Fungsi utama membran. Sel dan membran sel

Membran plasma , atau plasmalemma,- membran paling permanen, mendasar, universal untuk semua sel. Ini adalah film tipis (sekitar 10 nm) yang menutupi seluruh sel. Plasmalemma terdiri dari molekul protein dan fosfolipid (Gbr. 1.6).

Molekul fosfolipid tersusun dalam dua baris - dengan ujung hidrofobik ke dalam, kepala hidrofilik menuju lingkungan berair internal dan eksternal. Di beberapa tempat, lapisan ganda (lapisan ganda) fosfolipid ditembus oleh molekul protein (protein integral). Di dalam molekul protein tersebut terdapat saluran – pori-pori yang dilalui zat yang larut dalam air. Molekul protein lain menembus separuh lapisan lipid pada satu sisi atau sisi lainnya (protein semi-integral). Ada protein perifer pada permukaan membran sel eukariotik. Molekul lipid dan protein disatukan karena interaksi hidrofilik-hidrofobik.

Sifat dan fungsi membran. Semua membran sel merupakan struktur cairan yang bergerak, karena molekul lipid dan protein tidak saling berhubungan melalui ikatan kovalen dan mampu bergerak cukup cepat pada bidang membran. Berkat ini, membran dapat mengubah konfigurasinya, yaitu memiliki fluiditas.

Membran adalah struktur yang sangat dinamis. Mereka dengan cepat pulih dari kerusakan dan juga meregang dan berkontraksi dengan gerakan seluler.

Membran dari berbagai jenis sel berbeda secara signifikan baik dalam komposisi kimianya maupun dalam kandungan relatif protein, glikoprotein, lipid di dalamnya, dan, akibatnya, dalam sifat reseptor yang dikandungnya. Oleh karena itu, setiap jenis sel dicirikan oleh individualitasnya, yang ditentukan terutama glikoprotein. Glikoprotein rantai bercabang yang menonjol dari membran sel terlibat di dalamnya pengenalan faktor lingkungan luar, serta saling mengenali sel-sel terkait. Misalnya, sel telur dan sperma saling mengenali melalui glikoprotein permukaan sel yang menyatu sebagai elemen terpisah dari keseluruhan struktur. Pengakuan timbal balik seperti itu merupakan tahap penting sebelum pembuahan.

Fenomena serupa diamati dalam proses diferensiasi jaringan. Dalam hal ini, sel-sel yang strukturnya serupa, dengan bantuan area pengenalan plasmalemma, diorientasikan dengan benar relatif satu sama lain, sehingga memastikan adhesi dan pembentukan jaringannya. Terkait dengan pengakuan peraturan transportasi molekul dan ion melalui membran, serta respon imunologis di mana glikoprotein berperan sebagai antigen. Dengan demikian, gula dapat berfungsi sebagai molekul informasi (seperti protein dan asam nukleat). Membran juga mengandung reseptor spesifik, pembawa elektron, pengubah energi, dan protein enzim. Protein terlibat dalam memastikan pengangkutan molekul tertentu ke dalam atau ke luar sel, menyediakan hubungan struktural antara sitoskeleton dan membran sel, atau berfungsi sebagai reseptor untuk menerima dan mengubah sinyal kimia dari lingkungan.

Properti paling penting dari membran juga permeabilitas selektif. Ini berarti bahwa molekul dan ion melewatinya dengan kecepatan berbeda, dan semakin besar ukuran molekul, semakin lambat kecepatan mereka melewati membran. Properti ini mendefinisikan membran plasma sebagai penghalang osmotik. Air dan gas yang terlarut di dalamnya memiliki kemampuan penetrasi yang maksimal; Ion melewati membran jauh lebih lambat. Difusi air melalui membran disebut secara osmosis.

Ada beberapa mekanisme untuk mengangkut zat melintasi membran.

Difusi- penetrasi zat melalui membran sepanjang gradien konsentrasi (dari area yang konsentrasinya lebih tinggi ke area yang konsentrasinya lebih rendah). Pengangkutan zat secara difus (air, ion) dilakukan dengan partisipasi protein membran, yang memiliki pori-pori molekul, atau dengan partisipasi fase lipid (untuk zat yang larut dalam lemak).

Dengan difusi terfasilitasi protein transpor membran khusus secara selektif mengikat ion atau molekul tertentu dan mengangkutnya melintasi membran sepanjang gradien konsentrasi.

Transportasi aktif melibatkan biaya energi dan berfungsi untuk mengangkut zat melawan gradien konsentrasinya. Dia dilakukan oleh protein pembawa khusus yang membentuk apa yang disebut pompa ion. Yang paling banyak dipelajari adalah pompa Na - / K - pada sel hewan, yang secara aktif memompa keluar ion Na + sambil menyerap ion K -. Karena itu, konsentrasi K - yang lebih tinggi dan konsentrasi Na + yang lebih rendah dipertahankan di dalam sel dibandingkan dengan lingkungan. Proses ini memerlukan energi ATP.

Akibat transpor aktif menggunakan pompa membran di dalam sel, konsentrasi Mg 2- dan Ca 2+ juga diatur.

Selama proses transpor aktif ion ke dalam sel, berbagai gula, nukleotida, dan asam amino menembus membran sitoplasma.

Makromolekul protein, asam nukleat, polisakarida, kompleks lipoprotein, dll. tidak melewati membran sel, tidak seperti ion dan monomer. Pengangkutan makromolekul, kompleks dan partikelnya ke dalam sel terjadi dengan cara yang sangat berbeda - melalui endositosis. Pada endositosis (endo...- ke dalam) area tertentu dari plasmalemma menangkap dan seolah-olah menyelimuti bahan ekstraseluler, membungkusnya dalam vakuola membran yang timbul sebagai akibat dari invaginasi membran. Selanjutnya, vakuola tersebut bergabung dengan lisosom, yang enzimnya memecah makromolekul menjadi monomer.

Proses kebalikan dari endositosis adalah eksositosis (ekso...- keluar). Berkat itu, sel menghilangkan produk intraseluler atau residu yang tidak tercerna yang tertutup dalam vakuola atau pu-

zyryki. Vesikel mendekati membran sitoplasma, menyatu dengannya, dan isinya dilepaskan ke lingkungan. Ini adalah bagaimana enzim pencernaan, hormon, hemiselulosa, dll dihilangkan.

Dengan demikian, membran biologis, sebagai elemen struktural utama sel, tidak hanya berfungsi sebagai batas fisik, tetapi juga merupakan permukaan fungsional yang dinamis. Banyak proses biokimia yang terjadi pada membran organel, seperti penyerapan aktif zat, konversi energi, sintesis ATP, dll.

Fungsi membran biologis berikut ini:

Pisahkan isi sel dari lingkungan eksternal dan isi organel dari sitoplasma.

Mereka memastikan pengangkutan zat masuk dan keluar sel, dari sitoplasma ke organel dan sebaliknya.

Bertindak sebagai reseptor (menerima dan mengubah bahan kimia dari lingkungan, mengenali zat sel, dll).

Mereka adalah katalis (menyediakan proses kimia dekat membran).

Berpartisipasi dalam konversi energi.

Membran melakukan banyak fungsi berbeda:

membran menentukan bentuk organel atau sel;

penghalang: mengontrol pertukaran zat terlarut (misalnya, ion Na +, K +, Cl -) antara kompartemen internal dan eksternal;

energi: sintesis ATP pada membran dalam mitokondria dan fotosintesis pada membran kloroplas; membentuk permukaan untuk terjadinya reaksi kimia (fosforilasi pada membran mitokondria);

adalah struktur yang memastikan pengenalan sinyal kimia (reseptor hormon dan neurotransmitter terletak di membran);

berperan dalam interaksi antar sel dan mendorong pergerakan sel.

Transportasi melalui membran. Membran memiliki permeabilitas selektif terhadap zat terlarut, yang diperlukan untuk:

pemisahan sel dari lingkungan ekstraseluler;

memastikan penetrasi ke dalam sel dan retensi molekul penting (seperti lipid, glukosa dan asam amino), serta pembuangan produk metabolisme (termasuk yang tidak perlu) dari sel;

mempertahankan gradien ion transmembran.

Organel intraseluler mungkin juga memiliki membran permeabel selektif. Misalnya, pada lisosom, membran mempertahankan konsentrasi ion hidrogen (H+) 1000-10000 kali lebih tinggi dibandingkan di sitosol.

Transportasi melintasi membran bisa pasif, meringankan atau aktif.

Transportasi pasif- ini adalah pergerakan molekul atau ion sepanjang konsentrasi atau gradien elektrokimia. Ini mungkin difusi sederhana, seperti dalam kasus penetrasi gas (misalnya O 2 dan CO 2) atau molekul sederhana (etanol) melalui membran plasma. Dalam difusi sederhana, molekul-molekul kecil yang terlarut dalam cairan ekstraseluler secara berurutan dilarutkan dalam membran dan kemudian dalam cairan intraseluler. Proses ini tidak spesifik, dan laju penetrasi melalui membran ditentukan oleh derajat hidrofobisitas molekul, yaitu kelarutannya dalam lemak. Laju difusi melalui lapisan ganda lipid berbanding lurus dengan hidrofobisitas serta gradien konsentrasi transmembran atau gradien elektrokimia.

Difusi terfasilitasi adalah pergerakan cepat molekul melintasi membran oleh protein membran spesifik yang disebut permease. Proses ini spesifik; berlangsung lebih cepat daripada difusi sederhana, namun memiliki batas kecepatan pengangkutan.

Difusi terfasilitasi biasanya merupakan karakteristik zat yang larut dalam air. Sebagian besar (jika tidak semua) pengangkut membran adalah protein. Mekanisme spesifik fungsi transporter selama difusi terfasilitasi belum cukup dipelajari. Mereka dapat, misalnya, menyediakan transfer melalui gerakan rotasi di dalam membran. DI DALAM akhir-akhir ini Ada informasi bahwa protein pembawa, ketika bersentuhan dengan zat yang diangkut, mengubah konformasinya, akibatnya semacam "gerbang" atau saluran terbuka di membran. Perubahan ini terjadi karena energi yang dilepaskan ketika zat yang diangkut berikatan dengan protein. Transfer tipe relai juga dimungkinkan. Dalam hal ini, pembawa itu sendiri tetap tidak bergerak, dan ion-ion bermigrasi sepanjang itu dari satu ikatan hidrofilik ke ikatan hidrofilik lainnya.

Antibiotik gramicidin dapat menjadi model vektor jenis ini. Pada lapisan lipid membran, molekul linier panjangnya berbentuk heliks dan membentuk saluran hidrofilik di mana ion K dapat bermigrasi sepanjang gradien.

Bukti eksperimental telah diperoleh mengenai keberadaan saluran alami dalam membran biologis. Protein transpor sangat spesifik untuk zat yang diangkut melalui membran, menyerupai enzim dalam banyak sifat. Mereka menunjukkan sensitivitas yang lebih besar terhadap pH, dihambat secara kompetitif oleh senyawa yang strukturnya mirip dengan zat yang diangkut, dan secara non-kompetitif oleh agen yang mengubah gugus fungsi spesifik protein.

Difusi terfasilitasi berbeda dari difusi biasa tidak hanya dalam kecepatannya, tetapi juga dalam kemampuannya untuk menjenuhkan. Peningkatan laju perpindahan zat terjadi sebanding dengan peningkatan gradien konsentrasi hanya sampai batas tertentu. Yang terakhir ini ditentukan oleh “kekuatan” pembawa.

Transpor aktif adalah pergerakan ion atau molekul melintasi membran melawan gradien konsentrasi akibat energi hidrolisis ATP. Ada tiga jenis utama transpor ion aktif:

pompa natrium-kalium - Na + /K + -adenosin triphosphatase (ATPase), yang mengangkut Na + keluar dan K + masuk;

pompa kalsium (Ca 2+) - Ca 2+ -ATPase, yang mengangkut Ca 2+ dari sel atau sitosol ke retikulum sarkoplasma;

pompa proton - H + -ATPase. Gradien ion yang dihasilkan oleh transpor aktif dapat digunakan untuk transpor aktif molekul lain, seperti beberapa asam amino dan gula (transpor aktif sekunder).

transportasi bersama adalah transpor suatu ion atau molekul yang digabungkan dengan transfer ion lain. Impor- transfer simultan kedua molekul dalam satu arah; antiport- perpindahan kedua molekul secara simultan dalam arah yang berlawanan. Jika transpor tidak berhubungan dengan transfer ion lain, proses ini disebut pelabuhan tunggal. Cotransport dimungkinkan baik selama difusi terfasilitasi maupun selama transpor aktif.

Glukosa dapat diangkut melalui difusi terfasilitasi menggunakan tipe symport. Ion Cl - dan HCO 3 - diangkut melintasi membran sel darah merah melalui difusi terfasilitasi oleh pembawa yang disebut pita 3, suatu tipe antiport. Dalam hal ini, Cl - dan HCO 3 - ditransfer dalam arah yang berlawanan, dan arah transfer ditentukan oleh gradien konsentrasi yang ada.

Transpor aktif ion melawan gradien konsentrasi memerlukan energi yang dilepaskan selama hidrolisis ATP menjadi ADP: ATP ADP + P (fosfat anorganik). Transpor aktif, serta difusi terfasilitasi, dicirikan oleh: spesifisitas, keterbatasan kecepatan maksimum (yaitu, kurva kinetik mencapai dataran tinggi) dan adanya inhibitor. Contohnya adalah transpor aktif primer yang dilakukan oleh Na + /K + - ATPase. Agar sistem antiport enzim ini berfungsi, diperlukan adanya ion Na+, K+ dan magnesium. Ia terdapat di hampir semua sel hewan, dan konsentrasinya sangat tinggi pada jaringan yang dapat dirangsang (misalnya saraf dan otot) dan pada sel yang secara aktif berpartisipasi dalam pergerakan Na+ melintasi membran plasma (misalnya, di korteks ginjal. dan kelenjar ludah).

Enzim ATPase sendiri merupakan oligomer yang terdiri dari 2 -subunit 110 kDa dan 2 -subunit glikoprotein masing-masing 55 kDa.. selama hidrolisis ATP, terjadi fosforilasi reversibel residu aspartat tertentu pada -subunit dengan pembentukan -aspartamil fosfat.. Fosforilasi memerlukan Na+ dan Mg 2+ , namun tidak memerlukan K+ , sedangkan defosforilasi memerlukan K+ , namun tidak memerlukan Na+ atau Mg 2+ . Dua keadaan konformasi kompleks protein dengan tingkat energi berbeda telah dijelaskan, yang biasanya disebut E 1 dan E 2, oleh karena itu ATPase juga disebut vektor tipe E 1 - E 2 . Glikosida jantung, mis. digoksin Dan ouabain, menghambat aktivitas ATPase. Ouabain, karena kelarutannya yang sangat baik dalam air, banyak digunakan dalam studi eksperimental untuk mempelajari pompa natrium.

Gagasan yang diterima secara umum tentang cara kerja Na + /K + - ATPase adalah sebagai berikut. Ion Na dan ATP bergabung dengan molekul ATPase dengan adanya Mg 2+. Pengikatan ion Na memicu reaksi hidrolisis ATP, yang menghasilkan pembentukan ADP dan bentuk enzim terfosforilasi. Fosforilasi menginduksi transisi protein enzimatik ke keadaan konformasi baru dan daerah atau daerah yang mengandung Na menjadi terkena lingkungan eksternal. Di sini, Na + ditukar dengan K + , karena bentuk enzim terfosforilasi dicirikan oleh afinitas tinggi terhadap ion K. Transisi terbalik enzim ke konformasi aslinya dimulai dengan eliminasi hidrolitik gugus fosforil dalam bentuk fosfat anorganik dan disertai dengan pelepasan K+ ke dalam ruang internal sel. Situs aktif enzim yang mengalami defosforilasi mampu mengikat molekul ATP baru, dan siklus berulang.

Jumlah ion K dan Na yang masuk ke dalam sel akibat pompa tidak sama. Untuk tiga ion Na yang dihilangkan, ada dua ion K yang dimasukkan dengan hidrolisis simultan satu molekul ATP. Pembukaan dan penutupan saluran pada sisi berlawanan membran dan perubahan efisiensi pengikatan Na dan K secara bergantian disediakan oleh energi hidrolisis ATP. Ion yang diangkut - Na dan K - adalah kofaktor dari reaksi enzimatik ini. Secara teoritis, kita dapat membayangkan berbagai macam pompa yang beroperasi berdasarkan prinsip ini, meskipun saat ini hanya sedikit yang diketahui.

Transportasi glukosa. Transportasi glukosa dapat terjadi berdasarkan jenis difusi terfasilitasi atau transpor aktif, dan dalam kasus pertama berlangsung sebagai uniport, dalam kasus kedua - sebagai simport. Glukosa dapat diangkut ke dalam sel darah merah melalui difusi terfasilitasi. Konstanta Michaelis (Km) untuk transpor glukosa ke dalam sel darah merah adalah sekitar 1,5 mmol/L (yaitu, pada konsentrasi glukosa ini, sekitar 50% molekul permease yang tersedia akan terikat pada molekul glukosa). Karena konsentrasi glukosa dalam darah manusia adalah 4-6 mmol/l, penyerapannya oleh sel darah merah terjadi pada kecepatan yang hampir maksimal. Kekhususan permease sudah terwujud dalam kenyataan bahwa L-isomer hampir tidak diangkut ke eritrosit, tidak seperti D-galaktosa dan D-mannose, namun konsentrasi yang lebih tinggi diperlukan untuk mencapai setengah kejenuhan sistem transpor. Begitu berada di dalam sel, glukosa mengalami fosforilasi dan tidak dapat lagi keluar sel. Glukosa permease juga disebut D-heksosa permease. Ini adalah protein membran integral dengan berat molekul 45 kDa.

Glukosa juga dapat diangkut oleh Na+ -sistem yang bergantung simport ditemukan di membran plasma sejumlah jaringan, termasuk tubulus ginjal dan epitel usus. Dalam hal ini, satu molekul glukosa diangkut melalui difusi terfasilitasi melawan gradien konsentrasi, dan satu ion Na diangkut sepanjang gradien konsentrasi. Keseluruhan sistem pada akhirnya berfungsi melalui fungsi pemompaan Na + /K + - ATPase. Jadi, symport adalah sistem transpor aktif sekunder. Asam amino diangkut dengan cara yang sama.

pompa Ca2+ adalah sistem transpor aktif tipe E 1 - E 2, terdiri dari protein membran integral, yang selama transfer Ca 2+, difosforilasi pada residu aspartat. Selama hidrolisis setiap molekul ATP, dua ion Ca 2+ ditransfer. Dalam sel eukariotik, Ca 2+ dapat berikatan dengan protein pengikat kalsium yang disebut menenangkan, dan seluruh kompleks berikatan dengan pompa Ca 2+. Protein pengikat Ca 2+ juga termasuk troponin C dan parvalbumin.

Ion Ca, seperti ion Na, secara aktif dikeluarkan dari sel oleh Ca 2+ -ATPase. Membran retikulum endoplasma mengandung sejumlah besar protein pompa kalsium. Rantai reaksi kimia yang menyebabkan hidrolisis ATP dan transfer Ca 2+ dapat dituliskan dalam bentuk persamaan berikut:

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

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

Dimana lokasi San - Ca2+ di luar;

Ca ext - Ca 2+ terletak di dalam;

E 1 dan E 2 adalah konformasi berbeda dari enzim pengangkut, transisinya dari satu ke yang lain dikaitkan dengan penggunaan energi ATP.

Sistem penghilangan aktif H+ dari sitoplasma didukung oleh dua jenis reaksi: aktivitas rantai transpor elektron (rantai redoks) dan hidrolisis ATP. Pompa H+ redoks dan hidrolitik terletak di membran yang mampu mengubah energi cahaya atau kimia menjadi energi H+ (yaitu, membran plasma prokariota, membran konjugasi kloroplas dan mitokondria). Sebagai hasil kerja H+ATPase dan/atau rantai redoks, proton ditranslokasi, dan gaya gerak proton (H+) muncul pada membran. Gradien elektrokimia ion hidrogen, seperti yang ditunjukkan oleh penelitian, dapat digunakan untuk transpor berpasangan (transportasi aktif sekunder) dari sejumlah besar metabolit - anion, asam amino, gula, dll.

Terkait dengan aktivitas membran plasma adalah yang menjamin penyerapan zat padat dan cair dengan berat molekul besar oleh sel, - fagositosis Dan pinositosis(dari Gerch. fago- Ada , pino- minum, sitos- sel). Membran sel membentuk kantong, atau invaginasi, yang menarik zat dari luar. Kemudian invaginasi tersebut terlepas dan mengelilingi tetesan lingkungan luar (pinositosis) atau partikel padat (fagositosis) dengan membran. Pinositosis diamati pada berbagai macam sel, terutama pada organ tempat proses penyerapan terjadi.

Bukan rahasia lagi bahwa semua makhluk hidup di planet kita terdiri dari sel, "" bahan organik yang tak terhitung jumlahnya ini. Sel, pada gilirannya, dikelilingi oleh cangkang pelindung khusus - membran, yang memainkan peran yang sangat penting dalam kehidupan sel, dan fungsi membran sel tidak terbatas pada hanya melindungi sel, tetapi mewakili suatu kompleks. mekanisme yang terlibat dalam reproduksi, nutrisi, dan regenerasi sel.

Apa itu membran sel

Kata “membran” sendiri diterjemahkan dari bahasa Latin sebagai “film”, padahal membran bukan sekedar sejenis film yang membungkus sel, melainkan gabungan dua film yang saling terhubung dan mempunyai sifat yang berbeda. nyatanya membran sel Ini adalah membran lipoprotein (protein lemak) tiga lapis yang memisahkan setiap sel dari sel tetangga dan lingkungan, dan melakukan pertukaran terkontrol antara sel dan lingkungan, inilah definisi akademis tentang apa itu membran sel.

Pentingnya membran sangatlah besar, karena tidak hanya memisahkan satu sel dari sel lainnya, namun juga memastikan interaksi sel dengan sel lain dan lingkungan.

Sejarah penelitian membran sel

Kontribusi penting terhadap studi membran sel dibuat oleh dua ilmuwan Jerman Gorter dan Grendel pada tahun 1925. Saat itulah mereka berhasil melakukan eksperimen biologis kompleks pada sel darah merah - eritrosit, di mana para ilmuwan memperoleh apa yang disebut "bayangan", cangkang eritrosit kosong, yang mereka susun dalam satu tumpukan dan mengukur luas permukaan, dan juga menghitung jumlah lipid di dalamnya. Berdasarkan jumlah lipid yang diperoleh, para ilmuwan sampai pada kesimpulan bahwa lipid justru terkandung dalam lapisan ganda membran sel.

Pada tahun 1935, sepasang peneliti membran sel lainnya, kali ini orang Amerika Daniel dan Dawson, setelah serangkaian percobaan panjang, menetapkan kandungan protein dalam membran sel. Tidak ada cara lain untuk menjelaskan mengapa membran memiliki tegangan permukaan yang begitu tinggi. Para ilmuwan dengan cerdik menyajikan model membran sel dalam bentuk sandwich, di mana peran roti dimainkan oleh lapisan lipid-protein yang homogen, dan di antara keduanya, alih-alih minyak, terdapat kekosongan.

Pada tahun 1950, dengan munculnya elektronik, teori Daniel dan Dawson dikonfirmasi oleh pengamatan praktis - dalam mikrograf membran sel, lapisan kepala lipid dan protein terlihat jelas dan juga ruang kosong di antara mereka.

Pada tahun 1960, ahli biologi Amerika J. Robertson mengembangkan teori tentang struktur tiga lapis membran sel, yang untuk waktu yang lama dianggap satu-satunya yang benar, tetapi seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan lebih lanjut, keraguan mulai muncul tentang infalibilitasnya. Jadi, misalnya, dari sudut pandang, akan sulit dan memakan banyak tenaga bagi sel untuk mengangkut nutrisi yang diperlukan melalui seluruh “sandwich”

Dan baru pada tahun 1972, ahli biologi Amerika S. Singer dan G. Nicholson mampu menjelaskan ketidakkonsistenan teori Robertson menggunakan model membran sel fluida-mosaik baru. Secara khusus, mereka menemukan bahwa membran sel tidak homogen komposisinya, bahkan asimetris dan berisi cairan. Selain itu, sel-selnya ada di dalam gerakan konstan. Dan protein terkenal yang merupakan bagian dari membran sel memiliki struktur dan fungsi yang berbeda.

Sifat dan fungsi membran sel

Sekarang mari kita lihat fungsi apa yang dilakukan membran sel:

Fungsi penghalang membran sel adalah membran sebagai penjaga perbatasan yang nyata, menjaga batas-batas sel, menunda dan tidak membiarkan molekul berbahaya atau tidak pantas melewatinya.

Fungsi transportasi membran sel - membran tidak hanya sebagai penjaga perbatasan di gerbang sel, tetapi juga semacam pos pemeriksaan pabean yang terus-menerus bertukar zat bermanfaat dengan sel lain dan lingkungan melaluinya;

Fungsi matriks - membran sellah yang menentukan lokasi relatif satu sama lain dan mengatur interaksi di antara mereka.

Fungsi mekanis - bertanggung jawab untuk membatasi satu sel dari sel lainnya dan, secara paralel, untuk menghubungkan sel satu sama lain dengan benar, untuk membentuknya menjadi jaringan homogen.

Fungsi pelindung membran sel merupakan dasar untuk membangun perisai pelindung sel. Di alam, contoh fungsi ini dapat berupa kayu keras, kulit yang padat, cangkang pelindung, semua berkat fungsi pelindung membran.

Fungsi enzimatik adalah fungsi penting lainnya yang dilakukan oleh protein tertentu di dalam sel. Misalnya, berkat fungsi ini, sintesis enzim pencernaan terjadi di epitel usus.

Selain itu, pertukaran sel terjadi melalui membran sel, yang dapat terjadi melalui tiga reaksi berbeda:

Fagositosis adalah pertukaran seluler di mana sel fagosit yang tertanam dalam membran menangkap dan mencerna berbagai nutrisi.
Pinositosis adalah proses penangkapan molekul cair yang bersentuhan dengannya oleh membran sel. Untuk melakukan ini, sulur-sulur khusus dibentuk pada permukaan membran, yang seolah-olah mengelilingi setetes cairan, membentuk gelembung, yang kemudian “ditelan” oleh membran.
Eksositosis adalah proses sebaliknya ketika sel melepaskan cairan fungsional sekretori ke permukaan melalui membran.

Struktur membran sel

Ada tiga kelas lipid dalam membran sel:

fosfolipid (yang merupakan kombinasi lemak dan fosfor),
glikolipid (kombinasi lemak dan karbohidrat),
kolesterol

Fosfolipid dan glikolipid, pada gilirannya, terdiri dari kepala hidrofilik, yang di dalamnya terdapat dua ekor hidrofobik yang panjang. Kolesterol menempati ruang di antara ekor-ekor ini, mencegahnya menekuk; semua ini, dalam beberapa kasus, membuat membran sel-sel tertentu menjadi sangat kaku. Selain semua ini, molekul kolesterol mengatur struktur membran sel.

Namun demikian, bagian terpenting dari struktur membran sel adalah protein, atau lebih tepatnya protein berbeda yang memainkan peran penting berbeda. Terlepas dari keragaman protein yang terkandung dalam membran, ada sesuatu yang menyatukannya - lipid annular terletak di sekitar semua protein membran. Lipid annular adalah lemak terstruktur khusus yang berfungsi sebagai semacam lapisan pelindung protein, yang tanpanya lemak tidak akan berfungsi.

Struktur membran sel memiliki tiga lapisan: dasar membran sel adalah lapisan bilipid cair yang homogen. Protein menutupinya di kedua sisi seperti mosaik. Proteinlah, selain fungsi yang dijelaskan di atas, yang juga memainkan peran saluran khusus di mana zat yang tidak mampu menembus lapisan cair membran melewati membran. Ini termasuk, misalnya, ion kalium dan natrium; untuk penetrasinya melalui membran, alam menyediakan saluran ion khusus di membran sel. Dengan kata lain, protein menjamin permeabilitas membran sel.

Jika kita melihat membran sel melalui mikroskop, kita akan melihat lapisan lipid yang dibentuk oleh molekul berbentuk bola kecil tempat protein berenang seolah-olah di laut. Sekarang Anda tahu zat apa saja yang menyusun membran sel.

Video membran sel

Dan terakhir, video edukasi tentang membran sel.

Membran sel - struktur molekul yang terdiri dari lipid dan protein. Sifat dan fungsi utamanya:

pemisahan isi sel mana pun dari lingkungan luar, memastikan integritasnya;
kontrol dan pembentukan pertukaran antara lingkungan dan sel;
membran intraseluler membagi sel menjadi kompartemen khusus: organel atau kompartemen.

Kata “membran” dalam bahasa latin berarti “film”. Jika kita berbicara tentang membran sel, maka itu adalah kombinasi dari dua film yang memiliki sifat berbeda.

Membran biologis meliputi tiga jenis protein:

Periferal – terletak di permukaan film;
Integral – menembus membran sepenuhnya;
Semi-integral - salah satu ujungnya menembus lapisan bilipid.

Apa fungsi yang dilakukan membran sel?

1. Dinding sel adalah membran sel kuat yang terletak di luar membran sitoplasma. Ia melakukan fungsi pelindung, transportasi dan struktural. Hadir di banyak tumbuhan, bakteri, jamur dan archaea.

2. Memberikan fungsi penghalang yaitu metabolisme selektif, teratur, aktif dan pasif dengan lingkungan luar.

3. Mampu mentransmisikan dan menyimpan informasi, serta berperan dalam proses reproduksi.

4. Melakukan fungsi transpor yang dapat mengangkut zat masuk dan keluar sel melalui membran.

5. Membran sel mempunyai konduktifitas satu arah. Berkat ini, molekul air dapat melewati membran sel tanpa penundaan, dan molekul zat lain melakukan penetrasi secara selektif.

6. Dengan bantuan membran sel, air, oksigen dan nutrisi diperoleh, dan melaluinya produk metabolisme sel dikeluarkan.

7. Melakukan metabolisme sel melalui membran, dan dapat melakukannya dengan menggunakan 3 jenis reaksi utama: pinositosis, fagositosis, eksositosis.

8. Membran memastikan kekhususan kontak antar sel.

9. Membran mengandung banyak reseptor yang mampu menerima sinyal kimia - mediator, hormon, dan banyak zat aktif biologis lainnya. Sehingga memiliki kekuatan untuk mengubah aktivitas metabolisme sel.

10. Sifat dasar dan fungsi membran sel :

Matriks
Penghalang
Mengangkut
Energi
Mekanis
Enzimatik
Reseptor
Protektif
Menandai
Biopotensial

Apa fungsi membran plasma dalam sel?

Membatasi isi sel;
Melakukan masuknya zat ke dalam sel;
Memberikan penghapusan sejumlah zat dari sel.

Struktur membran sel

Membran sel termasuk lipid dari 3 kelas:

Glikolipid;
Fosfolipid;
Kolesterol.

Pada dasarnya membran sel terdiri dari protein dan lipid, serta memiliki ketebalan tidak lebih dari 11 nm. Dari 40 hingga 90% dari semua lipid adalah fosfolipid. Penting juga untuk diperhatikan glikolipid, yang merupakan salah satu komponen utama membran.

Struktur membran sel berlapis tiga. Di tengahnya terdapat lapisan bilipid cair yang homogen, dan protein menutupinya di kedua sisi (seperti mosaik), sebagian menembus ketebalannya. Protein juga diperlukan membran untuk memungkinkan zat khusus masuk dan keluar sel yang tidak dapat menembus lapisan lemak. Misalnya ion natrium dan kalium.

Ini menarik -

Struktur sel - video

Deskripsi singkat:

Sazonov V.F. 1_1 Struktur membran sel [Sumber daya elektronik] // Kinesiologist, 2009-2018: [situs web]. Tanggal pembaruan: 02/06/2018..__.201_). _Struktur dan fungsi membran sel dijelaskan (sinonim: plasmalemma, plasmalemma, biomembran, membran sel, membran sel luar, membran sel, membran sitoplasma). Ini diperlukan baik untuk sitologi dan untuk memahami proses aktivitas saraf: eksitasi saraf, penghambatan, fungsi sinapsis dan reseptor sensorik.

Membran sel (plasma) A lemma atau plasma HAI kata pengantar singkat)

Definisi konsep

Membran sel (sinonim: plasmalemma, plasmalemma, membran sitoplasma, biomembran) adalah membran triple lipoprotein (yaitu, “protein lemak”) yang memisahkan sel dari lingkungan dan melakukan pertukaran dan komunikasi terkontrol antara sel dan lingkungannya.

Hal utama dalam definisi ini bukanlah membran yang memisahkan sel dari lingkungan, tetapi justru membran tersebut menghubungkan sel dengan lingkungan. Membran adalah aktif struktur sel, ia terus bekerja.

Membran biologis adalah lapisan fosfolipid bimolekuler ultra tipis yang bertatahkan protein dan polisakarida. Struktur seluler ini mendasari sifat penghalang, mekanik dan matriks organisme hidup (Antonov V.F., 1996).

Representasi figuratif dari membran

Bagi saya, membran sel tampak seperti pagar kisi dengan banyak pintu di dalamnya, yang mengelilingi suatu wilayah tertentu. Makhluk hidup sekecil apa pun bisa bergerak bebas maju mundur melalui pagar ini. Namun pengunjung yang lebih besar hanya bisa masuk melalui pintu, itupun tidak semua pintu. Pengunjung yang berbeda hanya memiliki kunci pintu mereka sendiri, dan mereka tidak dapat melewati pintu orang lain. Jadi, melalui pagar ini selalu ada arus pengunjung yang hilir mudik, karena fungsi utama pagar membran ada dua: memisahkan wilayah dari ruang di sekitarnya dan sekaligus menghubungkannya dengan ruang di sekitarnya. Inilah sebabnya mengapa ada banyak lubang dan pintu di pagar - !

Sifat membran

1. Permeabilitas.

2. Semi permeabilitas (permeabilitas parsial).

3. Permeabilitas selektif (sinonim: selektif).

4. Permeabilitas aktif (sinonim: transpor aktif).

5. Permeabilitas terkontrol.

Seperti yang Anda lihat, sifat utama membran adalah permeabilitasnya terhadap berbagai zat.

6. Fagositosis dan pinositosis.

7. Eksositosis.

8. Adanya potensial listrik dan kimia, atau lebih tepatnya beda potensial antara sisi dalam dan sisi luar membran. Secara kiasan kita dapat mengatakan itu “membran mengubah sel menjadi “baterai listrik” dengan mengendalikan aliran ionik”. Detail: .

9. Perubahan potensial listrik dan kimia.

10. Iritabilitas. Reseptor molekuler khusus yang terletak di membran dapat terhubung dengan zat pemberi sinyal (kontrol), akibatnya keadaan membran dan seluruh sel dapat berubah. Reseptor molekul memicu reaksi biokimia sebagai respons terhadap ikatan ligan (zat kontrol) dengannya. Penting untuk dicatat bahwa zat pemberi sinyal bekerja pada reseptor dari luar, dan perubahan berlanjut di dalam sel. Ternyata membran mentransfer informasi dari lingkungan ke lingkungan internal sel.

11. Aktivitas enzimatik katalitik. Enzim dapat tertanam dalam membran atau berhubungan dengan permukaannya (baik di dalam maupun di luar sel), dan di sana mereka melakukan aktivitas enzimatiknya.

12. Mengubah bentuk permukaan dan luasnya. Hal ini memungkinkan membran untuk membentuk pertumbuhan ke luar atau, sebaliknya, invaginasi ke dalam sel.

13. Kemampuan menjalin kontak dengan membran sel lain.

14. Adhesi - kemampuan menempel pada permukaan yang keras.

Daftar singkat sifat membran

Permeabilitas.
Endositosis, eksositosis, transsitosis.
Potensi.
Sifat lekas marah.
Aktivitas enzim.
Kontak.
Adhesi.

Fungsi membran

1. Isolasi isi internal yang tidak lengkap dari lingkungan eksternal.

2. Hal utama dalam berfungsinya membran sel adalah menukarkan bermacam-macam zat antara sel dan lingkungan antar sel. Hal ini disebabkan oleh sifat permeabilitas membran. Selain itu, membran mengatur pertukaran ini dengan mengatur permeabilitasnya.

3. Fungsi penting lainnya dari membran adalah menimbulkan perbedaan potensial kimia dan listrik antara sisi dalam dan luarnya. Oleh karena itu, bagian dalam sel mempunyai potensial listrik negatif - .

4. Membran juga berfungsi pertukaran informasi antara sel dan lingkungannya. Reseptor molekuler khusus yang terletak pada membran dapat berikatan dengan zat pengontrol (hormon, mediator, modulator) dan memicu reaksi biokimia di dalam sel, yang menyebabkan berbagai perubahan pada fungsi sel atau strukturnya.

Video:Struktur membran sel

Video ceramah:Detail tentang struktur membran dan transportasi

Struktur membran

Membran sel bersifat universal tiga lapis struktur. Lapisan lemak tengahnya bersambung, dan lapisan protein atas dan bawah menutupinya dalam bentuk mosaik area protein yang terpisah. Lapisan lemak adalah dasar yang menjamin isolasi sel dari lingkungan, mengisolasinya dari lingkungan. Dengan sendirinya, ia melewati zat yang larut dalam air dengan sangat buruk, tetapi dengan mudah melewati zat yang larut dalam lemak. Oleh karena itu, permeabilitas membran terhadap zat yang larut dalam air (misalnya ion) harus dipastikan oleh struktur protein khusus - dan.

Di bawah ini adalah mikrograf membran sel nyata dari sel-sel yang berkontak, diperoleh dengan menggunakan mikroskop elektron, serta gambar skema yang menunjukkan struktur tiga lapis membran dan sifat mosaik lapisan proteinnya. Untuk memperbesar gambar, klik di atasnya.

Gambar terpisah dari lapisan lipid (lemak) bagian dalam membran sel, diresapi dengan protein integral yang tertanam. Lapisan protein atas dan bawah telah dihilangkan agar tidak mengganggu tampilan lapisan ganda lipid

Gambar di atas: Representasi skema parsial dari membran sel (membran sel), diberikan di Wikipedia.

Harap dicatat bahwa lapisan protein luar dan dalam telah dihilangkan dari membran di sini sehingga kita dapat melihat lapisan ganda lipid lemak pusat dengan lebih baik. Dalam membran sel nyata, “pulau” protein besar mengapung di atas dan di bawah lapisan lemak (bola kecil pada gambar), dan membran menjadi lebih tebal, berlapis tiga: protein-lemak-protein . Jadi sebenarnya ini seperti sandwich yang terdiri dari dua "potongan roti" berprotein dengan lapisan lemak "mentega" di tengahnya, mis. memiliki struktur tiga lapis, bukan dua lapis.

Dalam gambar ini, bola kecil berwarna biru dan putih berhubungan dengan “kepala” lipid yang hidrofilik (dapat dibasahi), dan “string” yang melekat padanya berhubungan dengan “ekor” hidrofobik (tidak dapat dibasahi). Dari protein-protein tersebut, hanya protein membran ujung-ke-ujung yang integral (tetesan merah dan heliks kuning) yang ditampilkan. Titik lonjong kuning di dalam membran merupakan molekul kolesterol. Rantai manik berwarna kuning kehijauan di bagian luar membran merupakan rantai oligosakarida yang membentuk glikokaliks. Glikokaliks adalah sejenis “bulu” karbohidrat (“gula”) pada membran, dibentuk oleh molekul karbohidrat-protein panjang yang mencuat darinya.

Makhluk hidup adalah “kantung lemak-protein” kecil berisi isi semi-cair seperti jeli, yang diresapi dengan film dan tabung.

Dinding kantung ini dibentuk oleh lapisan lemak ganda (lipid), ditutupi bagian dalam dan luar dengan protein - membran sel. Oleh karena itu mereka mengatakan bahwa membran memiliki struktur tiga lapis : protein-lemak-protein. Di dalam sel juga terdapat banyak membran lemak serupa yang membagi ruang internalnya menjadi beberapa kompartemen. Membran yang sama mengelilingi organel seluler: nukleus, mitokondria, kloroplas. Jadi membran adalah struktur molekul universal yang umum pada semua sel dan semua organisme hidup.

Di sebelah kiri tidak lagi nyata, tetapi model buatan dari sepotong membran biologis: ini adalah gambaran instan dari lapisan ganda fosfolipid lemak (yaitu, lapisan ganda) dalam proses simulasi dinamika molekulernya. Sel perhitungan model ditampilkan - 96 molekul PC ( F osphatidyl X olina) dan 2304 molekul air, dengan total 20544 atom.

Di sebelah kanan adalah model visual molekul tunggal dari lipid yang sama yang menjadi tempat penyusunan lapisan ganda lipid membran. Pada bagian atas mempunyai kepala hidrofilik (suka air), dan pada bagian bawah terdapat dua ekor hidrofobik (takut air). Lipid ini memiliki nama sederhana: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glisero-3-fosfatidilkolin (18:0/22:6(n-3)cis PC), tetapi Anda tidak perlu mengingatnya kecuali Anda kamu berencana membuat gurumu pingsan karena kedalaman pengetahuanmu.

Definisi ilmiah yang lebih tepat tentang sel dapat diberikan:

adalah sistem biopolimer heterogen yang teratur dan terstruktur, dibatasi oleh membran aktif, berpartisipasi dalam satu set proses metabolisme, energi dan informasi, serta memelihara dan mereproduksi seluruh sistem secara keseluruhan.

Di dalam sel juga ditembus oleh membran, dan di antara membran tidak terdapat air, melainkan gel/sol kental dengan kepadatan bervariasi. Oleh karena itu, molekul-molekul yang berinteraksi dalam sel tidak mengapung bebas, seperti dalam tabung reaksi dengan larutan berair, tetapi sebagian besar berada (tidak bergerak) pada struktur polimer sitoskeleton atau membran intraseluler. Oleh karena itu, reaksi-reaksi kimia berlangsung di dalam sel seolah-olah di dalam benda padat dan bukan di dalam cairan. Membran luar, yang mengelilingi sel, juga ditutupi dengan enzim dan reseptor molekuler, yang menjadikannya bagian sel yang sangat aktif.

Membran sel (plasmalemma, plasmolemma) merupakan membran aktif yang memisahkan sel dari lingkungan dan menghubungkannya dengan lingkungan. © Sazonov V.F., 2016.

Dari definisi membran ini dapat disimpulkan bahwa membran tidak hanya membatasi sel, tetapi juga aktif bekerja, menghubungkannya dengan lingkungannya.

Lemak yang menyusun membran itu istimewa, sehingga molekulnya biasa disebut bukan hanya lemak, tapi "lipid", "fosfolipid", "sfingolipid". Film membran bersifat ganda, yaitu terdiri dari dua film yang direkatkan. Oleh karena itu, dalam buku teks mereka menulis bahwa dasar membran sel terdiri dari dua lapisan lipid (atau " bilayer", yaitu lapisan ganda). Untuk setiap lapisan lipid, satu sisi dapat dibasahi dengan air, tetapi sisi lainnya tidak dapat dibasahi. Jadi, lapisan film ini saling menempel tepat dengan sisi yang tidak dapat dibasahi.

Membran bakteri

Dinding sel prokariotik bakteri gram negatif terdiri dari beberapa lapisan, ditunjukkan pada gambar di bawah.
Lapisan cangkang bakteri gram negatif:
1. Membran sitoplasma tiga lapis bagian dalam, yang bersentuhan dengan sitoplasma.
2. Dinding sel yang terdiri dari murein.
3. Membran sitoplasma tiga lapis luar, yang memiliki sistem lipid dengan kompleks protein yang sama dengan membran dalam.
Komunikasi sel bakteri gram negatif dengan dunia luar melalui struktur tiga tahap yang sedemikian kompleks tidak memberi mereka keuntungan dalam bertahan hidup dalam kondisi yang keras dibandingkan dengan bakteri gram positif yang memiliki cangkang kurang kuat. Mereka juga tidak tahan terhadap suhu tinggi, peningkatan keasaman dan perubahan tekanan.

Video ceramah:Membran plasma. E.V. Cheval, Ph.D.

Video ceramah:Membran sebagai pembatas sel. A.Ilyuskin

Pentingnya Saluran Ion Membran

Sangat mudah untuk memahami bahwa hanya zat yang larut dalam lemak yang dapat menembus sel melalui lapisan film lemak. Ini adalah lemak, alkohol, gas. Misalnya, dalam sel darah merah, oksigen dan karbon dioksida dengan mudah masuk dan keluar langsung melalui membran. Tetapi air dan zat yang larut dalam air (misalnya ion) tidak dapat melewati membran ke dalam sel mana pun. Artinya memerlukan lubang khusus. Namun jika Anda hanya membuat lubang pada lapisan lemak tersebut, maka akan langsung menutup kembali. Apa yang harus dilakukan? Sebuah solusi ditemukan di alam: perlu membuat struktur transpor protein khusus dan meregangkannya melalui membran. Ini adalah bagaimana saluran terbentuk untuk lewatnya zat yang tidak larut dalam lemak - saluran ion pada membran sel.

Jadi, untuk memberikan sifat permeabilitas tambahan pada membrannya terhadap molekul polar (ion dan air), sel mensintesis protein khusus di sitoplasma, yang kemudian diintegrasikan ke dalam membran. Mereka datang dalam dua jenis: mengangkut protein (misalnya, transport ATPase) dan protein pembentuk saluran (pembangun saluran). Protein ini tertanam dalam lapisan ganda lemak membran dan membentuk struktur transpor berupa transporter atau berupa saluran ion. Berbagai zat yang larut dalam air yang tidak dapat melewati lapisan membran lemak kini dapat melewati struktur transpor ini.

Secara umum protein yang tertanam pada membran disebut juga integral, justru karena mereka tampaknya termasuk dalam membran dan menembusnya. Protein lain, bukan integral, membentuk pulau-pulau, seolah-olah “mengambang” di permukaan membran: baik di permukaan luar maupun di permukaan bagian dalam. Lagi pula, semua orang tahu bahwa lemak adalah pelumas yang baik dan mudah untuk dioleskan!

Kesimpulan

1. Secara umum, membrannya terdiri dari tiga lapisan:

1) lapisan luar “pulau” protein,

2) “laut” dua lapis lemak (lipid bilayer), yaitu film lipid ganda,

3) lapisan dalam “pulau” protein.

Tetapi ada juga lapisan luar yang longgar - glikokaliks, yang dibentuk oleh glikoprotein yang menonjol dari membran. Mereka adalah reseptor molekuler yang mengikat zat pengontrol sinyal.

2. Struktur protein khusus dibangun ke dalam membran, memastikan permeabilitasnya terhadap ion atau zat lain. Kita tidak boleh lupa bahwa di beberapa tempat lautan lemak dipenuhi dengan protein integral. Dan protein integrallah yang membentuk protein khusus struktur transportasi membran sel (lihat bagian 1_2 Mekanisme transpor membran). Melalui mereka, zat masuk ke dalam sel dan juga dikeluarkan dari sel ke luar.

3. Di kedua sisi membran (luar dan dalam), serta di dalam membran, dapat ditemukan protein enzim yang mempengaruhi keadaan membran itu sendiri dan kehidupan seluruh sel.

Jadi membran sel adalah suatu struktur aktif dan bervariasi yang secara aktif bekerja untuk kepentingan seluruh sel dan menghubungkannya dengan dunia luar, dan bukan sekedar “cangkang pelindung”. Ini adalah hal terpenting yang perlu Anda ketahui tentang membran sel.

Dalam dunia kedokteran, protein membran sering digunakan sebagai “target” obat. Target tersebut meliputi reseptor, saluran ion, enzim, dan sistem transportasi. Belakangan ini, selain membran, gen yang tersembunyi di dalam inti sel juga menjadi sasaran obat.

Video:Pengantar biofisika membran sel: Struktur membran 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Sejarah, struktur dan fungsi membran sel: Struktur membran 2 (Vladimirov Yu.A.)