прикрепляются к белкам-носителям, которые заставляют их менять форму таким образом, чтобы молекулы могли транспортироваться внутрь или из клетки.

В этом способе транспорта белки-носители могут связываться только с определенным типом молекулы (специфической) - ионные каналы также могут быть включены в эту категорию. Эти каналы часто закрыты и, таким образом, пропускают только определенный тип иона.

Активный транспорт

В отличие от диффузии, активный транспорт - это тип транспорта, при котором молекулы должны транспортироваться против их градиента. Таким образом, он не зависит от градиента концентрации.

Учитывая, что активный транспорт включает перемещение молекул против градиента концентрации, для этого также требуется энергия.

Существует два основных типа активного транспорта, которые включают:

Первичный активный транспорт - Хорошим примером первичного активного транспорта является натриево-калиевый насос (насос Na + / K +).Здесь транспортер (белок) встроен в мембрану и простирается по всей длине мембраны.

Обычно внеклеточная сторона этого транспортера закрыта, а внутриклеточная сторона открыта. Внутриклеточная сторона связана с АТФ - источником энергии. В этом состоянии переносчик имеет высокое сродство к ионам натрия, находящимся в клетке.

Эти ионы входят в переносчик и прикрепляются к нему, что, в свою очередь, заставляет АТФ переносить фосфат на переносчик.Это обеспечивает транспортер энергией, необходимой для закрытия открытой внутриклеточной стороны и открытия внеклеточного конца.

В результате сродство к ионам натрия снижается, позволяя им высвобождаться во внеклеточную среду. Как только эти ионы высвобождаются, переносчик увеличивает свое сродство к калию, что заставляет ионы калия проникать в переносчик и прикрепляться к нему. За этим следует закрытие внеклеточного конца, в то время как фосфат на внутриклеточном конце высвобождается.

Следовательно, новый АТФ связывается с этим сайтом, заставляя внутриклеточный конец открываться и высвобождать калий в клетку. Этот вид транспорта потребляет значительное количество энергии. По этой причине таких транспортеров немного.

Вторичный активный транспорт - В то время как вторичный активный транспорт также зависит от мембранных белков, энергия, используемая здесь, получена за счет электрохимического градиента ионов, а не APT. Одним из белков, участвующих в этом способе транспортировки, является ко-транспортер натрий-глюкозы 1.

Изначально сторона этого белка, контактирующая с цитоплазмой, закрыта, а внеклеточный конец открыт. В этом состоянии два отрицательно заряженных участка связывания ионов натрия открыты и притягивают два иона натрия (анионы натрия).

По мере того, как ионы движутся вниз по электрохимическому градиенту, высвобождается энергия, в результате чего переносчик белка меняет форму. В свою очередь, это увеличивает его бесконечность для молекул глюкозы, находящихся вне клетки. Глюкоза в этой среде находится в низкой концентрации.

Увеличение сродства к глюкозе заставляет молекулы глюкозы прикрепляться к переносчику, что приводит к закрытию внеклеточного конца белка по мере открытия конца цитоплазмы. При высвобождении ионов натрия в клетку сродство белка к глюкозе снижается, позволяя глюкозе высвобождаться в клетку.

Транспорт везикул - Третий тип транспорта известен как транспорт везикул и включает образование мембраносвязанных везикул.Это включает такие процессы, как эндоцитоз и пиноцитоз, когда молекула интернализуется, вступив в контакт с клеточной мембраной.

Во время эндоцитоза (рецептор-опосредованный эндоцитоз), например, вещество (например, липопротеины низкой плотности) сначала контактирует со специфическими рецепторами, расположенными на клеточной мембране. Это стимулирует образование пузырьков на мембране за счет изгиба мембраны внутрь.

При этом молекула заключена в везикулу и транспортируется в клетку.Подобные процессы важны для транспорта молекул, необходимых клетке, фагоцитоза, а также для питания таких организмов, как амебы - этот метод обычно используется для транспортировки более крупных молекул.

См. Страницу «Пассивная диффузия против активного транспорта»

См. «Эндоцитоз против экзоцитоза»

Передача сигналов клеток

Как уже упоминалось, клеточная мембрана состоит из множества молекул. Некоторые из этих молекул представляют собой белковые рецепторы, которые связываются с определенными типами молекул.

Хорошими примерами этих рецепторов являются рецепторы инсулина, связывающие инсулин. Связываясь с заданными сигнальными молекулами во внеклеточной среде, эти рецепторы (трансмембранные белки) позволяют клетке надлежащим образом реагировать на стимулы - информация от стимулов передается через клеточную мембрану в клетку через такие пути, как каскады передачи сигнала.


И растения, и животные являются эукариотами и, следовательно, имеют клетки с мембраносвязанными органеллами.Как и клетки животных, клетки растений также содержат различные важные органеллы, включая ядро, митохондрии, аппарат Гольджи и рибосомы. Однако клетки растений содержат ряд внеклеточных компонентов, которых нет в клетках животных. К ним относятся хлоропласт, большая центральная вакуоль, а также клеточная стенка.

У растений клеточная мембрана расположена между цитоплазмой клетки и клеточной стенкой. Как и в случае с клетками животных, клеточная мембрана растений представляет собой липидный бислой.Он состоит из фосфолипидов, а также содержит молекулы белков и углеводов. Здесь клеточная мембрана участвует в ряде функций, включая удержание клеточных органелл, транспортировку молекул внутрь и из клетки, а также клеточную коммуникацию.

Клеточная стенка - более твердый слой, окружающий клеточную мембрану. В отличие от клеточной мембраны, клеточная стенка растительных клеток в основном состоит из целлюлозы. Он также состоит из пектина среди нескольких других компонентов. Окружая клеточную мембрану, клеточная стенка обеспечивает прочность на разрыв, а также защищает клетку от различных воздействий окружающей среды.

Кроме того, он также способствует жесткости тканей, выдерживая тургорное давление - внутреннее давление клетки, которое прижимает клеточную мембрану в растительных клетках к клеточной стенке. Таким образом, он играет важную роль в ограничении потери воды (и, следовательно, потери тургорного давления), которая в противном случае могла бы вызвать увядание.


Слова «клеточная мембрана» и «плазматическая мембрана» часто меняют местами и означают одно и то же. Однако плазматическая мембрана относится к типу мембраны, которая окружает клеточные органеллы, в то время как клеточная мембрана - это мембрана, которая окружает клетку в целом.Плазматическая мембрана обычно находится в эукариотических клетках, содержащих мембраносвязанные органеллы.

В этих клетках эта мембрана образует барьер между клеточными органеллами (например, ядром и митохондриями) и внешней средой (внешней по отношению к органеллам). Однако, как и клеточная мембрана, плазматическая мембрана также состоит из фосфолипидов, а также из белков и углеводов.

Помимо того, что мембрана является барьером, отделяющим органеллы от клеточной среды, она также участвует в коммуникации между клетками и компонентами клеток, а также регулирует движение молекул внутрь органелл и из них.

* Некоторые органеллы содержат двойную мембрану (например, митохондрии и ядро), в то время как другие имеют только одну мембрану (например, вакуоль, аппарат Гольджи, лизосома и т. Д.).

См. Также: Каковы функции липидов, белков и липополисахаридов на клеточной мембране?

Вернуться на главную страницу Cell Biology

Вернуться с клеточной мембраны на главную страницу MicroscopeMaster


Ссылки


Дэвид Э.Садава. (1993). Клеточная биология: структура и функции органелл.

Джереми М. Берг, Джон Л. Тимочко и Люберт Страйер. (2002). Биохимия, 5-е издание.

Натали Гугала, Стефана Черак и Раймонд Дж. Тернер. (2016). Мембрана.

Валерика Райку и Аурел Попеску. (2008) Клеточная мембрана: структура и физические свойства. В кн .: Комплексная молекулярная и клеточная биофизика.

Ссылки

https: // www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/cell-membrane

https://opentextbc.ca/biology2eopenstax/chapter/lipids/

Структурная основа динамики и организации белков плазматической мембраны растений в функциональные нанодомены

Резюме:

Все рецензенты были впечатлены применением множества дополнительных методов для решения экспериментальной проблемы. Тем не менее, было некоторое ощущение, что статья была слишком биофизической и что можно было бы сделать больше, чтобы связать результаты с общей биологией.Были также опасения по поводу конкретных утверждений, которые выходят за рамки представленных данных. Также были отмечены опасения по поводу предоставления надлежащих цитат и, возможно, чрезмерного использования цитат в ваших собственных прошлых работах. Более подробная техническая критика приводится ниже.

Мы также очень рады видеть признание важности нашего исследования для широкой аудитории. Мы также благодарим рецензентов за положительные и конструктивные комментарии и за признание количества различных методов, которые мы использовали для понимания молекулярного механизма, регулирующего субкомпартментализацию белков в плазматической мембране растений.

Мы упростили части текста, в частности, части, относящиеся к биофизическим исследованиям, чтобы сразу перейти к результатам, и мы удалили ненужные детали, которые уже присутствуют в разделе «Материалы и методы». Мы внимательно изучили цитаты, чтобы убедиться, что мы признательны всем сообществам, работающим в различных областях, связанных с нашей работой, и надеемся, что эти новые цитаты адекватно ответят на ваши вопросы.

Существенных изменений:

1) Авторы отмечают, что PI4P является основным определяющим фактором поведения границы раздела плазматическая мембрана / цитозоль (Simon et al., Nat Plants 2, 16089, 2016). Они используют SAC1 для модуляции мембранных уровней PI4P, что хорошо демонстрируется с помощью различных флуоресцентных маркеров. (Вполне убедительные) данные несколько противоречат предыдущему сообщению о том, что SAC1 является PI (3,5) P2 5-фосфатазой (Zhong et al., Plant Cell 17, 1449-1466, 2005). Чтобы прояснить этот важный момент, я предлагаю дополнительно подтвердить влияние экспрессии SAC1, в частности, на PI4P с помощью количественного анализа липидов.

Конструкция SAC1, используемая в нашем исследовании, получена из дрожжей Saccharomyces cerevisiae (далее называемых SAC1p, описанных в (1), а не из Arabidopsis thaliana , далее называемых AtSAC1.Приносим извинения за неточность.

SAC1p дрожжей проявляет специфическую активность фосфатазы PI4P, хорошо документированную in vitro (2 3 4 5), а также in vivo (1) в клетках дрожжей и млекопитающих. Эта специфичность хорошо согласуется с нашими контролями, представленными на рисунке 1 - рисунок в приложении 6, показывающий истощение PI4P в PM за счет слитого с MAP SAC1p, и с предыдущими результатами, представленными в Simon et al., Nat Plants 2016.

2) Для подтверждения биофизических данных, моделирование молекулярной динамики инициировано, чтобы поддержать представление о том, что REM-CA взаимодействует с PI4P, что приводит к встраиванию белка в липидный бислой.Однако в моделировании используется не PI4P, а PI (4,5) P2, который может вести себя совершенно иначе, чем PI4P и не участвует в опосредовании крупномасштабных эффектов, подобных PI4P, на внутренний листок плазматической мембраны (Simon et al. др., Nat Plants 2, 16089, 2016). Причина использования модели PI (4,5) P2 является слабой («… потому что PI4P не был доступен в базах данных структуры липидов для MD…»), и моделирование молекулярной динамики следует повторить с использованием правильного липида PI4P. На самом деле было бы довольно интересно посмотреть, может ли моделирование с любым липидом давать разные результаты, добавляя еще один уровень понимания.

Чтобы принять во внимание комментарий рецензента, молекулярно-динамическое моделирование было повторено с липидом PIP4. Общая топология модели PIP, предложенная для силового поля Мартини, использовалась для крупномасштабного моделирования, а атомистическая топология была построена путем модификации топологии PI (4,5) P2. На основе моделирования были сделаны те же наблюдения взаимодействия и вставки между REM-CA и составом тройной мембраны, то есть, с одной стороны, K192 и K193 образуют солевые мостики с фосфатной группой PI4P, а с другой стороны, две области REM-CA имеют другое поведение с первичной и более глубокой вставкой R2.Рисунок 2 и Рисунок 2 - дополнение к рисунку 4 были изменены, чтобы отразить результаты расчетов, полученные для новой модели PI4P.

3) Представленное моделирование молекулярной динамики основано на крупномасштабном моделировании, сводя сложность взаимодействующих партнеров к относительно небольшому количеству сфер биофизического влияния. Авторы должны обосновать выбор конкретной степени упрощения и лучше сформулировать ограничения, связанные с их грубым подходом.

Крупнозернистый (и превращения от крупнозернистого к атомистическому) - это общий и широко используемый подход для изучения взаимодействий пептидов или белков с мембранами, особенно липид-специфических взаимодействий (1, 2). Этот подход используется для ускорения моделирования и наблюдения явлений, которые невозможно наблюдать с помощью атомистического моделирования. В частности, крупнозернистое моделирование было признано полезным для анализа вставки пептидной мембраны (3). Предварительное атомистическое моделирование показало взаимодействия фосфатов LYS / ARG и PIP, но для моделирования полного внедрения REM-CA потребовалось бы по крайней мере несколько мкс.Этот аргумент еще больше усиливает выбор для крупномасштабного моделирования. Тем не менее, как указал рецензент, силовое поле Мартини имеет ограничения, например, вторичные структуры должны быть ограничены. В нашем случае представление пептида в виде двух доменов основано не только на анализе in silico, предсказывающем, что R1 имеет амфипатические и спиральные свойства, а R2 как обладающий неструктурированными и более гидрофобными свойствами, но также на экспериментах FTIR и ЯМР. Мы приняли эту структурную основу как достаточную и использовали ее для крупномасштабного моделирования.В текст были внесены поправки, чтобы лучше представить эти моменты.

1) Стэнсфельд П.Дж., Хопкинсон Р., Эшкрофт Ф.М. И Сансом, М. Сайт связывания PIP (2) в каналах Kir: определение с помощью многомасштабного биомолекулярного моделирования. Biochemistry 48, 10926-10933 (2009).

2) Арнарес, К., Мазат, Дж. П., Элезгарай, Дж., Марринк, С.Дж. & Periole, X. Доказательства сайтов связывания кардиолипина на открытой мембране поверхности цитохрома bc1. J Am Chem Soc 135, 3112-3120 (2013).

3) Линдаль, Э.И Сансом, М. Мембранные белки: моделирование молекулярной динамики. Curr Opin Struct Biol 18, 425-431 (2008).

4) Слабым местом этой рукописи является отсутствие функциональных данных по эндогенному состоянию, вместо этого все эксперименты на растительных клетках проводились путем временной сверхэкспрессии гетерологичных белков (картофеля) (различных конструкций) в гетерологичной системе, клетках табака. Таким образом, представленные результаты будут убедительными, если будет доказано, что эти белки функционируют в клетках табака на изученных уровнях экспрессии.

Мы согласны с тем, что работа со стабильными линиями, экспрессирующими эндогенные REM группы 1 под контролем их эндогенного промотора, является наиболее желательной предпосылкой для проведения этого типа исследований. Однако создание 29 стабильных линий для мутантов REM-CA, которые потребовались бы для экспериментов по локализации, было бы очень утомительным и, как объясняется далее, не обязательно значительно более информативным. Группа 1 REM представляет собой гены с высокой экспрессией и среди 10% наиболее экспрессируемых в растениях (6).Это оправдывает использование сильного промотора, такого как p35S для конфокальных и функциональных экспериментов, и pUB10 для spt-PALM. Более того, Jarsch et al., 2014 (7) показали, что REMORINs метят одни и те же микродомены при экспрессии либо под своим нативным, либо под 35S промотором. Кроме того, с помощью spt-PALM мы показали, что StREM1.3 маркирует нанодомены размером 80 нм (рис. 6), что полностью согласуется с Raffaele et al. 2009 (8) (размер нанодомена: 70 нм, измеренный с помощью иммуноголда на высокоочищенных везикулах PM) и Demir et al.2013 (9) (размер нанодоменов: 90 нм, измеренный с помощью STED-микроскопии). Кроме того, визуализация всех живых клеток мутантов REM-CA проводилась через 2 дня после агроинфильтрации, временные рамки, для которых уровни экспрессии на 40-60% слабее, чем в обычно используемых временных рамках для опосредованной агробактериями временной экспрессии (As наблюдается на рисунке 2B из (10)). Наконец, в нескольких недавних отличных публикациях в области растений использовалась гетерологичная временная экспрессия меченых растительных белков PM для изучения их динамической модели локализации с помощью микроскопии (например,грамм. 11, 12, 7, 13, 14) и большинство, если не все, аналогичные исследования на животных (все они опубликованы в высокопоставленных журналах, например, Zhou et al. Cell 2017 (15), также проводятся при временной гетерологичной экспрессии под контролем очень сильного синтетического промотора.

Тем не менее, чтобы усилить использование нашей биологической системы, мы провели дополнительные эксперименты, которые включены в исправленную версию рукописи (рисунок 1 - приложение к рисунку 2). Мы показали, что ближайшие ортологи StREM1.3 в N. benthamiana, описанные в (16), названные NbREM1.2 и NbREM1.3 в соответствии с предложенной номенклатурой в (6), экспрессируются в эпидермисе N. benthamiana, кодируют белки, локализованные в нанодомене PM; и что NbREM1.2, NbREM1.3 и StREM1.3, экспрессируемые на аналогичных уровнях экспрессии, демонстрируют идентичную способность уменьшать размер очагов инфекции PVX (Рисунок 1 - рисунок в приложении 2).

Принимая во внимание, что вирус картофеля X распространяется от растения к растению путем механического распространения через эпидермис (17), наши новые добавленные результаты подтверждают физиологическую значимость представленной работы в целом.

Кроме того, вывод «нанодомены PM представляют собой функциональную единицу для передачи сигналов растительной клетки» не подтверждается данными в этой рукописи. Обратите внимание, что мы не обязательно ожидаем, что вы решите этот вопрос путем дополнительных экспериментов, но хотели бы, чтобы в документ были добавлены некоторые оговорки, указывающие на эти недостатки и то, как это может или не может повлиять на сделанные выводы.

Мы абсолютно согласны с тем, что мы не рассматривали напрямую вопрос о функциональности PM-нанодоменов растений с точки зрения передачи сигналов.Тем не менее, мы впервые предоставляем на листьях прямые доказательства того, что организация и динамика белковых нанодоменов в PM имеют решающее значение для функции белка. Таким образом, механизмы, описанные в рукописи, кажутся решающими для организации белка StREM1.3 в домены, которые являются функциональными для наших физиологических выходов. По согласованию с рецензентами мы изменили раздел «Обсуждение» с учетом этого уместного замечания.

Артикул:

1) Хаммонд, Г. и другие.PI4P и PI (4,5) P2 являются важными, но независимыми липидными детерминантами идентичности мембран. Science 337, 727-730 (2012).

2) Stefan, C.J. et al. Белки Osh регулируют метаболизм фосфоинозитидов в местах контакта ER-плазматической мембраны. Cell 144, 389-401 (2011).

3) Mesmin, B. et al. Четырехступенчатый цикл, управляемый гидролизом PI (4) P, направляет обмен стерола / PI (4) P посредством связки ER-Golgi OSBP. Cell 155, 830-843 (2013).

4) Мозер фон Фильзек, Дж., Ванни, С., Месмин, Б., Антонни, Б.И Дрин, Г. Фосфатидилинозитол-4-фосфатный механизм обмена для создания липидного градиента между мембранами. Нац Коммуна 6, 6671 (2015).

5) Moser von Filseck, J. et al. ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ТРАНСПОРТ. Транспорт фосфатидилсерина белками ORP / Osh управляется фосфатидилинозитол-4-фосфатом. Science 349, 432-436 (2015).

6) Раффаэле, С., Монгранд, С., Гамас, П., Нибель, А. и Отт, Т. Полногеномная аннотация реморинов, семейства специфичных для растений белков: эволюционные и функциональные перспективы.Физиология растений 145, 593-600 (2007).

7) Ярш И.К. и другие. Плазменные мембраны подразделяются на множество сосуществующих и разнообразных микродоменов у Arabidopsis и Nicotiana benthamiana. Растительная клетка 26, 1698-1711 (2014).

8) Raffaele, S. et al. Реморин, белок пасленовых, обитающий в мембранных рафтах и ​​плазмодесматах, нарушает движение X-вируса картофеля. The Plant Cell 21, 1541-1555 (2009).

9) Demir, F. et al. Ограниченный нанодоменами сигнальный путь ABA Arabidopsis регулирует анионный канал SLAh4.Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 110, 8296-8301 (2013).

10) Grefen, C. et al. Набор векторов на основе промотора убиквитина-10 для флуоресцентной маркировки белков способствует временной стабильности и распределению нативных белков в исследованиях временной и стабильной экспрессии. Журнал растений: клеточная и молекулярная биология 64, 355-365 (2010).

11) Mbengue, M. et al. Клатрин-зависимый эндоцитоз необходим для иммунитета, опосредованного киназами рецептора распознавания образов.Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки 113, 11034-11039 (2016).

12) Martiniere, A. et al. Клеточная стенка сдерживает латеральную диффузию белков плазматической мембраны растений. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 109, 12805-12810 (2012).

13) Бозкурт Т.О. и другие. Перенаправление позднего переноса эндоцитов растений к интерфейсу патогенов. Трафик 16, 204-226 (2015).

14) Somssich, M. et al.Динамика образования пептидных лиганд-зависимых рецепторных комплексов у planta в реальном времени. Sci Signal 8, ra76 (2015).

15) Zhou, Y. et al. Специфичность сортировки липидов, закодированная в мембранном якоре K-Ras, регулирует выходной сигнал. Cell 168, 239-251 e216 (2017).

16) Bozkurt, TO et al. REMORIN1.3, связанный с мембраной растений, накапливается в дискретных перигаусториальных доменах и повышает восприимчивость к Phytophthora infestans. Физиология растений 165, 1005-1018 (2014).

17) Круз, С.С., Робертс, А.Г., Прайор, Д.А., Чепмен, С.& Опарка, KJ От клетки к клетке и опосредованный флоэмой транспорт вируса X картофеля. Роль вирионов. The Plant Cell 10, 495-510 (1998).

https://doi.org/10.7554/eLife.26404.sa2

Мембрана растительной клетки как маркер светозависимых и светонезависимых механизмов действия гербицидов

Резюме

Растительные клетки обладают рядом мембраносвязанных органелл, которые играют важную роль в компартментализации большого количества биохимических путей и физиологических функций, которые имеют потенциально вредные промежуточные или побочные продукты.Плазматическая мембрана особенно важна, поскольку она удерживает всю клеточную структуру целиком и находится на границе раздела между клеткой и окружающей средой. Следовательно, нарушения целостности липидного бислоя, часто из-за вызванного реактивными формами кислорода (ROS) стрессового перекисного окисления мембраны, приводят к неконтролируемой утечке электролита и гибели клеток. Был разработан простой трехэтапный биоанализ для выявления соединений, вызывающих утечку электролитов, и для дифференциации механизмов действия, зависящих от света, от механизмов действия, действующих в темноте.Гербициды, представляющие все известные механизмы действия (а также несколько природных фитотоксинов), были выбраны для изучения их воздействия на целостность мембран дисков семядолей огурца. Наиболее активными были те соединения, которые, как известно, генерируют АФК, такие как диверторы и разобщители электронов (паракват и динотерб), и те, которые были либо фотодинамическими (церкоспорин), либо вызывали накопление фотодинамических продуктов (ацифлуорфен-метил и сульфентразон). Другие активные соединения нацелены на липиды (диклофоп-метил, триклозан и пеларгоновая кислота) или образуют поры в плазматической мембране (сирингомицин).Гербициды, ингибирующие синтез аминокислот, белков, нуклеотидов, клеточной стенки или микротрубочек, не оказали никакого эффекта. Таким образом, был сделан вывод, что плазматическая мембрана растений является хорошим биомаркером, помогающим идентифицировать определенные механизмы действия гербицидов и их зависимость от света для определения биоактивности.

Основные моменты

► Мембраны растений разделяют биохимические пути и физиологические функции. ► Нарушение целостности мембраны может быть смертельным для растений. ► Влияние гербицидов всех способов действия было проверено на целостность мембраны.► Наиболее активными были соединения, генерирующие АФК или нацеленные на синтез липидов. ► Плазматическая мембрана растений - хороший биомаркер действия гербицида.

Ключевые слова

Плазменная мембрана

Механизм действия

Гербицид

Механизм действия

Светозависимый

Светонезависимый

Утечка электролита

Проводимость

Перекисное окисление

статей

полный текст

Опубликовано Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Строительные блоки мембраны играют решающую роль в контроле роста клеток - ScienceDaily

Липиды являются строительными блоками клеточной оболочки - клеточной мембраны. Помимо своей структурной функции, некоторые липиды также играют регулирующую роль и решающим образом влияют на рост клеток. Это было исследовано в новом исследовании ученых из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (MLU). Воздействие липидов зависит от того, как они распределяются по плазматической мембране.Исследование было опубликовано в « The Plant Cell ».

Если клетки растения хотят двигаться, они должны расти. Ярким примером этого является пыльцевая трубка. Когда пыльца попадает на цветок, пыльцевая трубка направляется внутрь женских репродуктивных органов. Это позволяет доставить мужские гаметы, поэтому может произойти оплодотворение. Особенность пыльцевой трубки состоит в том, что она состоит из одной клетки, которая продолжает расширяться и, в крайних случаях, может достигать длины в несколько сантиметров. «Это делает пыльцевые трубки интересным объектом для исследования процессов направленного роста», - говорит профессор Инго Хейлманн, руководитель отдела биохимии растений MLU.

В текущем исследовании команда Хейльмана сосредоточилась на фосфолипидах пыльцевых трубок, которые, как основной компонент плазматической мембраны, отвечают за отделение внутренней части клетки от окружающей среды. «Общеизвестно, что липиды обладают этой структурирующей функцией», - говорит д-р Марта Фратини, первый автор исследования. Только недавно выяснилось, что некоторые фосфолипиды также могут регулировать клеточные процессы. Ученые из Галле теперь смогли показать, что специфический фосфолипид под названием фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат («PIP2») может контролировать различные аспекты роста клеток в пыльцевых трубках - в зависимости от его положения на плазматической мембране.Они сделали это, пометив липид флуоресцентным маркером. «Мы обнаружили, что он либо диффузно распределен по всему кончику пыльцевой трубки без видимого рисунка, либо сконцентрирован в небольших динамических нанодоменах», - объясняет Фратини. Можно представить себе группу людей на площади: либо люди остаются на расстоянии 1,5 метра друг от друга, как сейчас предписано, либо образуют небольшие группы.

Похоже, что разные ферменты ответственны за различное распределение PIP2. «В клетках растений есть несколько ферментов, которые могут производить этот фосфолипид», - объясняет Хейльманн.Как и липиды, некоторые из этих ферментов широко распределены по мембране, а другие сконцентрированы в нанодоменах, как показано в текущем исследовании. В зависимости от того, какой из ферментов искусственно увеличили исследователи, либо цитоскелет - структура, важная для направленного роста - стабилизировалась, и пыльцевая трубка набухла на кончике, либо было больше пектина - важного строительного материала для стенок растительных клеток - секретный. Это заставило клетку разветвляться на конце. Чтобы убедиться, что распределение липидов действительно отвечает за эти эффекты роста, биохимики искусственно изменили расположение ферментов на плазматической мембране - от кластеров к широкому рассеянию или наоборот.Оказывается, они смогли контролировать соответствующие эффекты на рост клеток.

«Насколько мне известно, наше исследование - первое, в котором удалось проследить регуляторную функцию липидов до их пространственного распределения в мембране», - говорит Хейльманн. Теперь необходимы дальнейшие исследования, чтобы выяснить, как именно собираются мембранные нанодомены и как распределение PIP2 на мембране может иметь такие различные эффекты.

История Источник:

Материалы предоставлены Университетом Мартина Лютера Галле-Виттенберг . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

РОСТ I

| PlantFacts | Индекс сайта |

РАСТИТЕЛЬНЫЕ ЯЧЕЙКИ

Клеточная основа роста
Рост растений является результатом сочетания трех процессов на клеточном уровне

  • Отделение клеток
  • Расширение ячейки
  • Дифференцировка клеток

Каждый из этих процессов необходим для устойчивого и организованный рост.Деление клетки или митоз включает дублирование и упорядоченное разделение комплектов генетический материал. По мере того, как клетки расширяются, этот генетический материал выборочно транскрибируется и переведены, чтобы определить окончательную форму каждой ячейки. Так клетки имеют разные формы в зависимости от их положения и функционируют на заводе. Другими словами, они проходят дифференциация .

Растительная клетка
Учебники обычно начинаются с изображения «типичного растения. ячейка », хотя на самом деле такого нет.Однако мы может сделать некоторые общие утверждения о растительных клетках как отличается от таковых других организмов. Поскольку растения у эукариот их клетки делятся на отсеки, каждый из который окружен по крайней мере одной двухслойной липидной мембраной. Три отличительные особенности растительных клеток - это наличие из

  • клеточная стенка, состоящая из целлюлозы и другие полисахариды.
  • пластиды
  • вакуолей

Состав и структура клеточной стенки являются важные аспекты дифференциации.

Внутри стены и обычно прижимается к ней плазматическая мембрана (ПМ). Эта мембрана регулирует поглощение и выход молекул и ионов; он участвует в восприятии сигналы из окружающей среды и других клеток растения и в синтезе целлюлозы.

В дополнение к этой внешней границе растительные клетки имеют внутренняя граница, тонопласт (TP), который охватывает вакуоль.

Расширение растительных клеток происходит в основном в вакуоли, поэтому что это самый большой отсек наиболее зрелых клетки.

  • Большинство растворимых запасов органических молекул, сахара, органические кислоты и аминосоединения содержатся в вакуоль
  • У заводов нет возможности избавиться от отходов ткани и вакуоль обеспечивают место метаболических готовая продукция
  • Вакуоль содержит гидролитические ферменты, поэтому некоторые отходов могут быть переработаны и переработаны
  • Из-за растворенных в нем растворенных веществ вакуоль регулирует осмотические свойства растительных клеток

Органеллы и большая часть метаболического аппарата растительные клетки существуют в цитоплазме, между плазмой мембрана и тонопласт

Хлоропластов с их ролью в фотосинтез - это всего лишь один член семейства органелл, окруженных двойными липидные мембраны.Другие члены этой семьи пластиды имеют другие функции и включают

  • амилопласты, заполненные гранулами крахмала и встречаются в запасных тканях в семенах, корнях и стеблях
  • хромопластов, содержащих желтый или оранжевый каротиноид пигменты в растворе в липидных каплях и встречаются во многих цветы и фрукты
  • эопластов, которые являются ювенильной формой пластид что происходит в эмбрионах и апикальных меристемах
  • этиопластов, которые развиваются в тканях в темноте и отсутствие пигментов

Пластиды содержат ДНК, которая кодирует некоторые из их белков. (другие кодируются ядром), и они воспроизводятся разделение.Эопласты развиваются в другие формы пластид, в зависимости от типа ткани, в которой они возникают. Все формы пластид взаимопревращаемы. Большая часть осеннего цвета результат перехода от хлоропласта к хромопласту в листьях лиственных деревьев.

Пластида из молодого плода клубники промежуточное звено между хлоропластом (наличие тилакоида) и амилопласт (крупные зерна крахмала)

Другие мембраносвязанные органеллы в растительной клетке: типичен для всех эукариот:

Ядро является местом большинства генетических информация в ячейке.Ограничен двойной мембраной. который весь перфорирован порами. Белки и прочее молекулы из внешнего мира могут проникать в эти поры и влияют на ядерную функцию. РНК (мРНК, тРНК и рРНК), которая транскрибируется с ДНК в ядре, проходит через поры цитоплазмы, где он участвует в белке синтез. Синтез рибосомной РНК сосредоточен в ядрышко (1), которое обычно является наиболее очевидным структура, видимая в ядре.

Митохондрия - это еще одна двойная мембрана, ограниченная органелла с некоторой собственной ДНК и синтезом белка аппарат. Как и в случае с хлоропластом, синтез митохондриальные белки разделены между митоходрионами само и ядро. Как пластида и его ядро. воспроизводится делением.Роль митохондрий в описывается дыхание в другом месте

Эндоплазматический ретикулум (ЭР) представляет собой листы мембраны. по всей цитоплазме; это часто связано с рибосомы (грубый ER), но также могут быть гладкими. Скорая помощь участвует в обработке белков и перемещении молекул вокруг клетки.

Аппарат Гольджи или диктиосома представляет собой стопку блюдца. как мембраны, образующие маленькие пузырьки по краям. Он участвует в секреции материала, особенно клеточного компоненты стенки через плазматическую мембрану.

Цитоскелет состоит из актиновых нитей. которые отвечают за движение цитоплазмы и микротрубочки, которые организуют сборку клеточной стенки и хромосомы движение в митозе.Хотя сами растения не двигаются внутри их клеток много движения.

Помимо актиновой и тубулиновой систем, мембраны обеспечить путь движения. Новый липид, производимый в ER, перемещается к аппарату Гольджи, где собирает материал для секреция. Пузырьки из Гольджи выходят из клетки, доставка пакетов материала стенок ячеек, поскольку они соединяются с плазматическая мембрана.

Интересный вид растительной клетки представлен в Интернете. сайт поддерживается Иллинойским университетом. Их Виртуальная ячейка - это интерактивная карта строений в растительная клетка, как видно в электронный микроскоп и в схематическая форма.

КОНТРОЛЬНЫЙ ОПРОС

| PlantFacts | Индекс сайта |

Авторские права © Michael Knee,
Государственный университет Огайо
Все права защищены.

2.11: Структуры растительных клеток - Биология LibreTexts

  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  1. Растительные клетки
    1. Особые структуры в растительных клетках
    2. Клеточная стенка
    3. Центральная вакуоль
    4. Пластиды
    5. Хлоропласты
  2. Резюме
  3. Узнать больше
    1. Узнать больше I
    2. Узнать больше II
    900
  4. Review

Что должны делать растения, а животные - нет?

Многие клетки растений зеленые.Почему? Клетки растений также обычно имеют отчетливую форму. Жесткий внешний вид ячеек необходим для того, чтобы растения росли вертикально. Клетки животных не имеют такой жесткой поверхности. Есть и другие явные различия между растительными и животными клетками. Они будут в центре внимания данной концепции.

Растительные клетки

Особые структуры в растительных клетках

Большинство органелл являются общими как для животных, так и для растительных клеток. Однако у растительных клеток также есть особенности, которых нет у животных клеток: клеточная стенка, большая центральная вакуоль и пластиды, такие как хлоропласты.

Образ жизни растений сильно отличается от образа жизни животных, и эти различия становятся очевидными, если изучить структуру растительной клетки. Растения сами производят пищу в процессе, называемом фотосинтез . Они поглощают углекислый газ (CO 2 ) и воду (H 2 O) и превращают их в сахара. Характеристики, уникальные для растительных клеток, можно увидеть на рисунке ниже.

Помимо того, что они содержат большинство органелл, обнаруженных в клетках животных, клетки растений также имеют клеточную стенку, большую центральную вакуоль и пластиды.Эти три особенности не обнаруживаются в клетках животных.

Клеточная стенка

Клеточная стенка - это жесткий слой, который находится вне клеточной мембраны и окружает клетку. Клеточная стенка содержит не только целлюлозу и белок, но и другие полисахариды. Стенка клетки обеспечивает структурную поддержку и защиту. Поры в клеточной стенке позволяют воде и питательным веществам перемещаться в клетку и выходить из нее. Клеточная стенка также предотвращает разрыв растительной клетки при попадании воды в клетку.

Микротрубочки направляют формирование клеточной стенки растений. Ферменты откладывают целлюлозу, формируя первичную клеточную стенку. У некоторых растений также есть вторичная клеточная стенка. Вторичная стенка содержит лигнин, вторичный клеточный компонент в растительных клетках, которые завершили рост / размножение клеток.

Центральная вакуоль

Большинство зрелых растительных клеток имеют центральную вакуоль , которая занимает более 30% объема клетки. Центральная вакуоль может занимать до 90% объема некоторых клеток.Центральная вакуоль окружена мембраной, называемой тонопластом . Центральная вакуоль выполняет множество функций. Помимо хранения, основная роль вакуоли заключается в поддержании тургорного давления на клеточную стенку. Белки, содержащиеся в тонопласте, контролируют поток воды в вакуоль и из нее. Центральная вакуоль также хранит пигменты, окрашивающие цветы.

Центральная вакуоль содержит большое количество жидкости, называемой клеточным соком, которая по составу отличается от клеточного цитозоля.Клеточный сок - это смесь воды, ферментов, ионов, солей и других веществ. Клеточный сок также может содержать токсичные побочные продукты, которые были удалены из цитозоля. Токсины в вакуоли могут помочь защитить некоторые растения от поедания.

Пластиды

Растения Пластиды представляют собой группу тесно связанных мембраносвязанных органелл, которые выполняют множество функций. Они отвечают за фотосинтез, за ​​хранение таких продуктов, как крахмал, и за синтез многих типов молекул, которые необходимы в качестве строительных блоков клетки.Пластиды обладают способностью изменять свою функцию между этими и другими формами. Пластиды содержат собственную ДНК и некоторые рибосомы, и ученые считают, что пластиды произошли от фотосинтезирующих бактерий, которые позволили первым эукариотам производить кислород. Основные типы пластид и их функции:

  • Хлоропласты - органеллы фотосинтеза. Они улавливают световую энергию от солнца и используют ее вместе с водой и углекислым газом для производства пищи (сахара) для растений.Расположение хлоропластов в клетках растения можно увидеть на рисунке ниже.
  • Хромопласты производят и хранят пигменты, которые придают лепесткам и фруктам оранжевый и желтый цвет.
  • Лейкопласты не содержат пигментов и находятся в корнях и нефотосинтезирующих тканях растений. Они могут стать специализированными для массового хранения крахмала, липидов или белков. Однако во многих клетках лейкопласты не выполняют основной функции хранения. Вместо этого они производят такие молекулы, как жирные кислоты и многие аминокислоты.

Растительные клетки с видимыми хлоропластами.

Хлоропласты

Хлоропласты улавливают световую энергию солнца и используют ее вместе с водой и углекислым газом для производства сахаров для пищевых продуктов. Хлоропласты выглядят как плоские диски и обычно имеют диаметр от 2 до 10 микрометров и толщину 1 микрометр. Модель хлоропласта показана на рисунке ниже. Хлоропласт окружен внутренней и внешней фосфолипидной мембраной. Между этими двумя слоями находится межмембранное пространство.Жидкость внутри хлоропласта называется стромой и содержит одну или несколько молекул небольшой кольцевой ДНК. В строме также есть рибосомы. Внутри стромы находятся стопки из тилакоидов , суборганелл, которые являются местом фотосинтеза. Тилакоиды расположены в стопки, называемые грана (единственное число: гранум). Тилакоид имеет форму приплюснутого диска. Внутри него находится пустое пространство, называемое тилакоидным пространством или просветом. Фотосинтез происходит на тилакоидной мембране.

Внутри тилакоидной мембраны находится комплекс белков и светопоглощающих пигментов, таких как хлорофилл и каротиноиды. Этот комплекс позволяет улавливать световую энергию со многими длинами волн, поскольку хлорофилл и каротиноиды поглощают свет разных длин волн. Это будет обсуждаться далее в концепции «Фотосинтез».

Внутренняя структура хлоропласта с обведенным гранальным стеком тилакоидов.

Резюме

  • Растительные клетки имеют клеточную стенку, большую центральную вакуоль и пластиды, такие как хлоропласты.
  • Клеточная стенка - это жесткий слой, который находится вне клеточной мембраны и окружает клетку, обеспечивая структурную поддержку и защиту.
  • Центральная вакуоль поддерживает тургорное давление на клеточную стенку.
  • Хлоропласты улавливают световую энергию солнца и используют ее вместе с водой и углекислым газом для производства сахаров для пищевых продуктов.

Узнать больше

Узнать больше I

Используйте этот ресурс, чтобы ответить на следующие вопросы.

  1. Какова роль хлоропласта?
  2. Что произошло первым, фотосинтез хлоропласта?
  3. Какое значение имеет тилакоидная мембрана?
  4. Зачем растительным клеткам клеточная стенка?
  5. Что такое тургорное давление? Как растение поддерживает тургорное давление?

Обзор

  1. Перечислите три структуры, которые встречаются в клетках растений, но не в клетках животных.
  2. Определить две функции пластид в растительных клетках.
  3. Каковы роли клеточной стенки и центральной вакуоли?
  4. Опишите строение хлоропласта.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *