Η πλασματική μεμβράνη είναι μια διπλοστοιβάδα λιπιδίων με πρωτεΐνες, κανάλια ιόντων και μόρια υποδοχέα ενσωματωμένα στο πάχος της. Πρόκειται για ένα μηχανικό φράγμα που χωρίζει το κυτταρόπλασμα του κυττάρου από τον περικυτταρικό χώρο, αποτελώντας ταυτόχρονα τη μοναδική σύνδεση με το εξωτερικό περιβάλλον. Επομένως, το πλασμόλεμα είναι μια από τις πιο σημαντικές δομές του κυττάρου και οι λειτουργίες του επιτρέπουν να υπάρχει και να αλληλεπιδρά με άλλες κυτταρικές ομάδες.
Επισκόπηση των λειτουργιών του κυτταρολέμματος
Η πλασματική μεμβράνη με τη μορφή με την οποία υπάρχει σε ένα ζωικό κύτταρο είναι χαρακτηριστική για πολλούς οργανισμούς από διαφορετικά βασίλεια. Τα βακτήρια και τα πρωτόζωα, των οποίων οι οργανισμοί αντιπροσωπεύονται από ένα μόνο κύτταρο, έχουν κυτταροπλασματική μεμβράνη. Και τα ζώα, οι μύκητες και τα φυτά ως πολυκύτταροι οργανισμοί δεν το έχουν χάσει στη διαδικασία της εξέλιξης. Ωστόσο, σε διαφορετικά βασίλεια ζωντανών οργανισμώντο κυτταρόλημμα είναι κάπως διαφορετικό, αν και οι λειτουργίες του εξακολουθούν να είναι οι ίδιες. Μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες: οριοθέτηση, μεταφορά και επικοινωνία.
Η ομάδα οριοθέτησης λειτουργιών περιλαμβάνει μηχανική προστασία του κυττάρου, διατήρηση του σχήματός του, προστασία από το εξωκυττάριο περιβάλλον. Η μεμβράνη παίζει μια ομάδα λειτουργιών μεταφοράς λόγω της παρουσίας συγκεκριμένων πρωτεϊνών, διαύλων ιόντων και φορέων ορισμένων ουσιών. Οι επικοινωνιακές λειτουργίες του κυτταρολέμματος περιλαμβάνουν τη λειτουργία του υποδοχέα. Στην επιφάνεια της μεμβράνης υπάρχει ένα σύνολο συμπλεγμάτων υποδοχέων, μέσω των οποίων το κύτταρο συμμετέχει στους μηχανισμούς μεταφοράς χυμικής πληροφορίας. Ωστόσο, είναι επίσης σημαντικό το πλασμόλεμμα να περιβάλλει όχι μόνο το κύτταρο, αλλά και μερικά από τα μεμβρανικά του οργανίδια. Σε αυτά, παίζει τον ίδιο ρόλο όπως στην περίπτωση ολόκληρου του κυττάρου.
Συνάρτηση φραγμού
Οι λειτουργίες φραγμού της πλασματικής μεμβράνης είναι πολλαπλές. Προστατεύει το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου με την επικρατούσα συγκέντρωση χημικών από την αλλαγή του. Η διάχυση λαμβάνει χώρα σε διαλύματα, δηλαδή η αυτοεξίσωση της συγκέντρωσης μεταξύ των μέσων με διαφορετική περιεκτικότητα ορισμένων ουσιών σε αυτά. Το plasmalemma απλώς μπλοκάρει τη διάχυση εμποδίζοντας τη ροή υγρού και ιόντων προς οποιαδήποτε κατεύθυνση. Έτσι, η μεμβράνη περιορίζει το κυτταρόπλασμα με μια ορισμένη συγκέντρωση ηλεκτρολυτών από το περικυτταρικό περιβάλλον.
Η δεύτερη εκδήλωση της λειτουργίας φραγμού της πλασματικής μεμβράνης είναι η προστασία από ισχυρά όξινα και ισχυρά αλκαλικά περιβάλλοντα. Κατασκευασμένη μεμβράνη πλάσματοςέτσι ώστε τα υδρόφοβα άκρα των μορίων των λιπιδίων να είναι στραμμένα προς τα έξω. Ως εκ τούτου, συχνά κάνει διάκριση μεταξύ ενδοκυτταρικού και εξωκυττάριου περιβάλλοντος με διαφορετικές τιμές pH. Είναι απαραίτητο για την κυτταρική ζωή.
Λειτουργία φραγμού των μεμβρανών των οργανιδίων
Οι λειτουργίες φραγμού της πλασματικής μεμβράνης είναι επίσης διαφορετικές επειδή εξαρτώνται από τη θέση της. Συγκεκριμένα, το καρυόλεμμα, δηλαδή η λιπιδική διπλοστιβάδα του πυρήνα, τον προστατεύει από μηχανικές βλάβες και διαχωρίζει το πυρηνικό περιβάλλον από το κυτταροπλασματικό. Επιπλέον, πιστεύεται ότι το καρυόλεμμα είναι άρρηκτα συνδεδεμένο με τη μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου. Επομένως, ολόκληρο το σύστημα θεωρείται ως μια ενιαία αποθήκη κληρονομικών πληροφοριών, ένα σύστημα σύνθεσης πρωτεϊνών και ένα σύμπλεγμα μετα-μεταφραστικής τροποποίησης των μορίων πρωτεΐνης. Η μεμβράνη του ενδοπλασματικού δικτύου είναι απαραίτητη για τη διατήρηση του σχήματος των διαύλων ενδοκυτταρικής μεταφοράς μέσω των οποίων κινούνται τα μόρια πρωτεΐνης, λιπιδίων και υδατανθράκων.
Η μιτοχονδριακή μεμβράνη προστατεύει τα μιτοχόνδρια, ενώ η πλαστιδική μεμβράνη προστατεύει τους χλωροπλάστες. Η λυσοσωμική μεμβράνη παίζει επίσης το ρόλο του φραγμού: μέσα στο λυσόσωμα υπάρχει ένα επιθετικό περιβάλλον pH και αντιδρώντα είδη οξυγόνου που μπορούν να βλάψουν τις δομές μέσα στο κύτταρο εάν διεισδύσουν εκεί. Η μεμβράνη, από την άλλη πλευρά, είναι ένα καθολικό φράγμα, επιτρέποντας στα λυσοσώματα να «χωνέψουν» στερεά σωματίδια και περιορίζοντας τη θέση δράσης των ενζύμων.
Μηχανική λειτουργία της πλασματικής μεμβράνης
Οι μηχανικές λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης είναι επίσης ετερογενείς. Πρώτον, η πλασματική μεμβράνη υποστηρίζεικυτταρική μορφή. Δεύτερον, περιορίζει την παραμόρφωση του κυττάρου, αλλά δεν εμποδίζει την αλλαγή στο σχήμα και τη ρευστότητα. Σε αυτή την περίπτωση είναι δυνατή και η ενίσχυση της μεμβράνης. Αυτό συμβαίνει λόγω του σχηματισμού του κυτταρικού τοιχώματος από πρωτίστες, βακτήρια, φυτά και μύκητες. Στα ζώα, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπινου είδους, το κυτταρικό τοίχωμα είναι το απλούστερο και αντιπροσωπεύεται μόνο από τον γλυκοκάλυκα.
Στα βακτήρια είναι γλυκοπρωτεΐνη, στα φυτά είναι κυτταρίνη, στους μύκητες είναι χιτινώδης. Τα διάτομα ενσωματώνουν ακόμη και πυρίτιο (οξείδιο του πυριτίου) στο κυτταρικό τους τοίχωμα, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την αντοχή και τη μηχανική αντίσταση του κυττάρου. Και κάθε οργανισμός χρειάζεται ένα κυτταρικό τοίχωμα για αυτό. Και το ίδιο το πλασμόλεμα έχει πολύ μικρότερη αντοχή από ένα στρώμα πρωτεογλυκανών, κυτταρίνης ή χιτίνης. Δεν υπάρχει αμφιβολία ότι το κυτταρόλημμα παίζει μηχανικό ρόλο.
Επίσης, οι μηχανικές λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης επιτρέπουν στα μιτοχόνδρια, τους χλωροπλάστες, τα λυσοσώματα, τον πυρήνα και το ενδοπλασματικό δίκτυο να λειτουργούν μέσα στο κύτταρο και να προστατεύονται από την υποκατώφλια βλάβη. Αυτό είναι χαρακτηριστικό για κάθε κύτταρο που έχει αυτά τα μεμβρανικά οργανίδια. Επιπλέον, η πλασματική μεμβράνη έχει κυτταροπλασματικές αποφύσεις, μέσω των οποίων δημιουργούνται μεσοκυτταρικές επαφές. Αυτό είναι ένα παράδειγμα υλοποίησης της μηχανικής λειτουργίας της πλασματικής μεμβράνης. Ο προστατευτικός ρόλος της μεμβράνης διασφαλίζεται επίσης από τη φυσική αντίσταση και ρευστότητα της λιπιδικής διπλοστιβάδας.
Επικοινωνιακή λειτουργία της κυτταροπλασματικής μεμβράνης
Οι μεταφορές και η υποδοχή είναι μεταξύ των επικοινωνιακών λειτουργιών. Αυτά ταΚαι οι δύο ιδιότητες είναι χαρακτηριστικές της πλασματικής μεμβράνης και του καρυολέμματος. Η μεμβράνη των οργανιδίων δεν έχει πάντα υποδοχείς ή διαποτίζεται από κανάλια μεταφοράς, αλλά το καρυόλεμμα και το κυτταρόλημμα έχουν αυτούς τους σχηματισμούς. Είναι μέσω αυτών που υλοποιούνται αυτές οι επικοινωνιακές λειτουργίες.
Οι μεταφορές υλοποιούνται με δύο πιθανούς μηχανισμούς: με τη δαπάνη ενέργειας, δηλαδή με ενεργό τρόπο, και χωρίς δαπάνη, με απλή διάχυση. Ωστόσο, το κύτταρο μπορεί επίσης να μεταφέρει ουσίες με φαγοκυττάρωση ή πινοκύττωση. Αυτό επιτυγχάνεται με τη σύλληψη ενός νέφους υγρών ή στερεών σωματιδίων από προεξοχές του κυτταροπλάσματος. Στη συνέχεια, το κύτταρο, σαν με τα χέρια του, συλλαμβάνει ένα σωματίδιο ή μια σταγόνα υγρού, τραβώντας το μέσα και σχηματίζοντας ένα κυτταροπλασματικό στρώμα γύρω του.
Ενεργή μεταφορά, διάχυση
Η ενεργή μεταφορά είναι ένα παράδειγμα επιλεκτικής πρόσληψης ηλεκτρολυτών ή θρεπτικών συστατικών. Μέσω συγκεκριμένων καναλιών που αντιπροσωπεύονται από μόρια πρωτεΐνης που αποτελούνται από πολλές υπομονάδες, μια ουσία ή ένα ενυδατωμένο ιόν διεισδύει στο κυτταρόπλασμα. Τα ιόντα αλλάζουν δυναμικά και τα θρεπτικά συστατικά ενσωματώνονται στα μεταβολικά κυκλώματα. Και όλες αυτές οι λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης στο κύτταρο συμβάλλουν ενεργά στην ανάπτυξη και ανάπτυξή του.
Λιπιδική διαλυτότητα
Υψηλά διαφοροποιημένα κύτταρα, όπως νευρικά, ενδοκρινικά ή μυϊκά κύτταρα χρησιμοποιούν αυτούς τους διαύλους ιόντων για να δημιουργήσουν δυνατότητες ανάπαυσης και δράσης. Σχηματίζεται λόγω της οσμωτικής και ηλεκτροχημικής διαφοράς και οι ιστοί αποκτούν την ικανότητα να συστέλλονται,παράγουν ή διεξάγουν μια ώθηση, ανταποκρίνονται σε σήματα ή τα μεταδίδουν. Αυτός είναι ένας σημαντικός μηχανισμός για την ανταλλαγή πληροφοριών μεταξύ των κυττάρων, ο οποίος αποτελεί τη βάση της νευρικής ρύθμισης των λειτουργιών ολόκληρου του οργανισμού. Αυτές οι λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης ενός ζωικού κυττάρου παρέχουν τη ρύθμιση της ζωτικής δραστηριότητας, την προστασία και την κίνηση ολόκληρου του οργανισμού.
Ορισμένες ουσίες μπορούν ακόμη και να διεισδύσουν στη μεμβράνη, αλλά αυτό είναι χαρακτηριστικό μόνο για μόρια λιπόφιλων λιποδιαλυτών μορίων. Απλώς διαλύονται στη διπλή στιβάδα της μεμβράνης, εισχωρώντας εύκολα στο κυτταρόπλασμα. Αυτός ο μηχανισμός μεταφοράς είναι χαρακτηριστικός για τις στεροειδείς ορμόνες. Και οι ορμόνες της πεπτιδικής δομής αδυνατούν να διεισδύσουν στη μεμβράνη, αν και μεταδίδουν επίσης πληροφορίες στο κύτταρο. Αυτό επιτυγχάνεται λόγω της παρουσίας υποδοχέων (ολοκληρωτικών) μορίων στην επιφάνεια του πλάσματος. Οι σχετικοί βιοχημικοί μηχανισμοί μετάδοσης σήματος στον πυρήνα, μαζί με τον μηχανισμό άμεσης διείσδυσης λιπιδικών ουσιών μέσω της μεμβράνης, αποτελούν ένα απλούστερο σύστημα χυμικής ρύθμισης. Και όλες αυτές οι λειτουργίες των ενσωματωμένων πρωτεϊνών της πλασματικής μεμβράνης χρειάζονται όχι μόνο από ένα κύτταρο, αλλά από ολόκληρο τον οργανισμό.
Πίνακας λειτουργιών της κυτταροπλασματικής μεμβράνης
Ο πιο οπτικός τρόπος για να επισημάνετε τις λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης είναι ένας πίνακας που υποδεικνύει τον βιολογικό της ρόλο για το κύτταρο ως σύνολο.
| Δομή | Λειτουργία | Βιολογικός ρόλος |
| Κυτοπλασματική μεμβράνη σε μορφή διπλής στοιβάδας λιπιδίων μευδρόφοβα άκρα που βρίσκονται προς τα έξω, εξοπλισμένα με σύμπλοκα υποδοχέων ενσωματωμένων και επιφανειακών πρωτεϊνών | Μηχανικά | Διατηρεί το κυτταρικό σχήμα, προστατεύει από μηχανικές επιδράσεις υποκατωφλίου, διατηρεί την κυτταρική ακεραιότητα |
| Μεταφορές | Μεταφέρει υγρά σταγονίδια, στερεά σωματίδια, μακρομόρια και ενυδατωμένα ιόντα στο κύτταρο με ή χωρίς ενεργειακή δαπάνη | |
| Υποδοχέας | Έχει μόρια υποδοχέα στην επιφάνειά του που χρησιμεύουν για τη μετάδοση πληροφοριών στον πυρήνα | |
| Κόλλα | Λόγω προεξοχών του κυτταροπλάσματος, τα γειτονικά κύτταρα σχηματίζουν επαφές μεταξύ τους | |
| Ηλεκτρογενές | Παρέχει συνθήκες για τη δημιουργία δυναμικού δράσης και δυνατότητα ανάπαυσης διεγέρσιμων ιστών |
Αυτός ο πίνακας δείχνει ξεκάθαρα ποιες λειτουργίες εκτελεί η πλασματική μεμβράνη. Ωστόσο, μόνο η κυτταρική μεμβράνη, δηλαδή η λιπιδική διπλοστοιβάδα που περιβάλλει ολόκληρο το κύτταρο, παίζει αυτούς τους ρόλους. Μέσα σε αυτό υπάρχουν οργανίδια, τα οποία έχουν και μεμβράνες. Οι ρόλοι τους πρέπει να περιγράφονται.
Λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης: σχήμα
Τα ακόλουθα οργανίδια διαφέρουν ως προς την παρουσία μεμβρανών στο κύτταρο: πυρήνας, τραχύ και λείο ενδοπλασματικό δίκτυο, σύμπλεγμα Golgi, μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες, λυσοσώματα. Σε κάθε ένα απόΑυτά τα οργανίδια, η μεμβράνη παίζει καθοριστικό ρόλο. Μπορείτε να το εξετάσετε χρησιμοποιώντας το παράδειγμα ενός σχήματος πίνακα.
| Οργανέλα και μεμβράνη | Λειτουργία | Βιολογικός ρόλος |
| Πυρήνας, πυρηνική μεμβράνη | Μηχανικά | Οι μηχανικές λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης του κυτταροπλάσματος του πυρήνα του επιτρέπουν να διατηρεί το σχήμα του, να αποτρέπει την εμφάνιση δομικής βλάβης |
| Μπόδιο | Διαχωρισμός πυρηνοπλάσματος και κυτταροπλάσματος | |
| Μεταφορές | Έχει πόρους μεταφοράς για την έξοδο των ριβοσωμάτων και του αγγελιοφόρου RNA από τον πυρήνα και την είσοδο θρεπτικών ουσιών, αμινοξέων και αζωτούχων βάσεων στο εσωτερικό | |
| Μιτοχόνδριο, μιτοχονδριακή μεμβράνη | Μηχανικά | Διατήρηση του σχήματος των μιτοχονδρίων, αποτροπή μηχανικών βλαβών |
| Μεταφορές | Ιόντα και ενεργειακά υποστρώματα μεταφέρονται μέσω της μεμβράνης | |
| Ηλεκτρογενές | Παρέχει τη δημιουργία διαμεμβρανικού δυναμικού, το οποίο είναι η βάση της παραγωγής ενέργειας στο κύτταρο | |
| Χλωροπλάστες, πλαστιδική μεμβράνη | Μηχανικά | Υποστηρίζει το σχήμα των πλαστιδίων, αποτρέπει τη μηχανική τους βλάβη |
| Μεταφορές | Παρέχει μεταφορά ουσιών | |
| Ενδοπλασματικό δίκτυο, μεμβράνη του δικτύου | Μηχανική και διαμόρφωση περιβάλλοντος | Παρέχει την παρουσία μιας κοιλότητας όπου λαμβάνουν χώρα οι διαδικασίες της πρωτεϊνοσύνθεσης και η μετα-μεταφραστική τροποποίησή τους |
| Συσκευή Golgi, μεμβράνη από κυστίδια και στέρνες | Μηχανική και διαμόρφωση περιβάλλοντος | Ρόλος δείτε παραπάνω |
| Λυσοσώματα, λυσοσωμική μεμβράνη |
Μηχανικά Μπόδιο |
Διατήρηση του σχήματος του λυσοσώματος, αποτροπή μηχανικής βλάβης και απελευθέρωσης ενζύμων στο κυτταρόπλασμα, περιορισμός του από λυτικά σύμπλοκα |
Μεμβράνες ζωικών κυττάρων
Αυτές είναι οι λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης στο κύτταρο, όπου παίζει σημαντικό ρόλο για κάθε οργανίδιο. Επιπλέον, ένας αριθμός λειτουργιών θα πρέπει να συνδυαστεί σε ένα - σε ένα προστατευτικό. Συγκεκριμένα, το φράγμα και οι μηχανικές λειτουργίες συνδυάζονται σε ένα προστατευτικό. Επιπλέον, οι λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνης σε ένα φυτικό κύτταρο είναι σχεδόν πανομοιότυπες με αυτές σε ένα ζωικό και βακτηριακό κύτταρο.
Το ζωικό κύτταρο είναι το πιο πολύπλοκο και πολύ διαφοροποιημένο. Εδώ βρίσκονται πολύ πιο ολοκληρωμένες, ημι-ολοκληρωμένες και επιφανειακές πρωτεΐνες. Γενικά, στους πολυκύτταρους οργανισμούς, η δομή της μεμβράνης είναι πάντα πιο περίπλοκη από ότι στους μονοκύτταρους. Και οι λειτουργίες που εκτελεί η πλασματική μεμβράνη ενός συγκεκριμένου κυττάρου καθορίζει εάν θα ταξινομηθεί ως επιθηλιακό, συνδετικό ήδιεγερτικός ιστός.
