¿Qué función realiza la membrana celular? Sus propiedades y funciones. Membrana celular

Membrana celular - Estructura molecular que consta de lípidos y proteínas. Sus principales propiedades y funciones:

• separación del contenido de cualquier celda del ambiente externo, asegurando su integridad;
• control y establecimiento del intercambio entre el medio ambiente y la célula;
• Las membranas intracelulares dividen la célula en compartimentos especiales: orgánulos o compartimentos.

La palabra "membrana" en latín significa "película". Si hablamos de la membrana celular, entonces es una combinación de dos películas que tienen propiedades diferentes.

La membrana biológica incluye tres tipos de proteínas:

1. Periférico – ubicado en la superficie de la película;
2. Integral – penetra completamente la membrana;
3. Semiintegral: un extremo penetra en la capa bilipídica.

¿Qué funciones realiza la membrana celular?

1. La pared celular es una membrana celular duradera que se encuentra fuera de la membrana citoplasmática. Realiza funciones protectoras, de transporte y estructurales. Presente en muchas plantas, bacterias, hongos y arqueas.

2. Proporciona función de barrera, es decir, metabolismo selectivo, regulado, activo y pasivo con el medio externo.

3. Capaz de transmitir y almacenar información, y también participa en el proceso de reproducción.

4. Realiza una función de transporte que puede transportar sustancias dentro y fuera de la célula a través de la membrana.

5. La membrana celular tiene conductividad unidireccional. Gracias a esto, las moléculas de agua pueden atravesar la membrana celular sin demora y las moléculas de otras sustancias penetran selectivamente.

6. Con ayuda de la membrana celular se obtiene agua, oxígeno y nutrientes, y a través de ella se eliminan los productos del metabolismo celular.

7. Realiza el metabolismo celular a través de membranas, pudiendo realizarlo mediante 3 tipos principales de reacciones: pinocitosis, fagocitosis, exocitosis.

8. La membrana asegura la especificidad de los contactos intercelulares.

9. La membrana contiene numerosos receptores que son capaces de percibir señales químicas: mediadores, hormonas y muchas otras sustancias biológicas activas. Por lo que tiene el poder de cambiar la actividad metabólica de la célula.

10. Propiedades y funciones básicas de la membrana celular:

• Matriz
• Barrera
• Transporte
• Energía
• Mecánico
• enzimático
• Receptor
• Protector
• Calificación
• Biopotencial

¿Qué función realiza la membrana plasmática en una célula?

1. Delimita el contenido de la celda;
2. Realiza la entrada de sustancias al interior de la célula;
3. Proporciona la eliminación de una serie de sustancias de la célula.

Estructura de la membrana celular

Membranas celulares Incluye lípidos de 3 clases:

• Glicolípidos;
• Fosfolípidos;
• Colesterol.

Básicamente, la membrana celular está formada por proteínas y lípidos y tiene un espesor no superior a 11 nm. Del 40 al 90% de todos los lípidos son fosfolípidos. También es importante tener en cuenta los glicolípidos, que son uno de los componentes principales de la membrana.

La estructura de la membrana celular tiene tres capas. En el centro hay una capa líquida homogénea de bilípidos y las proteínas la recubren por ambos lados (como un mosaico), penetrando parcialmente en el espesor. Las proteínas también son necesarias para que la membrana permita la entrada y salida de sustancias especiales de las células que no pueden penetrar la capa de grasa. Por ejemplo, iones de sodio y potasio.

• Esto es interesante -

Estructura celular - vídeo

delimitativo ( barrera) - separar el contenido celular del entorno externo;

Regular el intercambio entre la célula y el medio ambiente;

Dividen las células en compartimentos, o compartimentos, destinados a determinadas vías metabólicas especializadas ( divisor);

Es el lugar de algunas reacciones químicas (reacciones luminosas de la fotosíntesis en los cloroplastos, fosforilación oxidativa durante la respiración en las mitocondrias);

Proporcionar comunicación entre células en los tejidos de organismos multicelulares;

Transporte- realiza transporte transmembrana.

Receptor- son la ubicación de sitios receptores que reconocen estímulos externos.

Transporte de sustancias a través de la membrana: una de las funciones principales de la membrana, asegurando el intercambio de sustancias entre la célula y el entorno externo. Dependiendo del consumo energético para la transferencia de sustancias se distinguen:

transporte pasivo o difusión facilitada;

Transporte activo (selectivo) con la participación de ATP y enzimas.

Transporte en embalaje de membrana. Existen endocitosis (dentro de la célula) y exocitosis (fuera de la célula), mecanismos que transportan partículas grandes y macromoléculas a través de la membrana. Durante la endocitosis, la membrana plasmática forma una invaginación, sus bordes se fusionan y se libera una vesícula en el citoplasma. La vesícula está delimitada del citoplasma por una única membrana, que forma parte de la membrana citoplasmática externa. Hay fagocitosis y pinocitosis. La fagocitosis es la absorción de partículas grandes y bastante duras. Por ejemplo, fagocitosis de linfocitos, protozoos, etc. La pinocitosis es el proceso de capturar y absorber gotas de líquido con sustancias disueltas en él.

La exocitosis es el proceso de eliminación de diversas sustancias de la célula. Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula o vacuola se fusiona con la membrana citoplasmática externa. El contenido de la vesícula se elimina más allá de la superficie celular y la membrana se incluye en la membrana citoplasmática externa.

En el núcleo pasivo El transporte de moléculas sin carga radica en la diferencia entre las concentraciones de hidrógeno y las cargas, es decir. gradiente electroquímico. Las sustancias se moverán de un área con un gradiente más alto a un área con uno más bajo. La velocidad del transporte depende de la diferencia de pendientes.

La difusión simple es el transporte de sustancias directamente a través de la bicapa lipídica. Característica de los gases, apolares o pequeñas moléculas polares sin carga, solubles en grasas. El agua penetra rápidamente en la bicapa porque su molécula es pequeña y eléctricamente neutra. La difusión del agua a través de membranas se llama ósmosis.

La difusión a través de los canales de la membrana es el transporte de moléculas cargadas e iones (Na, K, Ca, Cl) que penetran a través de la membrana debido a la presencia de proteínas formadoras de canales especiales que forman poros de agua.

La difusión facilitada es el transporte de sustancias mediante proteínas de transporte especiales. Cada proteína es responsable de una molécula o grupo de moléculas relacionadas estrictamente definidas, interactúa con ella y se mueve a través de la membrana. Por ejemplo, azúcares, aminoácidos, nucleótidos y otras moléculas polares.

Transporte activo llevada a cabo por proteínas transportadoras (ATPasa) contra un gradiente electroquímico, con consumo de energía. Su fuente son las moléculas de ATP. Por ejemplo, el sodio es una bomba de potasio.

La concentración de potasio dentro de la célula es mucho mayor que fuera de ella, y la de sodio, viceversa. Por lo tanto, los cationes de potasio y sodio se difunden pasivamente a través de los poros de agua de la membrana a lo largo de un gradiente de concentración. Esto se explica por el hecho de que la permeabilidad de la membrana a los iones de potasio es mayor que a los iones de sodio. En consecuencia, el potasio sale de la célula más rápido que el sodio hacia el interior de la célula. Sin embargo, para el funcionamiento normal de las células es necesaria una cierta proporción de 3 iones de potasio y 2 de sodio. Por lo tanto, hay una bomba de sodio-potasio en la membrana que bombea activamente sodio fuera de la célula y potasio hacia la célula. Esta bomba es una proteína de membrana transmembrana capaz de realizar reordenamientos conformacionales. Por lo tanto, puede unirse a sí mismo tanto iones de potasio como de sodio (antipuerto). El proceso consume mucha energía:

CON adentro En las membranas, los iones de sodio y una molécula de ATP ingresan a la proteína de la bomba, y los iones de potasio provienen de la membrana exterior.

Los iones de sodio se combinan con una molécula de proteína y la proteína adquiere actividad ATPasa, es decir. la capacidad de provocar la hidrólisis del ATP, que se acompaña de la liberación de energía que impulsa la bomba.

El fosfato liberado durante la hidrólisis del ATP se adhiere a la proteína, es decir. fosforila la proteína.

La fosforilación provoca cambios conformacionales en la proteína; ésta se vuelve incapaz de retener iones de sodio. Se liberan y salen de la célula.

La nueva conformación de la proteína favorece la unión de iones potasio a ella.

La adición de iones potasio provoca la desfosforilación de la proteína. Vuelve a cambiar de conformación.

Un cambio en la conformación de las proteínas conduce a la liberación de iones de potasio dentro de la célula.

La proteína vuelve a estar lista para unir iones de sodio a sí misma.

En un ciclo de funcionamiento, la bomba bombea 3 iones de sodio de la celda y bombea 2 iones de potasio.

Citoplasma– un componente obligatorio de la célula, ubicado entre el aparato de superficie de la célula y el núcleo. Se trata de un complejo estructural heterogéneo complejo que consta de:

hialoplasma

orgánulos (componentes permanentes del citoplasma)

Las inclusiones son componentes temporales del citoplasma.

Matriz citoplásmica(hialoplasma) es el contenido interno de la célula: una solución coloidal incolora, espesa y transparente. Los componentes de la matriz citoplasmática llevan a cabo procesos de biosíntesis en la célula y contienen enzimas necesarias para la producción de energía, principalmente debido a la glucólisis anaeróbica.

Propiedades básicas de la matriz citoplasmática.

Determina las propiedades coloidales de la célula. Junto con las membranas intracelulares del sistema vacuolar, puede considerarse un sistema coloidal muy heterogéneo o multifásico.

Proporciona un cambio en la viscosidad del citoplasma, una transición de un gel (más espeso) a un sol (más líquido), que se produce bajo la influencia de factores externos e internos.

Proporciona ciclosis, movimiento ameboide, división celular y movimiento de pigmento en cromatóforos.

Determina la polaridad de la ubicación de los componentes intracelulares.

Proporciona propiedades mecánicas de las células: elasticidad, capacidad de fusionarse, rigidez.

organelos– estructuras celulares permanentes que aseguran que la célula realice funciones específicas. Dependiendo de las características estructurales, se distinguen:

orgánulos de membrana: tienen una estructura de membrana. Pueden ser de membrana única (ER, aparato de Golgi, lisosomas, vacuolas de células vegetales). Doble membrana (mitocondrias, plastidios, núcleo).

Organelos sin membrana: no tienen estructura de membrana (cromosomas, ribosomas, centro celular, citoesqueleto).

Los orgánulos de uso general son característicos de todas las células: núcleo, mitocondrias, centro celular, aparato de Golgi, ribosomas, EPS, lisosomas. Cuando los orgánulos son característicos de ciertos tipos de células, se denominan orgánulos especiales (por ejemplo, miofibrillas que contraen una fibra muscular).

Retículo endoplásmico- una única estructura continua, cuya membrana forma muchas invaginaciones y pliegues que parecen túbulos, microvacuolas y grandes cisternas. Las membranas de EPS están conectadas, por un lado, a la membrana citoplasmática celular y, por otro, a Concha exterior membrana nuclear.

Hay dos tipos de EPS: rugoso y liso.

En el RE rugoso o granular, las cisternas y los túbulos están asociados con ribosomas. es el lado exterior de la membrana. El RE liso o agranular no tiene conexión con los ribosomas. Este es el lado interior de la membrana.

Celúla- una unidad estructural y funcional autorregulada de tejidos y órganos. Teoría celular la estructura de órganos y tejidos fue desarrollada por Schleiden y Schwann en 1839. Posteriormente, con la ayuda de la microscopía electrónica y la ultracentrifugación, fue posible aclarar la estructura de todos los orgánulos principales de los animales y células vegetales(Figura 1).

Arroz. 1. Esquema de la estructura de una célula animal.

Las partes principales de una célula son el citoplasma y el núcleo. Cada célula está rodeada por una membrana muy delgada que limita su contenido.

La membrana celular se llama membrana de plasma y se caracteriza por una permeabilidad selectiva. Esta propiedad permite que los nutrientes esenciales y elementos químicos Penetra en la célula y el exceso de productos la abandona. La membrana plasmática consta de dos capas de moléculas lipídicas que contienen proteínas específicas. Los principales lípidos de membrana son los fosfolípidos. Contienen fósforo, una cabeza polar y dos colas apolares de ácidos grasos de cadena larga. Los lípidos de membrana incluyen colesterol y ésteres de colesterilo. De acuerdo con el modelo de estructura del mosaico líquido, las membranas contienen inclusiones de moléculas de proteínas y lípidos que pueden mezclarse con respecto a la bicapa. Para cada tipo de membrana cualquier célula animal Se caracteriza por su composición lipídica relativamente constante.

Las proteínas de membrana se dividen en dos tipos según su estructura: integrales y periféricas. Las proteínas periféricas se pueden eliminar de la membrana sin destruirla. Hay cuatro tipos de proteínas de membrana: proteínas de transporte, enzimas, receptores y proteínas estructurales. Algunas proteínas de membrana tienen actividad enzimática, otras se unen a determinadas sustancias y facilitan su transporte al interior de la célula. Las proteínas proporcionan varias vías para el movimiento de sustancias a través de las membranas: forman poros grandes que constan de varias subunidades de proteínas que permiten que las moléculas de agua y los iones se muevan entre las células; Forman canales iónicos especializados para el movimiento de ciertos tipos de iones a través de la membrana bajo ciertas condiciones. Las proteínas estructurales están asociadas con la capa lipídica interna y proporcionan el citoesqueleto de la célula. El citoesqueleto proporciona resistencia mecánica a la membrana celular. En varias membranas, las proteínas representan del 20 al 80% de la masa. Las proteínas de membrana pueden moverse libremente en el plano lateral.

La membrana también contiene carbohidratos que pueden unirse covalentemente a lípidos o proteínas. Hay tres tipos de carbohidratos de membrana: glicolípidos (gangliósidos), glicoproteínas y proteoglicanos. La mayoría de los lípidos de membrana se encuentran en estado líquido y tienen cierta fluidez, es decir. la capacidad de pasar de un área a otra. En el lado exterior de la membrana hay sitios receptores que se unen a varias hormonas. Otras áreas específicas de la membrana no pueden reconocer ni unirse a ciertas proteínas y diversos compuestos biológicamente activos que son extraños a estas células.

El espacio interno de la célula está lleno de citoplasma, en el que tienen lugar la mayoría de las reacciones del metabolismo celular catalizadas por enzimas. El citoplasma consta de dos capas: la interna, llamada endoplasma, y ​​la periférica, ectoplasma, que tiene una alta viscosidad y está desprovista de gránulos. El citoplasma contiene todos los componentes de una célula u orgánulo. Los orgánulos celulares más importantes son el retículo endoplásmico, los ribosomas, las mitocondrias, el aparato de Golgi, los lisosomas, los microfilamentos y microtúbulos, los peroxisomas.

Retículo endoplásmico Es un sistema de canales y cavidades interconectados que penetran en todo el citoplasma. Proporciona transporte de sustancias desde ambiente y dentro de las células. El retículo endoplasmático también sirve como depósito de iones Ca 2+ intracelulares y sirve como sitio principal de síntesis de lípidos en la célula.

Ribosomas - Partículas esféricas microscópicas con un diámetro de 10-25 nm. Los ribosomas se encuentran libremente en el citoplasma o adheridos a la superficie exterior de las membranas. retículo endoplásmico y membrana nuclear. Interactúan con el ARN mensajero y transportador y en ellos se produce la síntesis de proteínas. Sintetizan proteínas que ingresan a las cisternas o al aparato de Golgi y luego son liberadas al exterior. Los ribosomas, ubicados libremente en el citoplasma, sintetizan proteínas para que las utilice la propia célula, y los ribosomas asociados con el retículo endoplásmico producen proteínas que se excretan de la célula. Los ribosomas sintetizan diversas proteínas funcionales: proteínas portadoras, enzimas, receptores, proteínas citoesqueléticas.

aparato de Golgi Formado por un sistema de túbulos, cisternas y vesículas. Está asociado con el retículo endoplásmico y los que llegan aquí biológicamente. sustancias activas almacenados en forma compactada en vesículas secretoras. Estos últimos se separan constantemente del aparato de Golgi, se transportan a la membrana celular y se fusionan con ella, y las sustancias contenidas en las vesículas se eliminan de la célula mediante el proceso de exocitosis.

Lisosomas - partículas rodeadas de membrana que miden entre 0,25 y 0,8 micrones. Contienen numerosas enzimas implicadas en la degradación de proteínas, polisacáridos, grasas, ácidos nucleicos, bacterias y células.

peroxisomas formados a partir del retículo endoplásmico liso, se parecen a los lisosomas y contienen enzimas que catalizan la descomposición del peróxido de hidrógeno, que se descompone bajo la influencia de peroxidasas y catalasas.

mitocondrias Contienen membranas externa e interna y son la “estación de energía” de la célula. Las mitocondrias son estructuras redondas o alargadas con doble membrana. La membrana interna forma pliegues que sobresalen hacia las mitocondrias: crestas. En ellos se produce la síntesis de ATP, la oxidación de los sustratos del ciclo de Krebs y muchos procesos biológicos. reacciones químicas. Las moléculas de ATP producidas en las mitocondrias se difunden a todas las partes de la célula. Las mitocondrias contienen una pequeña cantidad de ADN, ARN y ribosomas y, con su participación, se produce la renovación y síntesis de nuevas mitocondrias.

Microfilamentos Son finos filamentos proteicos formados por miosina y actina y forman el aparato contráctil de la célula. Los microfilamentos intervienen en la formación de pliegues o protuberancias de la membrana celular, así como en el movimiento de diversas estructuras dentro de las células.

microtúbulos Forman la base del citoesqueleto y proporcionan su fuerza. El citoesqueleto da a las células sus características. apariencia y forma, sirve como sitio de unión de orgánulos intracelulares y diversos cuerpos. En las células nerviosas, los haces de microtúbulos participan en el transporte de sustancias desde el cuerpo celular hasta los extremos de los axones. Con su participación, el huso mitótico funciona durante la división celular. Desempeñan el papel de elementos motores en vellosidades y flagelos en eucariotas.

Centro es la estructura principal de la célula, participa en la transmisión de características hereditarias y en la síntesis de proteínas. El núcleo está rodeado por una membrana nuclear que contiene muchos poros nucleares a través de los cuales se intercambian diversas sustancias entre el núcleo y el citoplasma. En su interior hay un nucléolo. Se ha establecido el importante papel del nucléolo en la síntesis de ARN ribosómico y proteínas histonas. Las partes restantes del núcleo contienen cromatina, que consta de ADN, ARN y varias proteínas específicas.

Funciones de la membrana celular.

Las membranas celulares desempeñan un papel fundamental en la regulación del metabolismo intracelular e intercelular. Tienen permeabilidad selectiva. Su estructura específica les permite cumplir funciones de barrera, transporte y regulación.

Función de barrera se manifiesta limitando la penetración de compuestos disueltos en agua a través de la membrana. La membrana es impermeable a grandes moléculas de proteínas y aniones orgánicos.

Función reguladora membranas es regular el metabolismo intracelular en respuesta a influencias químicas, biológicas y mecánicas. Los receptores de membrana especiales perciben diversas influencias con un cambio posterior en la actividad enzimática.

Función de transporte a través de membranas biológicas se puede realizar de forma pasiva (difusión, filtración, ósmosis) o mediante transporte activo.

Difusión - movimiento de un gas o sustancia soluble a lo largo de un gradiente electroquímico y de concentración. La velocidad de difusión depende de la permeabilidad de la membrana celular, así como del gradiente de concentración de partículas no cargadas y de los gradientes eléctricos y de concentración de partículas cargadas. Difusión simple ocurre a través de la bicapa lipídica o a través de canales. Las partículas cargadas se mueven según un gradiente electroquímico y las partículas descargadas se mueven según un gradiente químico. Por ejemplo, el oxígeno, las hormonas esteroides, la urea, el alcohol, etc. penetran a través de la capa lipídica de la membrana por simple difusión. Varios iones y partículas se mueven a través de los canales. Los canales iónicos están formados por proteínas y se dividen en canales cerrados y no cerrados. Dependiendo de la selectividad se distingue entre cables selectivos de iones, que sólo dejan pasar un ión, y canales que no tienen selectividad. Los canales tienen un orificio y un filtro selectivo, y los canales controlados tienen un mecanismo de compuerta.

Difusión facilitada - Proceso en el que las sustancias se transportan a través de una membrana utilizando proteínas especiales de transporte de membrana. De esta forma, los aminoácidos y monosacáridos penetran en la célula. Este tipo de transporte se realiza muy rápidamente.

ósmosis - movimiento del agua a través de la membrana desde una solución con una presión osmótica más baja a una solución con una presión osmótica más alta.

Transporte activo - Transporte de sustancias contra un gradiente de concentración mediante ATPasas de transporte (bombas de iones). Esta transferencia se produce con el gasto de energía.

Las bombas de Na+/K+-, Ca 2+- y H+ se han estudiado en mayor medida. Las bombas están ubicadas en las membranas celulares.

Un tipo de transporte activo es endocitosis Y exocitosis. Mediante estos mecanismos se transportan sustancias más grandes (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos) que no pueden transportarse a través de canales. Este transporte es más común en células epiteliales intestinos, túbulos renales, endotelio vascular.

En En la endocitosis, las membranas celulares forman invaginaciones dentro de la célula que, cuando se liberan, se convierten en vesículas. Durante la exocitosis, las vesículas con su contenido se transfieren a la membrana celular y se fusionan con ella, y el contenido de las vesículas se libera al entorno extracelular.

Estructura y funciones de la membrana celular.

Comprender los procesos que aseguran la existencia. potenciales electricos En las células vivas, en primer lugar, es necesario imaginar la estructura de la membrana celular y sus propiedades.

Actualmente, el más aceptado es el modelo de membrana en mosaico líquido, propuesto por S. Singer y G. Nicholson en 1972. La membrana se basa en una doble capa de fosfolípidos (bicapa), cuyos fragmentos hidrofóbicos de la molécula son sumergidos en el espesor de la membrana, y los grupos hidrófilos polares están orientados hacia afuera, aquellos. en los alrededores ambiente acuático(Figura 2).

Las proteínas de membrana están localizadas en la superficie de la membrana o pueden incrustarse a diferentes profundidades en la zona hidrofóbica. Algunas proteínas atraviesan la membrana y se encuentran diferentes grupos hidrófilos de la misma proteína a ambos lados de la membrana celular. Las proteínas que se encuentran en la membrana plasmática juegan un papel muy importante papel importante: participan en la formación de canales iónicos, desempeñan el papel de bombas de membrana y transportadores de diversas sustancias y también pueden realizar una función receptora.

Las principales funciones de la membrana celular: barrera, transporte, reguladora, catalítica.

La función de barrera es limitar la difusión de compuestos solubles en agua a través de la membrana, lo cual es necesario para proteger las células de sustancias extrañas y tóxicas y mantener un contenido relativamente constante de diversas sustancias dentro de las células. Por tanto, la membrana celular puede ralentizar la difusión de diversas sustancias entre 100.000 y 10.000.000 de veces.

Arroz. 2. Diagrama tridimensional del modelo de mosaico líquido de la membrana de Singer-Nicholson.

Se representan proteínas integrales globulares incrustadas en una bicapa lipídica. Algunas proteínas son canales iónicos, otras (glicoproteínas) contienen cadenas laterales de oligosacáridos que participan en el reconocimiento de las células entre sí y en el tejido intercelular. Las moléculas de colesterol están muy adyacentes a las cabezas de fosfolípidos y fijan las secciones adyacentes de las "colas". Las secciones internas de las colas de la molécula de fosfolípidos no están limitadas en su movimiento y son responsables de la fluidez de la membrana (Bretscher, 1985)

La membrana contiene canales a través de los cuales penetran los iones. Los canales pueden ser dependientes del voltaje o independientes del potencial. Canales dependientes del voltaje se abre cuando cambia la diferencia de potencial, y potencial independiente(regulados por hormonas) se abren cuando los receptores interactúan con sustancias. Los canales se pueden abrir o cerrar gracias a las puertas. Se construyen dos tipos de compuertas en la membrana: activación(en lo profundo del canal) y inactivación(en la superficie del canal). La puerta puede estar en uno de tres estados:

• estado abierto (ambos tipos de puertas están abiertas);
• estado cerrado (puerta de activación cerrada);
• estado de inactivación (puerta de inactivación cerrada).

Otro característica distintiva membranas es la capacidad de transportar selectivamente iones inorgánicos, nutrientes y diversos productos intercambio. Existen sistemas de transferencia (transporte) pasivo y activo de sustancias. Pasivo El transporte se produce a través de canales iónicos con o sin la ayuda de proteínas transportadoras, y su fuerza motriz es la diferencia en los potenciales electroquímicos de los iones entre el espacio intra y extracelular. La selectividad de los canales iónicos está determinada por sus parámetros geométricos y la naturaleza química de los grupos que recubren las paredes del canal y su boca.

Actualmente, los canales mejor estudiados son aquellos que son selectivamente permeables a los iones Na+, K+, Ca2+ y también al agua (las llamadas acuaporinas). El diámetro de los canales iónicos, según diversos estudios, es de 0,5 a 0,7 nm. La capacidad del canal puede variar; a través de un canal iónico pueden pasar de 10 7 a 10 8 iones por segundo.

Activo El transporte se produce con gasto de energía y se realiza mediante las llamadas bombas de iones. Las bombas de iones son estructuras de proteínas moleculares incrustadas en una membrana que transportan iones hacia un potencial electroquímico más alto.

Las bombas funcionan utilizando la energía de la hidrólisis del ATP. Actualmente, Na+/K+ - ATPasa, Ca 2+ - ATPasa, H + - ATPasa, H + /K + - ATPasa, Mg 2+ - ATPasa, que aseguran el movimiento de los iones Na +, K +, Ca 2+, respectivamente. , han sido bien estudiados , H+, Mg 2+ aislados o conjugados (Na+ y K+; H+ y K+). El mecanismo molecular del transporte activo no se comprende completamente.

Las membranas realizan una gran cantidad de funciones diferentes:

las membranas determinan la forma de un orgánulo o célula;

barrera: controlar el intercambio de sustancias solubles (por ejemplo, iones Na +, K +, Cl -) entre los compartimentos interno y externo;

energía: Síntesis de ATP en las membranas internas de las mitocondrias y fotosíntesis en las membranas de los cloroplastos; formar una superficie para que ocurran reacciones químicas (fosforilación en las membranas mitocondriales);

son una estructura que asegura el reconocimiento de señales químicas (los receptores de hormonas y neurotransmisores se encuentran en la membrana);

Desempeñan un papel en la interacción intercelular y promueven el movimiento celular.

Transporte a través de la membrana. La membrana tiene permeabilidad selectiva a sustancias solubles, necesaria para:

separación de la célula del entorno extracelular;

asegurar la penetración en la célula y la retención de moléculas necesarias (como lípidos, glucosa y aminoácidos), así como la eliminación de productos metabólicos (incluidos los innecesarios) de la célula;

manteniendo un gradiente iónico transmembrana.

Los orgánulos intracelulares también pueden tener una membrana selectivamente permeable. Por ejemplo, en los lisosomas la membrana mantiene una concentración de iones de hidrógeno (H+) entre 1.000 y 10.000 veces mayor que en el citosol.

El transporte a través de la membrana puede ser pasivo, aligerado o activo.

Transporte pasivo- este es el movimiento de moléculas o iones a lo largo de un gradiente de concentración o electroquímico. Puede tratarse de una simple difusión, como en el caso de la penetración de gases (por ejemplo, O 2 y CO 2) o de moléculas simples (etanol) a través de la membrana plasmática. En la difusión simple, pequeñas moléculas disueltas en el líquido extracelular se disuelven sucesivamente en la membrana y luego en el líquido intracelular. Este proceso no es específico y la velocidad de penetración a través de la membrana está determinada por el grado de hidrofobicidad de la molécula, es decir, su solubilidad en grasas. La velocidad de difusión a través de la bicapa lipídica es directamente proporcional a la hidrofobicidad, así como al gradiente de concentración transmembrana o gradiente electroquímico.

La difusión facilitada es el movimiento rápido de moléculas a través de una membrana con la ayuda de proteínas de membrana específicas llamadas permeasas. Este proceso es específico; avanza más rápido que la simple difusión, pero tiene una limitación en la velocidad de transporte.

La difusión facilitada suele ser característica de las sustancias solubles en agua. La mayoría (si no todos) los transportadores de membrana son proteínas. El mecanismo específico del funcionamiento del transportador durante la difusión facilitada no se ha estudiado suficientemente. Pueden, por ejemplo, mediar en el transporte mediante movimiento de rotación en la membrana. EN Últimamente Ha aparecido información de que las proteínas portadoras, al entrar en contacto con la sustancia transportada, cambian su conformación, como resultado de lo cual se abre una especie de "puerta" o canal en la membrana. Estos cambios ocurren debido a la energía liberada cuando la sustancia transportada se une a la proteína. También son posibles transferencias de tipo retransmisión. En este caso, el propio portador permanece inmóvil y los iones migran a lo largo de él de un enlace hidrófilo a otro.

El antibiótico gramicidina puede servir como modelo para este tipo de vector. En la capa lipídica de la membrana, su larga molécula lineal toma la forma de una hélice y forma un canal hidrófilo a través del cual el ion K puede migrar a lo largo de un gradiente.

Se han obtenido pruebas experimentales de la existencia de canales naturales en las membranas biológicas. Las proteínas transportadoras son muy específicas de la sustancia transportada a través de la membrana y se asemejan a las enzimas en muchas propiedades. Muestran una mayor sensibilidad al pH, son inhibidos competitivamente por compuestos similares en estructura a la sustancia transportada y de forma no competitiva por agentes que cambian específicamente grupos funcionales proteínas.

La difusión facilitada se diferencia de la difusión ordinaria no solo en la velocidad, sino también en su capacidad de saturación. El aumento de la tasa de transferencia de sustancias se produce en proporción al aumento del gradiente de concentración sólo hasta ciertos límites. Este último está determinado por el “poder” del transportista.

El transporte activo es el movimiento de iones o moléculas a través de una membrana contra un gradiente de concentración debido a la energía de la hidrólisis del ATP. Hay tres tipos principales de transporte activo de iones:

bomba de sodio-potasio - Na + /K + -adenosina trifosfatasa (ATPasa), que transporta Na + hacia afuera y K + hacia adentro;

bomba de calcio (Ca 2+) - Ca 2+ -ATPasa, que transporta Ca 2+ desde la célula o el citosol al retículo sarcoplásmico;

bomba de protones - H + -ATPasa. Los gradientes iónicos creados por el transporte activo se pueden utilizar para el transporte activo de otras moléculas, como algunos aminoácidos y azúcares (transporte activo secundario).

cotransporte Es el transporte de un ion o molécula junto con la transferencia de otro ion. Simport- transferencia simultánea de ambas moléculas en una dirección; antipuerto- transferencia simultánea de ambas moléculas en direcciones opuestas. Si el transporte no está asociado con la transferencia de otro ion, este proceso se llama unipuerto. El cotransporte es posible tanto durante la difusión facilitada como durante el transporte activo.

La glucosa se puede transportar mediante difusión facilitada utilizando el tipo symport. Los iones Cl - y HCO 3 - se transportan a través de la membrana de los glóbulos rojos mediante difusión facilitada por un transportador llamado banda 3, un tipo antipuerto. En este caso, Cl - y HCO 3 - se transfieren en direcciones opuestas y la dirección de transferencia está determinada por el gradiente de concentración predominante.

El transporte activo de iones contra un gradiente de concentración requiere energía liberada durante la hidrólisis de ATP a ADP: ATP ADP + P (fosfato inorgánico). El transporte activo, así como la difusión facilitada, se caracteriza por: especificidad, limitación de la velocidad máxima (es decir, la curva cinética alcanza una meseta) y la presencia de inhibidores. Un ejemplo es el transporte activo primario realizado por Na+/K+-ATPasa. Para el funcionamiento de este sistema antiportador enzimático es necesaria la presencia de iones Na+, K+ y magnesio. Está presente en prácticamente todas las células animales y su concentración es especialmente alta en los tejidos excitables (por ejemplo, nervios y músculos) y en las células que participan activamente en el movimiento del Na + a través de la membrana plasmática (por ejemplo, en la corteza renal). y glándulas salivales).

La enzima ATPasa en sí es un oligómero que consta de 2 subunidades de 110 kDa y 2 subunidades de glicoproteína de 55 kDa cada una. Durante la hidrólisis del ATP, se produce la fosforilación reversible de un determinado residuo de aspartato en la subunidad con la formación de aspartamilo. fosfato.. La fosforilación requiere Na + y Mg 2+ , pero no K + , mientras que la desfosforilación requiere K + , pero no Na + o Mg 2+ . Dos estados conformacionales del complejo proteico con diferentes nivel de energía, que generalmente se denominan E 1 y E 2, por lo que la ATPasa también se llama vector tipo E 1 - mi 2 . Glucósidos cardíacos, p.e. digoxina Y ouabain, inhibe la actividad de la ATPasa. La ouabaína, debido a su excelente solubilidad en agua, se utiliza ampliamente en estudios experimentales para estudiar la bomba de sodio.

La idea generalmente aceptada de cómo funciona Na + /K + - ATPasa es la siguiente. Los iones Na y ATP se unen a la molécula de ATPasa en presencia de Mg 2+. La unión de iones Na desencadena la reacción de hidrólisis del ATP, que da como resultado la formación de ADP y la forma fosforilada de la enzima. La fosforilación induce una transición de la proteína enzimática a un nuevo estado conformacional y la región o regiones portadoras de Na quedan expuestas al ambiente externo. Aquí, Na + se intercambia por K + , ya que la forma fosforilada de la enzima se caracteriza por una alta afinidad por los iones K. La transición inversa de la enzima a su conformación original se inicia mediante la eliminación hidrolítica del grupo fosforilo en la forma de fosfato inorgánico y se acompaña de la liberación de K+ al espacio interno de la célula. El sitio activo desfosforilado de la enzima puede unir una nueva molécula de ATP y el ciclo se repite.

Las cantidades de iones K y Na que ingresan a la celda como resultado de la bomba no son iguales. Por cada tres iones Na eliminados, se introducen dos iones K con la hidrólisis simultánea de una molécula de ATP. La apertura y el cierre del canal en lados opuestos de la membrana y el cambio alterno en la eficiencia de la unión de Na y K son proporcionados por la energía de la hidrólisis del ATP. Los iones transportados (Na y K) son cofactores de esta reacción enzimática. En teoría, se pueden imaginar una gran variedad de bombas que funcionen según este principio, aunque actualmente sólo se conocen unas pocas.

Transporte de glucosa. El transporte de glucosa puede ocurrir mediante difusión facilitada o transporte activo, y en el primer caso ocurre como unipuerto, en el segundo, como simporte. La glucosa puede transportarse a los glóbulos rojos mediante difusión facilitada. La constante de Michaelis (Km) para el transporte de glucosa a los glóbulos rojos es aproximadamente 1,5 mmol/L (es decir, a esta concentración de glucosa, aproximadamente el 50% de las moléculas de permeasa disponibles estarán unidas a moléculas de glucosa). Dado que la concentración de glucosa en la sangre humana es de 4-6 mmol/l, su absorción por los glóbulos rojos se produce casi a la máxima velocidad. La especificidad de la permeasa ya se manifiesta en el hecho de que el isómero L casi no se transporta a los eritrocitos, a diferencia de la D-galactosa y la D-manosa, pero se requieren concentraciones más altas para alcanzar la mitad de la saturación del sistema de transporte. Una vez dentro de la célula, la glucosa sufre una fosforilación y ya no puede salir de la célula. La permeasa de glucosa también se llama permeasa de D-hexosa. Es una proteína integral de membrana con un peso molecular de 45 kDa.

La glucosa también puede ser transportada por un sistema simportador dependiente de Na+ que se encuentra en las membranas plasmáticas de varios tejidos, incluidos los túbulos renales y el epitelio intestinal. En este caso, una molécula de glucosa se transporta mediante difusión facilitada contra el gradiente de concentración y un ion Na se transporta a lo largo del gradiente de concentración. En última instancia, todo el sistema funciona mediante la función de bombeo de Na + /K + - ATPasa. Por tanto, el simport es un sistema de transporte activo secundario. Los aminoácidos se transportan de forma similar.

bomba ca 2+ es un sistema de transporte activo del tipo E 1 - E 2, que consiste en una proteína integral de membrana que, durante la transferencia de Ca 2+, se fosforila en el residuo de aspartato. Durante la hidrólisis de cada molécula de ATP, se transfieren dos iones Ca 2+. En las células eucariotas, el Ca 2+ puede unirse a una proteína fijadora de calcio llamada calmodulina, y todo el complejo se une a la bomba de Ca 2+. Las proteínas de unión a Ca 2+ también incluyen la troponina C y la parvalbúmina.

Los iones Ca, al igual que los iones Na, son eliminados activamente de las células por la Ca 2+ -ATPasa. Las membranas del retículo endoplásmico contienen cantidades especialmente grandes de proteína bomba de calcio. La cadena de reacciones químicas que conducen a la hidrólisis del ATP y la transferencia de Ca 2+ se puede escribir en la forma de las siguientes ecuaciones:

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

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

¿Dónde se encuentra San - Ca2+ afuera?

Ca ext - Ca 2+ ubicado en el interior;

E 1 y E 2 son conformaciones diferentes de la enzima transportadora, cuya transición de una a otra está asociada al uso de energía ATP.

El sistema de eliminación activa de H + del citoplasma se sustenta en dos tipos de reacciones: la actividad de la cadena de transporte de electrones (cadena redox) y la hidrólisis del ATP. Tanto las bombas redox como las hidrolíticas de H+ están ubicadas en membranas capaces de convertir la energía luminosa o química en energía de H+ (es decir, las membranas plasmáticas de los procariotas, las membranas conjugadoras de los cloroplastos y las mitocondrias). Como resultado del trabajo de la H + ATPasa y/o de la cadena redox, los protones se translocan y aparece una fuerza motriz de protones (H +) en la membrana. El gradiente electroquímico de iones de hidrógeno, como muestran los estudios, se puede utilizar para el transporte acoplado (transporte activo secundario) de una gran cantidad de metabolitos: aniones, aminoácidos, azúcares, etc.

A la actividad de la membrana plasmática se asocian aquellas que aseguran la absorción por parte de la célula de sustancias sólidas y líquidas de gran peso molecular, - fagocitosis Y pinocitosis(de Gerch. fagos- Hay , pinos- beber, citos- celúla). La membrana celular forma bolsas o invaginaciones que atraen sustancias del exterior. Luego, tales invaginaciones se desprenden y rodean una gotita del ambiente externo (pinocitosis) o partículas sólidas (fagocitosis) con una membrana. La pinocitosis se observa en una amplia variedad de células, especialmente en aquellos órganos donde ocurren procesos de absorción.