(1) Lípidos de la membrana
Fosfolípidos, colesterol y glicolípidos Hay aproximadamente 109 moléculas de lípidos en la membrana plasmática de cada animal, es decir, por micrón cuadrado hay aproximadamente 5x106 moléculas de lípidos en la membrana plasmática.
(2) Proteínas de membrana
Proteínas (incluidas las enzimas) Las proteínas de membrana de la membrana celular se unen principalmente a los lípidos de la membrana en forma de proteínas endógenas y proteínas exógenas. La proteína intrínseca se une directamente a la parte hidrofóbica del fosfolípido a través de la parte hidrofóbica, con polaridad en ambos extremos, recorriendo la membrana por dentro y por fuera; la proteína externa se une al extremo externo de la proteína interna a través de enlaces no valentes, o; a la cabeza hidrofílica de la molécula de fosfolípido. Los ejemplos incluyen vectores, receptores específicos, enzimas y antígenos de superficie. Del 20 al 30% de las proteínas de superficie (proteínas periféricas) se unen a los lípidos en ambos lados de la membrana con aminoácidos o grupos cargados; del 70 al 80% de las proteínas de unión (proteínas intrínsecas) se unen a uno o varios. una α-hélice hidrofóbica (de 20 a 30 aminoácidos hidrofóbicos), con 3,6 residuos de aminoácidos por vuelta, lo que equivale al espesor de la membrana. Las hélices α adyacentes están conectadas por péptidos lineales a ambos lados de la membrana), es decir, los grupos hidroxilo hidrófobos de la membrana se unen a moléculas de lípidos. En teoría, las proteínas incrustadas en la capa lipídica pueden flotar y desplazarse lateralmente, por lo que deberían distribuirse aleatoriamente; en realidad, puede existir una distribución regional (esto puede estar relacionado con el efecto limitado del citoesqueleto dentro de la membrana sobre ciertas moléculas de proteínas; . ), logrando así su función especial: el intercambio de materia, energía e información entre las células y el medio ambiente. (Frye y Edin 1970) Se cultivaron juntas células humanas marcadas con un rojo aromático de núcleo básico que emite rojo y células de ratón marcadas con un anticuerpo proteico de membrana marcado con fluoresceína que emite verde y luego se fusionaron y distribuyeron entre sí. Después de 40 minutos a 37°C, se distribuyeron uniformemente. Método de recuperación de fluorescencia por fotoblanqueo, monitoreo de microáreas)
Hay dos tipos principales de proteínas de transporte en la membrana celular, a saber, proteínas portadoras y proteínas de canal. Las proteínas portadoras, también conocidas como portadoras, permeasas y transportadores, pueden unirse a solutos específicos y transportar los solutos unidos al otro lado de la membrana mediante cambios en su propia conformación. Algunas proteínas transportadoras requieren energía para funcionar, como varias bombas de iones impulsadas por APT; otras transportan sustancias mediante difusión libre y no requieren energía, como las enzimas valina. Las proteínas de los canales se unen débilmente al material transportado, formando canales hidrófilos. Cuando los canales están abiertos, pueden permitir el paso de solutos específicos y todas las proteínas del canal transportan solutos por difusión libre.
(3) Azúcares de membrana
Azúcares de membrana y recubrimientos de azúcar: glicoproteínas, glicolípidos
Los carbohidratos de la membrana celular son principalmente cadenas de oligosacáridos y cadenas de polisacáridos con las que se combinan. los lípidos o proteínas de la membrana en forma de enlaces para formar glicolípidos y glicoproteínas; la mayoría de estas cadenas de azúcar están expuestas en el exterior de la membrana (no citoplasma). (complejo polisacárido-proteína, cubierta celular de la envoltura celular) La especificidad de la secuenciación de monosacáridos sirve como "signo, antena" (identificable, unión a transmisores, hormonas, etc.) de células o determinantes proteicos-antigénicos del grupo sanguíneo ABO. , es decir, esfingosina, con diferentes cadenas de oligosacáridos (131AA (100 residuos de azúcar).
Características y funciones básicas de la membrana celular
La membrana celular envuelve las células, manteniéndolas relativamente estables y manteniendo las actividades de la vida normal. Además, la absorción de los nutrientes necesarios para las células y la excreción de productos metabólicos deben atravesar la membrana celular. Por tanto, esta selectividad de la membrana celular que permite que determinadas moléculas entren y salgan de la célula se denomina permeabilidad selectiva. Esta es la función más básica de la membrana celular. Si una célula pierde esta función, morirá.
La membrana celular no sólo regula y controla el intercambio de materiales dentro y fuera de la célula mediante ósmosis selectiva, sino que también ayuda a las células a absorber gotitas y capturar partículas de alimentos en el ambiente externo mediante "endocitosis" y "exocitosis". .Satisfacer las necesidades nutricionales de las células en las actividades de la vida. La membrana celular también puede aceptar estimulación de señales externas para hacer que las células respondan, regulando así las actividades vitales de las células. La membrana celular no es sólo la barrera física de las células, sino también una estructura importante con funciones complejas en las actividades de la vida celular.
* * *Las mismas características de la estructura de la membrana biológica;
Mosaico: un mosaico de bicapas de fosfolípidos y proteínas o, alternativamente, dispuestos en una superficie de mosaico bidimensional;
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Polaridad de las proteínas: Las regiones polares de las proteínas intrínsecas de la membrana sobresalen hacia la superficie de la membrana y las partes no polares quedan enterradas en la doble capa;
Movilidad: Proteínas y lípidos en la la estructura de la membrana tiene una fluidez lateral relativa;
Transición de fase; a medida que cambian las condiciones ambientales, los estados cristalino y cristalino líquido de las moléculas de lípidos son mutuamente variables;
Estado de actualización: en las células, los componentes de la membrana se encuentran en constante renovación;
Asimetría: la disposición de los componentes de la membrana es asimétrica.
Difusión
Fluidez de la membrana
Fluidez de la membrana celular
La fluidez de la membrana se refiere a las moléculas de lípidos y proteínas que forman la membrana de liquidez. . La fluidez de las membranas no es sólo una de las características básicas de las membranas, sino también una condición necesaria para que las células realicen actividades vitales.
La fluidez de la membrana generalmente se refiere al estado de movimiento de la porción de la cadena de hidrocarburos de ácidos grasos de los lípidos de la membrana, es decir, la fluidez de los lípidos de la membrana. Los cambios en la fluidez de los lípidos de la membrana pueden reflejar el estado funcional de la membrana y el grado de daño de la membrana.
■Formas de fluidez
●Movimiento de los lípidos de membrana.
El flujo de lípidos es el principal factor causante de la fluidez de la membrana. En resumen, existen cuatro formas principales de movimiento de los lípidos de la membrana.
① Difusión lateral;
(2) Rotación
③Flex;
(4) Difusión de giro, también conocida como gatillo.
●El movimiento de las proteínas de membrana no puede moverse como los lípidos de membrana porque su peso molecular es relativamente grande y se ve afectado por el citoesqueleto. Existen principalmente las siguientes formas de movimiento:
① Movimiento aleatorio Algunas proteínas pueden moverse aleatoriamente a través de toda la membrana. Las tasas de movilidad fueron más bajas que las medidas para las bicapas de grasa artificiales.
② Movimiento direccional Algunas proteínas son especiales y realizan movimientos direccionales dentro de la membrana. Por ejemplo, algunas proteínas de membrana pueden atravesar la membrana desde la cabeza hasta la cola de la célula.
③ Difusión local Aunque algunas proteínas pueden difundir libremente en la membrana, solo pueden difundir localmente.
Función de la membrana celular
(1) Separa células y orgánulos, proporciona un ambiente interno relativamente estable para las actividades de la vida celular, aumenta en gran medida el área de la membrana y mejora la función biológica. funciones que ocurren en la membrana;
(2) Las sustancias solubles en agua en ambos lados de la membrana no pueden pasar libremente debido al efecto barrera;
(3) Transporte selectivo de sustancias, acompañado de transferencia de energía;
(4) Funciones biológicas: efectos hormonales, reacciones enzimáticas, reconocimiento celular, transferencia de electrones, etc.
(5) Función de transporte de material: el intercambio de material entre las células y el entorno circundante se logra mediante la función de movimiento de ladrillos de la membrana celular. Los principales métodos de transporte son los siguientes.
1) Difusión simple: El proceso de difusión de sustancias liposolubles desde el lado de alta concentración hacia el lado de baja concentración de la membrana se denomina difusión simple.
2) Difusión facilitada: El proceso en el que sustancias no solubles en lípidos se difunden a través de una membrana a lo largo de una diferencia de concentración o diferencia de potencial con la ayuda de proteínas de membrana se denomina difusión facilitada. Tres características de la difusión facilitada: 1. Especificidad: El canal iónico o portador en la memoria generalmente se refiere al transporte de una sustancia. 2. Saturación: es decir, cuando el material de la nube de perforación posterior aumenta hasta un cierto límite, el volumen de transporte ya no aumenta. Esto se debe al número limitado de canales o portadores de iones. 3. Inhibición competitiva: Cuando los canales iónicos o transportadores transportan dos o más sustancias en la memoria al mismo tiempo, un aumento en la concentración de una sustancia debilitará el transporte de la otra sustancia.
La difusión simple y la difusión facilitada se producen a lo largo de la diferencia de concentración. Las células en sí no consumen energía y son transporte pasivo.
3) Transporte activo: El proceso de transporte transmembrana en el que se transportan iones o moléculas pequeñas por diferencia de concentración inversa o diferencia de potencial inversa bajo la acción de una "bomba" sobre la membrana se denomina transporte activo. El transporte activo requiere mucha energía.
4) Endocitosis y exocitosis: Es una forma eficaz de transportar moléculas grandes o materiales a granel. El movimiento de sustancias desde el exterior de la célula hacia el interior de la célula a través de la membrana celular se denomina entrada celular. Incluyendo tragar y beber.
Las sustancias líquidas ingresan a las células para ser tragadas, como la absorción de nutrientes por el epitelio intestinal; las sustancias sólidas ingresan a las células para la fagocitosis, como el proceso en el que los granulocitos engullen a las bacterias. La exocitosis es el movimiento de células desde el interior de la célula hacia el exterior de la célula. Los metabolitos de las células y las secreciones de las células glandulares se completan mediante exocitosis.
(6) Función del receptor de la membrana celular: el receptor es una estructura especial para el reconocimiento celular y la información química, y su esencia es la proteína.
Suplemento:
Las células son la unidad más pequeña de materia desde lo inanimado a lo animado (independientemente de los virus). El análisis en profundidad del flujo de energía de las células ayuda a comprender la materia animada e inanimada. Diferencias fundamentales en la materia.
El descubrimiento de la membrana celular
En los dos siglos posteriores a mediados del siglo XVII, la historia del desarrollo de la teoría celular básicamente se ha completado. Pero la comprensión de la membrana celular por sí sola se retrasó dos siglos.
Del 65438 al 0855, Negri descubrió que la penetración de los pigmentos en las células vegetales dañadas y no dañadas era diferente. Estudió el "borde" de las células a través de sus propiedades de permeabilidad (primero llamó al "borde" de las células membrana plasmática). Negri y Cramer realizaron experimentos juntos y descubrieron que las células tienen propiedades osmóticas sensibles y su volumen puede cambiar dependiendo de la fuerza osmótica del medio circundante. Cuando la permeabilidad de los solutos extracelulares es alta, las células se vuelven más pequeñas; cuando la permeabilidad de los solutos es baja, las células se vuelven más grandes. Negri señaló que la relación entre las células y el medio ambiente se da a través de este "límite". En experimentos, Negri también descubrió que cuando un extremo de la molécula del recipiente de Rhodophyllum se colocaba en una solución acuosa y el otro extremo en una solución de azúcar, se obstaculizaba la transferencia del contenido celular. La savia celular de un extremo del agua fluye hacia el otro extremo de la solución de azúcar, llevándose consigo todas las partículas móviles. Pero ya se sabía que las fuerzas combinadas de la transpiración y la presión osmótica no son lo suficientemente fuertes como para empujar el líquido hacia las partes superiores de la planta, y estas dos fuerzas no pueden explicar la dirección del flujo de savia de la planta. Por lo tanto, Negri cree que debe haber otra fuerza, esta fuerza está en la pared vertical, y más probablemente en la pared transversal. Esta fuerza aumenta el flujo de solución celular de abajo hacia arriba. Además, el fisiólogo vegetal alemán W. Pfeffer realizó una gran cantidad de experimentos sobre el comportamiento osmótico de las células vegetales y propuso dos conclusiones importantes en 1897: en primer lugar, las células están cubiertas por una membrana plasmática, en segundo lugar, esta membrana plasmática está compuesta de agua y; Barreras comunes al paso de solutos. Al mismo tiempo, se descubrió rápidamente que la barrera de la membrana celular tiene una selectividad obvia, algunas sustancias pueden atravesarla y otras apenas pueden atravesarla. En 1899, el fisiólogo celular británico Overton publicó una serie de observaciones sobre la entrada de compuestos en las células. Descubrió que cuanto más polar es una molécula, más lentamente ingresa a las células. Cuando se agregan grupos no polares, como cadenas alquílicas, el compuesto ingresa a las células más rápido. Overton concluyó que la membrana celular que controla la velocidad a la que las sustancias ingresan a la célula es una sustancia grasa que contiene esteroles y otros lípidos. Por lo tanto, en ese momento se determinó que había una membrana lipídica rodeando las células. En 1925, E. Gorter y F. grendel propusieron el concepto de membranas lipídicas con una estructura de doble capa.
De hecho, la comprensión de los académicos sobre las condiciones de las membranas sigue siendo hipotética y no han logrado observar las membranas celulares. Aunque los métodos para fijar y teñir muestras de tejido mejoraron durante este período, e incluso se dispuso de microscopía de contraste de fase y microscopía de interferencia, las membranas celulares eran indistinguibles. Por muy bueno que sea el microscopio óptico, no podrá lograr este propósito. De 1930 a 1950, con el desarrollo de la tecnología de microscopía electrónica, cuando esta tecnología se aplicó al estudio de las células, se descubrió que la membrana límite de las células es una entidad sólida, confirmando así la existencia de las membranas celulares. Las observaciones con microscopía electrónica muestran que la célula no es una bolsa de mitocondrias con un núcleo, algunos flotando en gelatina protoplásmica, sino un conjunto de muchas membranas cubiertas por membranas. A principios de la década de 1950, Parady y K.R. Porter llamaron a este extenso sistema de endomembranas retículo endoplásmico. Las diversas membranas observadas por los primeros microscopistas electrónicos parecían diagramas esquemáticos de "vías de tranvía" y "vías de ferrocarril".