Το κύτταρο φύλλου μπαομπάμπ περιβάλλεται από μια μεμβράνη. Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης. Λειτουργίες του κυττάρου ή της πλασματικής μεμβράνης

Καθολική βιολογική μεμβράνηπου σχηματίζεται από ένα διπλό στρώμα μορίων φωσφολιπιδίου συνολικού πάχους 6 microns. Σε αυτή την περίπτωση, οι υδρόφοβες ουρές των μορίων φωσφολιπιδίου στρέφονται προς τα μέσα, το ένα προς το άλλο, και οι πολικές υδρόφιλες κεφαλές στρέφονται προς τα έξω από τη μεμβράνη, προς το νερό. Τα λιπίδια παρέχουν την κύρια σωματική Χημικές ιδιότητεςμεμβράνες, ειδικότερα ρευστότητασε θερμοκρασία σώματος. Οι πρωτεΐνες είναι ενσωματωμένες σε αυτό το λιπιδικό διπλό στρώμα.

Υποδιαιρούνται σε αναπόσπαστο(διαπερνούν ολόκληρη τη λιπιδική διπλοστιβάδα), ημιολοκληρωτικό(διεισδύουν έως και το ήμισυ της λιπιδικής διπλοστοιβάδας), ή επιφάνειας (βρίσκεται στην εσωτερική ή εξωτερική επιφάνεια της διπλής στοιβάδας λιπιδίων).

Ταυτόχρονα, μόρια πρωτεΐνης βρίσκονται στη λιπιδική διπλοστοιβάδα μωσαϊκά και μπορούν να «κολυμπήσουν» στη «λιπιδική θάλασσα» σαν παγόβουνα, λόγω της ρευστότητας των μεμβρανών. Σύμφωνα με τη λειτουργία τους, αυτές οι πρωτεΐνες μπορούν να είναι κατασκευαστικός(διατηρούν μια ορισμένη δομή της μεμβράνης), αισθητήριο νεύρο(για το σχηματισμό υποδοχέων για βιολογικά δραστικές ουσίες), μεταφορά(πραγματοποιούν τη μεταφορά ουσιών μέσω της μεμβράνης) και ενζυματική(καταλύουν ορισμένες χημικές αντιδράσεις). Αυτή είναι αυτή τη στιγμή η πιο αναγνωρισμένη ρευστό μωσαϊκό μοντέλοΗ βιολογική μεμβράνη προτάθηκε το 1972 από τους Singer και Nikolson.

Οι μεμβράνες εκτελούν μια οριοθέτηση στο κύτταρο. Διαιρούν το κύτταρο σε διαμερίσματα, διαμερίσματα στα οποία οι διεργασίες και οι χημικές αντιδράσεις μπορούν να προχωρήσουν ανεξάρτητα η μία από την άλλη. Για παράδειγμα, τα επιθετικά υδρολυτικά ένζυμα των λυσοσωμάτων, τα οποία είναι ικανά να διασπάσουν τα περισσότερα οργανικά μόρια, διαχωρίζονται από το υπόλοιπο κυτταρόπλασμα με μια μεμβράνη. Σε περίπτωση καταστροφής του επέρχεται αυτοπέψη και κυτταρικός θάνατος.

Έχοντας ένα κοινό δομικό σχέδιο, διαφορετικές βιολογικές κυτταρικές μεμβράνες διαφέρουν ως προς τη χημική τους σύνθεση, οργάνωση και ιδιότητες, ανάλογα με τις λειτουργίες των δομών που σχηματίζουν.

Πλασματική μεμβράνη, δομή, λειτουργίες.

Το κυτταρόλημμα είναι η βιολογική μεμβράνη που περιβάλλει το εξωτερικό του κυττάρου. Αυτή είναι η πιο παχιά (10 nm) και πολύπλοκα οργανωμένη κυτταρική μεμβράνη. Βασίζεται σε μια καθολική βιολογική μεμβράνη, καλυμμένη εξωτερικά γλυκοκάλυκακαι από μέσα, από την πλευρά του κυτταροπλάσματος, στρώμα υπομεμβράνης(Εικ.2-1Β). Γλυκοκάλυκα(πάχος 3-4 nm) αντιπροσωπεύεται από τα εξωτερικά, υδατανθρακικά τμήματα σύνθετων πρωτεϊνών - γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων που συνθέτουν τη μεμβράνη. Αυτές οι αλυσίδες υδατανθράκων παίζουν το ρόλο των υποδοχέων που διασφαλίζουν ότι το κύτταρο αναγνωρίζει γειτονικά κύτταρα και μεσοκυττάρια ουσία και αλληλεπιδρά μαζί τους. Αυτό το στρώμα περιλαμβάνει επίσης επιφανειακές και ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες, οι λειτουργικές θέσεις των οποίων βρίσκονται στην υπερμεμβρανική ζώνη (για παράδειγμα, ανοσοσφαιρίνες). Ο γλυκοκάλυκας περιέχει υποδοχείς ιστοσυμβατότητας, υποδοχείς για πολλές ορμόνες και νευροδιαβιβαστές.

Υπομεμβράνη, φλοιώδες στρώμασχηματίζεται από μικροσωληνίσκους, μικροϊνίδια και συσταλτικά μικρονημάτια, τα οποία αποτελούν μέρος του κυτταροσκελετού του κυττάρου. Το στρώμα υπομεμβράνης διατηρεί το σχήμα του κυττάρου, δημιουργεί την ελαστικότητά του και παρέχει αλλαγές στην επιφάνεια του κυττάρου. Εξαιτίας αυτού, το κύτταρο συμμετέχει στην ενδο- και εξωκυττάρωση, την έκκριση και την κίνηση.

Το Cytolemma εκπληρώνει πολλά λειτουργίες:

1) οριοθετώντας (το κυτταρόλημμα χωρίζει, οριοθετεί το κελί από περιβάλλονκαι παρέχει τη σύνδεσή του με το εξωτερικό περιβάλλον).

2) αναγνώριση από αυτό το κελί άλλων κυττάρων και προσκόλληση σε αυτά.

3) αναγνώριση από το κύτταρο της μεσοκυττάριας ουσίας και προσκόλληση στα στοιχεία της (ίνες, βασική μεμβράνη).

4) μεταφορά ουσιών και σωματιδίων μέσα και έξω από το κυτταρόπλασμα.

5) αλληλεπίδραση με μόρια σηματοδότησης (ορμόνες, μεσολαβητές, κυτοκίνες) λόγω της παρουσίας ειδικών υποδοχέων για αυτά στην επιφάνειά του.

1. παρέχει κίνηση των κυττάρων (σχηματισμός ψευδοπόδων) λόγω της σύνδεσης του κυτταρολέμματος με τα συσταλτικά στοιχεία του κυτταροσκελετού.

Το κυτταρόλημμα περιέχει πολλά υποδοχείς, μέσω των οποίων οι βιολογικά δραστικές ουσίες ( συνδέτες, μόρια σήματος, πρώτοι αγγελιοφόροι: ορμόνες, μεσολαβητές, αυξητικοί παράγοντες) δρουν στο κύτταρο. Οι υποδοχείς είναι γενετικά καθορισμένοι μακρομοριακοί αισθητήρες (πρωτεΐνες, γλυκο- και λιποπρωτεΐνες) που είναι ενσωματωμένοι στο κυτταρόλημμα ή βρίσκονται μέσα στο κύτταρο και ειδικεύονται στην αντίληψη συγκεκριμένων σημάτων χημικής ή φυσικής φύσης. Οι βιολογικά δραστικές ουσίες, όταν αλληλεπιδρούν με τον υποδοχέα, προκαλούν έναν καταρράκτη βιοχημικών αλλαγών στο κύτταρο, ενώ μετατρέπονται σε μια συγκεκριμένη φυσιολογική απόκριση (αλλαγή της κυτταρικής λειτουργίας).

Όλοι οι υποδοχείς έχουν ένα κοινό δομικό σχέδιο και αποτελούνται από τρία μέρη: 1) υπερμεμβράνη, η οποία αλληλεπιδρά με μια ουσία (συνδέτη). 2) ενδομεμβρανική, που πραγματοποιεί μεταφορά σήματος και 3) ενδοκυτταρική, βυθισμένη στο κυτταρόπλασμα.

Τύποι μεσοκυττάριων επαφών.

Το κυτταρόλημμα εμπλέκεται επίσης στο σχηματισμό ειδικών δομών - διακυτταρικές συνδέσεις, επαφές, τα οποία παρέχουν στενή αλληλεπίδραση μεταξύ γειτονικών κυττάρων. Διακρίνω απλόςκαι συγκρότημαδιακυτταρικές συνδέσεις. ΣΤΟ απλόςΣτις μεσοκυτταρικές συνδέσεις, τα κυτταρολέμματα των κυττάρων πλησιάζουν το ένα το άλλο σε απόσταση 15-20 nm και τα μόρια του γλυκοκάλυκα τους αλληλεπιδρούν μεταξύ τους (Εικ. 2-3). Μερικές φορές η προεξοχή του κυτταρολέμματος ενός κυττάρου εισέρχεται στην κοιλότητα του γειτονικού κυττάρου, σχηματίζοντας οδοντωτές και δακτυλικές συνδέσεις (συνδέσεις "σαν κλειδαριά").

ΣυγκρότημαΟι διακυτταρικές συνδέσεις είναι διαφόρων τύπων: κλείδωμα, στερέωσηκαι επικοινωνία(Εικ. 2-3). Προς την κλείδωμαενώσεις περιλαμβάνουν σφιχτή επαφήή ζώνη αποκλεισμού. Ταυτόχρονα, οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες του γλυκοκάλυκα των γειτονικών κυττάρων σχηματίζουν ένα είδος δικτύου πλέγματος κατά μήκος της περιμέτρου των γειτονικών επιθηλιακών κυττάρων στα κορυφαία τους μέρη. Εξαιτίας αυτού, τα μεσοκυττάρια κενά είναι κλειδωμένα, οριοθετημένα από το εξωτερικό περιβάλλον (Εικ. 2-3).

Ρύζι. 2-3. Διάφοροι τύποι διακυτταρικών συνδέσεων.

1. Απλή σύνδεση.
2. Σφιχτή σύνδεση.
3. Αυτοκόλλητη ταινία.
4. Δεσμόσωμα.
5. Ημιδεσμοσώμα.
6. Σύνδεση με σχισμή (επικοινωνία).
7. Μικρολάχνες.

(Κατά τον Yu. I. Afanasiev, N. A. Yurina).

Προς την σύνδεση, οι ενώσεις αγκύρωσης περιλαμβάνουν συγκολλητικός ζώνηκαι δεσμοσώματα. Αυτοκόλλητη ταινίαπου βρίσκεται γύρω από τα κορυφαία μέρη των κυττάρων ενός μονοστρωματικού επιθηλίου. Σε αυτή τη ζώνη, οι ενσωματωμένες γλυκοπρωτεΐνες γλυκοκάλυκα των γειτονικών κυττάρων αλληλεπιδρούν μεταξύ τους και οι υπομεμβρανικές πρωτεΐνες, συμπεριλαμβανομένων δεσμών μικρονημάτων ακτίνης, τις προσεγγίζουν από το κυτταρόπλασμα. Δεσμοσώματα (μπαλώματα προσκόλλησης)– ζευγαρωμένες δομές μεγέθους περίπου 0,5 μm. Σε αυτά, οι γλυκοπρωτεΐνες του κυτταρολέμματος των γειτονικών κυττάρων αλληλεπιδρούν στενά και από την πλευρά των κυττάρων σε αυτές τις περιοχές, δέσμες ενδιάμεσων νημάτων του κυτταροσκελετού υφαίνονται στο κυτταρόλημμα (Εικ. 2-3).

Προς την επικοινωνιακές συνδέσειςαναφέρομαι κόμβοι κενού (σύνδεσμοι) και συνάψεις. Nexusesέχουν μέγεθος 0,5-3 microns. Σε αυτά, τα κυτταρολέμματα των γειτονικών κυττάρων συγκλίνουν έως και 2-3 nm και έχουν πολυάριθμους διαύλους ιόντων. Μέσω αυτών, τα ιόντα μπορούν να περάσουν από το ένα κύτταρο στο άλλο, μεταδίδοντας διέγερση, για παράδειγμα, μεταξύ των κυττάρων του μυοκαρδίου. συνάψειςχαρακτηριστικό του νευρικού ιστού και εμφανίζονται μεταξύ νευρικά κύτταρα, καθώς και μεταξύ νευρικών και τελεστικών κυττάρων (μυϊκά, αδενικά). Έχουν μια συναπτική σχισμή, όπου, όταν μια νευρική ώθηση περνά από το προσυναπτικό τμήμα της σύναψης, απελευθερώνεται ένας νευροδιαβιβαστής που μεταδίδει μια νευρική ώθηση σε άλλο κύτταρο (για περισσότερες λεπτομέρειες, βλέπε κεφάλαιο "Νευρικός ιστός").

Η κυτταρική μεμβράνη (πλασματική μεμβράνη) είναι μια λεπτή, ημιπερατή μεμβράνη που περιβάλλει τα κύτταρα.

Λειτουργία και ρόλος της κυτταρικής μεμβράνης

Η λειτουργία του είναι να προστατεύει την ακεραιότητα του εσωτερικού, αφήνοντας κάποιες βασικές ουσίες να εισέλθουν στο κύτταρο και εμποδίζοντας άλλες να εισέλθουν.

Χρησιμεύει επίσης ως βάση για την προσκόλληση σε ορισμένους οργανισμούς και σε άλλους. Έτσι, η πλασματική μεμβράνη παρέχει επίσης το σχήμα του κυττάρου. Μια άλλη λειτουργία της μεμβράνης είναι να ρυθμίζει την κυτταρική ανάπτυξη μέσω της ισορροπίας και.

Στην ενδοκυττάρωση, τα λιπίδια και οι πρωτεΐνες απομακρύνονται από την κυτταρική μεμβράνη καθώς οι ουσίες απορροφώνται. Στην εξωκυττάρωση, κυστίδια που περιέχουν λιπίδια και πρωτεΐνες συγχωνεύονται με την κυτταρική μεμβράνη, αυξάνοντας το μέγεθος των κυττάρων. και τα μυκητιακά κύτταρα έχουν πλασματικές μεμβράνες. Εσωτερικά, για παράδειγμα, περικλείονται επίσης σε προστατευτικές μεμβράνες.

Δομή κυτταρικής μεμβράνης

Η πλασματική μεμβράνη αποτελείται κυρίως από ένα μείγμα πρωτεϊνών και λιπιδίων. Ανάλογα με τη θέση και τον ρόλο της μεμβράνης στο σώμα, τα λιπίδια μπορούν να αποτελούν το 20 έως 80 τοις εκατό της μεμβράνης, με το υπόλοιπο να είναι πρωτεΐνες. Ενώ τα λιπίδια βοηθούν να γίνει η μεμβράνη εύκαμπτη, οι πρωτεΐνες ελέγχουν και διατηρούν χημική σύνθεσηκύτταρα και επίσης βοηθούν στη μεταφορά μορίων μέσω της μεμβράνης.

Λιπίδια μεμβράνης

Τα φωσφολιπίδια είναι το κύριο συστατικό των πλασματικών μεμβρανών. Σχηματίζουν μια διπλή στιβάδα λιπιδίων στην οποία οι υδρόφιλες (υδατο-έλκουσες) περιοχές «κεφαλής» οργανώνονται αυθόρμητα για να αντιστέκονται στο υδατικό κυτταρόπλασμα και το εξωκυτταρικό υγρό, ενώ οι υδρόφοβες (υδατοαπωθητικές) περιοχές «ουράς» κοιτάζουν μακριά από το κυτταρόπλασμα και το εξωκυτταρικό υγρό. Η διπλοστοιβάδα λιπιδίων είναι ημιπερατή, επιτρέποντας μόνο σε ορισμένα μόρια να διαχέονται στη μεμβράνη.

Η χοληστερόλη είναι ένα άλλο λιπιδικό συστατικό των ζωικών κυτταρικών μεμβρανών. Τα μόρια της χοληστερόλης διασκορπίζονται επιλεκτικά μεταξύ των φωσφολιπιδίων της μεμβράνης. Αυτό βοηθά να διατηρηθούν οι κυτταρικές μεμβράνες άκαμπτες αποτρέποντας τα φωσφολιπίδια από το να συσκευάζονται πολύ σφιχτά. Η χοληστερόλη απουσιάζει στις μεμβράνες των φυτικών κυττάρων.

Τα γλυκολιπίδια βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια των κυτταρικών μεμβρανών και συνδέονται μαζί τους με μια αλυσίδα υδατανθράκων. Βοηθούν το κύτταρο να αναγνωρίσει άλλα κύτταρα του σώματος.

Πρωτεΐνες μεμβρανών

Η κυτταρική μεμβράνη περιέχει δύο τύπους σχετικών πρωτεϊνών. Οι πρωτεΐνες της περιφερικής μεμβράνης είναι εξωτερικές και συνδέονται με αυτήν αλληλεπιδρώντας με άλλες πρωτεΐνες. Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης εισάγονται στη μεμβράνη και οι περισσότερες περνούν μέσα από αυτήν. Τμήματα αυτών των διαμεμβρανικών πρωτεϊνών βρίσκονται και στις δύο πλευρές του.

Οι πρωτεΐνες της πλασματικής μεμβράνης έχουν έναν αριθμό διάφορες λειτουργίες. Οι δομικές πρωτεΐνες παρέχουν υποστήριξη και σχήμα στα κύτταρα. Οι πρωτεΐνες των μεμβρανικών υποδοχέων βοηθούν τα κύτταρα να επικοινωνούν με το εξωτερικό τους περιβάλλον μέσω της χρήσης ορμονών, νευροδιαβιβαστών και άλλων μορίων σηματοδότησης. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς, όπως οι σφαιρικές πρωτεΐνες, μεταφέρουν μόρια στις κυτταρικές μεμβράνες με διευκολυνόμενη διάχυση. Οι γλυκοπρωτεΐνες έχουν μια αλυσίδα υδατανθράκων συνδεδεμένη με αυτές. Είναι ενσωματωμένα στην κυτταρική μεμβράνη, βοηθώντας στην ανταλλαγή και μεταφορά μορίων.

κυτταρική μεμβράνη

Εικόνα κυτταρικής μεμβράνης. Μικρές μπλε και λευκές μπάλες αντιστοιχούν στα υδρόφοβα «κεφάλια» των φωσφολιπιδίων και οι γραμμές που συνδέονται σε αυτές αντιστοιχούν στις υδρόφιλες «ουρές». Το σχήμα δείχνει μόνο ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες (κόκκινα σφαιρίδια και κίτρινες έλικες). Κίτρινες οβάλ κουκκίδες μέσα στη μεμβράνη - μόρια χοληστερόλης Κιτρινοπράσινες αλυσίδες σφαιριδίων στο εξωτερικό της μεμβράνης - αλυσίδες ολιγοσακχαριτών που σχηματίζουν τον γλυκοκάλυκα

Η βιολογική μεμβράνη περιλαμβάνει επίσης διάφορες πρωτεΐνες: ενιαία (διεισδύει στη μεμβράνη μέσω), ημι-ολοκληρωμένη (βυθισμένη στο ένα άκρο στο εξωτερικό ή εσωτερικό λιπιδικό στρώμα), επιφάνεια (βρίσκεται στην εξωτερική ή δίπλα στις εσωτερικές πλευρές της μεμβράνης). Ορισμένες πρωτεΐνες είναι τα σημεία επαφής της κυτταρικής μεμβράνης με τον κυτταροσκελετό μέσα στο κύτταρο και το κυτταρικό τοίχωμα (αν υπάρχει) έξω. Μερικές από τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες λειτουργούν ως δίαυλοι ιόντων, διάφοροι μεταφορείς και υποδοχείς.

Λειτουργίες

• εμπόδιο - παρέχει έναν ρυθμισμένο, επιλεκτικό, παθητικό και ενεργό μεταβολισμό με το περιβάλλον. Για παράδειγμα, η μεμβράνη υπεροξισώματος προστατεύει το κυτταρόπλασμα από επικίνδυνα για το κύτταρο υπεροξείδια. Επιλεκτική διαπερατότητα σημαίνει ότι η διαπερατότητα μιας μεμβράνης σε διάφορα άτομα ή μόρια εξαρτάται από το μέγεθος, το ηλεκτρικό φορτίο και τις χημικές τους ιδιότητες. Η επιλεκτική διαπερατότητα εξασφαλίζει τον διαχωρισμό των κυψελών και των κυτταρικών διαμερισμάτων από το περιβάλλον και την τροφοδοσία τους με τις απαραίτητες ουσίες.
• μεταφορά - μέσω της μεμβράνης γίνεται μεταφορά ουσιών μέσα στο κύτταρο και έξω από το κύτταρο. Η μεταφορά μέσω των μεμβρανών παρέχει: την παροχή θρεπτικών ουσιών, την απομάκρυνση των τελικών προϊόντων του μεταβολισμού, την έκκριση διαφόρων ουσιών, τη δημιουργία ιοντικών βαθμίδων, τη διατήρηση της βέλτιστης συγκέντρωσης ιόντων στο κύτταρο, τα οποία είναι απαραίτητα για τη λειτουργία του κυτταρικά ένζυμα.
  Σωματίδια που για κάποιο λόγο δεν μπορούν να διασχίσουν τη διπλοστοιβάδα των φωσφολιπιδίων (για παράδειγμα, λόγω υδρόφιλων ιδιοτήτων, καθώς η μεμβράνη στο εσωτερικό είναι υδρόφοβη και δεν επιτρέπει τη διέλευση υδρόφιλων ουσιών ή λόγω μεγάλα μεγέθη), αλλά απαραίτητο για το κύτταρο, μπορεί να διεισδύσει στη μεμβράνη μέσω ειδικών πρωτεϊνών-φορέων (μεταφορέων) και πρωτεϊνών καναλιού ή με ενδοκυττάρωση.
  Στην παθητική μεταφορά, οι ουσίες διασχίζουν τη λιπιδική διπλή στιβάδα χωρίς δαπάνη ενέργειας κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης με διάχυση. Μια παραλλαγή αυτού του μηχανισμού είναι η διευκολυνόμενη διάχυση, στην οποία ένα συγκεκριμένο μόριο βοηθά μια ουσία να περάσει μέσα από τη μεμβράνη. Αυτό το μόριο μπορεί να έχει ένα κανάλι που επιτρέπει τη διέλευση μόνο ενός τύπου ουσίας.
  Η ενεργή μεταφορά απαιτεί ενέργεια, καθώς συμβαίνει σε μια κλίση συγκέντρωσης. Υπάρχουν ειδικές πρωτεΐνες αντλίας στη μεμβράνη, συμπεριλαμβανομένης της ATPase, η οποία αντλεί ενεργά ιόντα καλίου (K +) στο κύτταρο και αντλεί ιόντα νατρίου (Na +) έξω από αυτό.
• μήτρα - παρέχει μια ορισμένη σχετική θέση και προσανατολισμό των πρωτεϊνών της μεμβράνης, τη βέλτιστη αλληλεπίδρασή τους.
• μηχανική - εξασφαλίζει την αυτονομία του κυττάρου, τις ενδοκυτταρικές δομές του, καθώς και τη σύνδεση με άλλα κύτταρα (σε ιστούς). Τα κυτταρικά τοιχώματα παίζουν σημαντικό ρόλο στην παροχή μηχανικής λειτουργίας και στα ζώα - μεσοκυτταρική ουσία.
• ενέργεια - κατά τη φωτοσύνθεση στους χλωροπλάστες και την κυτταρική αναπνοή στα μιτοχόνδρια, λειτουργούν συστήματα μεταφοράς ενέργειας στις μεμβράνες τους, στις οποίες συμμετέχουν και οι πρωτεΐνες.
• υποδοχέας - ορισμένες πρωτεΐνες που βρίσκονται στη μεμβράνη είναι υποδοχείς (μόρια με τα οποία το κύτταρο αντιλαμβάνεται ορισμένα σήματα).
  Για παράδειγμα, οι ορμόνες που κυκλοφορούν στο αίμα δρουν μόνο σε κύτταρα στόχους που έχουν υποδοχείς που αντιστοιχούν σε αυτές τις ορμόνες. νευροδιαβιβαστές ( ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ, που εξασφαλίζουν την αγωγή των νευρικών ερεθισμάτων) δεσμεύονται επίσης σε ειδικές πρωτεΐνες υποδοχέα των κυττάρων-στόχων.
• ενζυματικές - οι μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι συχνά ένζυμα. Για παράδειγμα, οι πλασματικές μεμβράνες των εντερικών επιθηλιακών κυττάρων περιέχουν πεπτικά ένζυμα.
• υλοποίηση παραγωγής και διεξαγωγής βιοδυναμικών.
  Με τη βοήθεια της μεμβράνης, διατηρείται μια σταθερή συγκέντρωση ιόντων στο κύτταρο: η συγκέντρωση του ιόντος K + μέσα στο κύτταρο είναι πολύ υψηλότερη από ό, τι έξω και η συγκέντρωση του Na + είναι πολύ χαμηλότερη, κάτι που είναι πολύ σημαντικό, καθώς Αυτό διατηρεί τη διαφορά δυναμικού σε όλη τη μεμβράνη και δημιουργεί μια νευρική ώθηση.
• κυτταρική σήμανση - υπάρχουν αντιγόνα στη μεμβράνη που λειτουργούν ως δείκτες - «ετικέτες» που επιτρέπουν την αναγνώριση του κυττάρου. Πρόκειται για γλυκοπρωτεΐνες (δηλαδή πρωτεΐνες με διακλαδισμένες πλευρικές αλυσίδες ολιγοσακχαριτών προσαρτημένες σε αυτές) που παίζουν το ρόλο των «κεριών». Λόγω των μυριάδων διαμορφώσεων πλευρικής αλυσίδας, είναι δυνατό να δημιουργηθεί ένας συγκεκριμένος δείκτης για κάθε τύπο κυψέλης. Με τη βοήθεια δεικτών, τα κύτταρα μπορούν να αναγνωρίσουν άλλα κύτταρα και να ενεργήσουν σε συντονισμό με αυτά, για παράδειγμα, όταν σχηματίζουν όργανα και ιστούς. Επιτρέπει επίσης στο ανοσοποιητικό σύστημα να αναγνωρίζει ξένα αντιγόνα.

Δομή και σύνθεση βιομεμβρανών

Οι μεμβράνες αποτελούνται από τρεις κατηγορίες λιπιδίων: φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια και χοληστερόλη. Τα φωσφολιπίδια και τα γλυκολιπίδια (λιπίδια με υδατάνθρακες συνδεδεμένους σε αυτά) αποτελούνται από δύο μακριές υδρόφοβες υδρογονανθρακικές «ουρές» που συνδέονται με ένα φορτισμένο υδρόφιλο «κεφάλι». Η χοληστερόλη σκληραίνει τη μεμβράνη καταλαμβάνοντας τον ελεύθερο χώρο μεταξύ των υδρόφοβων λιπιδικών ουρών και εμποδίζοντας την κάμψη τους. Επομένως, οι μεμβράνες με χαμηλή περιεκτικότητα σε χοληστερόλη είναι πιο εύκαμπτες, ενώ αυτές με υψηλή περιεκτικότητα σε χοληστερόλη είναι πιο άκαμπτες και εύθραυστες. Η χοληστερόλη χρησιμεύει επίσης ως «πώμα» που εμποδίζει την κίνηση των πολικών μορίων από και προς το κύτταρο. Ένα σημαντικό μέρος της μεμβράνης αποτελείται από πρωτεΐνες που τη διαπερνούν και είναι υπεύθυνες για διάφορες ιδιότητες των μεμβρανών. Η σύνθεση και ο προσανατολισμός τους σε διαφορετικές μεμβράνες διαφέρουν.

Κυτταρικές μεμβράνεςσυχνά ασύμμετρα, δηλαδή τα στρώματα διαφέρουν ως προς τη λιπιδική σύνθεση, τη μετάβαση ενός μεμονωμένου μορίου από το ένα στρώμα στο άλλο (το λεγόμενο σαγιονάρα) είναι δύσκολο.

Μεμβρανικά οργανίδια

Πρόκειται για κλειστά μεμονωμένα ή διασυνδεδεμένα τμήματα του κυτταροπλάσματος, που διαχωρίζονται από το υαλόπλασμα με μεμβράνες. Τα οργανίδια μιας μεμβράνης περιλαμβάνουν το ενδοπλασματικό δίκτυο, τη συσκευή Golgi, τα λυσοσώματα, τα κενοτόπια, τα υπεροξισώματα. σε δύο μεμβράνες - πυρήνα, μιτοχόνδρια, πλαστίδια. Η δομή των μεμβρανών των διαφόρων οργανιδίων διαφέρει στη σύνθεση των λιπιδίων και των πρωτεϊνών της μεμβράνης.

Επιλεκτική διαπερατότητα

Οι κυτταρικές μεμβράνες έχουν εκλεκτική διαπερατότητα: γλυκόζη, αμινοξέα, λιπαρά οξέα, γλυκερίνη και ιόντα διαχέονται αργά μέσα από αυτές και οι ίδιες οι μεμβράνες ρυθμίζουν ενεργά αυτήν τη διαδικασία σε κάποιο βαθμό - ορισμένες ουσίες περνούν, ενώ άλλες όχι. Υπάρχουν τέσσερις κύριοι μηχανισμοί για την είσοδο ουσιών στο κύτταρο ή την απομάκρυνσή τους από το κύτταρο προς τα έξω: διάχυση, όσμωση, ενεργή μεταφορά και εξω- ή ενδοκυττάρωση. Οι δύο πρώτες διαδικασίες είναι παθητικής φύσης, δηλαδή δεν απαιτούν ενέργεια. Οι δύο τελευταίες είναι ενεργές διαδικασίες που σχετίζονται με την κατανάλωση ενέργειας.

Η επιλεκτική διαπερατότητα της μεμβράνης κατά την παθητική μεταφορά οφείλεται σε ειδικά κανάλια - ενσωματωμένες πρωτεΐνες. Διεισδύουν στη μεμβράνη διαμέσου και διαμέσου, σχηματίζοντας ένα είδος διόδου. Τα στοιχεία K, Na και Cl έχουν τα δικά τους κανάλια. Όσον αφορά τη βαθμίδα συγκέντρωσης, τα μόρια αυτών των στοιχείων κινούνται μέσα και έξω από το κύτταρο. Όταν ερεθίζονται, τα κανάλια ιόντων νατρίου ανοίγουν και υπάρχει μια απότομη εισροή ιόντων νατρίου στο κύτταρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια ανισορροπία στο δυναμικό της μεμβράνης. Επειτα δυναμικό μεμβράνηςαποκαθίσταται. Τα κανάλια καλίου είναι πάντα ανοιχτά, μέσω των οποίων τα ιόντα καλίου εισέρχονται αργά στο κύτταρο.

δείτε επίσης

Βιβλιογραφία

• Antonov V. F., Smirnova E. N., Shevchenko E. V.Λιπιδικές μεμβράνες κατά τη μετάβαση φάσης. - M .: Nauka, 1994.
• Gennis R.Βιομεμβράνες. Μοριακή δομή και λειτουργίες: μετάφραση από τα αγγλικά. = Βιομεμβράνες. Μοριακή δομή και λειτουργία (του Robert B. Gennis). - 1η έκδοση. - M .: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• Ivanov V. G., Berestovsky T. N.λιπιδική διπλοστιβάδα βιολογικών μεμβρανών. - M .: Nauka, 1982.
• Ρούμπιν Α. Μπ.Βιοφυσική, σχολικό βιβλίο σε 2 τόμους. - 3η έκδοση, αναθεωρημένη και διευρυμένη. - M .: Moscow University Press, 2004. - ISBN 5-211-06109-8
• Bruce Alberts, et al.

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί στη Γη αποτελούνται από κύτταρα και κάθε κύτταρο περιβάλλεται από ένα προστατευτικό κέλυφος - μια μεμβράνη. Ωστόσο, οι λειτουργίες της μεμβράνης δεν περιορίζονται στην προστασία των οργανιδίων και στο διαχωρισμό ενός κυττάρου από το άλλο. Η κυτταρική μεμβράνη είναι ένας πολύπλοκος μηχανισμός που εμπλέκεται άμεσα στην αναπαραγωγή, την αναγέννηση, τη διατροφή, την αναπνοή και πολλές άλλες σημαντικές κυτταρικές λειτουργίες.

Ο όρος «κυτταρική μεμβράνη» χρησιμοποιείται εδώ και εκατό περίπου χρόνια. Η λέξη "μεμβράνη" σε μετάφραση από τα λατινικά σημαίνει "ταινία". Αλλά στην περίπτωση μιας κυτταρικής μεμβράνης, θα ήταν πιο σωστό να μιλάμε για συνδυασμό δύο μεμβρανών που συνδέονται μεταξύ τους με έναν συγκεκριμένο τρόπο, επιπλέον, διαφορετικές πλευρές αυτών των μεμβρανών έχουν διαφορετικές ιδιότητες.

Η κυτταρική μεμβράνη (cytolemma, plasmalemma) είναι ένα κέλυφος τριών στρωμάτων λιποπρωτεΐνης (λίπος-πρωτεΐνη) που διαχωρίζει κάθε κύτταρο από τα γειτονικά κύτταρα και το περιβάλλον και πραγματοποιεί μια ελεγχόμενη ανταλλαγή μεταξύ των κυττάρων και του περιβάλλοντος.

Καθοριστικής σημασίας σε αυτόν τον ορισμό δεν είναι ότι η κυτταρική μεμβράνη διαχωρίζει ένα κύτταρο από το άλλο, αλλά ότι διασφαλίζει την αλληλεπίδρασή του με άλλα κύτταρα και το περιβάλλον. Η μεμβράνη είναι μια πολύ ενεργή, διαρκώς λειτουργική δομή του κυττάρου, στην οποία έχουν ανατεθεί πολλές λειτουργίες από τη φύση. Από το άρθρο μας, θα μάθετε τα πάντα για τη σύνθεση, τη δομή, τις ιδιότητες και τις λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης, καθώς και τον κίνδυνο που ενέχει η ανθρώπινη υγεία από τις διαταραχές στη λειτουργία των κυτταρικών μεμβρανών.

Ιστορία της έρευνας κυτταρικής μεμβράνης

Το 1925, δύο Γερμανοί επιστήμονες, ο Γκόρτερ και ο Γκρέντελ, μπόρεσαν να πραγματοποιήσουν ένα πολύπλοκο πείραμα σε ανθρώπινα ερυθρά αιμοσφαίρια, ερυθροκύτταρα. Χρησιμοποιώντας οσμωτικό σοκ, οι ερευνητές έλαβαν τις λεγόμενες «σκιές» - άδεια κελύφη ερυθρών αιμοσφαιρίων, στη συνέχεια τα έβαλαν σε ένα σωρό και μέτρησαν την επιφάνεια. Το επόμενο βήμα ήταν να υπολογιστεί η ποσότητα των λιπιδίων στην κυτταρική μεμβράνη. Με τη βοήθεια ακετόνης, οι επιστήμονες απομόνωσαν λιπίδια από τις «σκιές» και διαπίστωσαν ότι ήταν αρκετά για ένα διπλό συνεχές στρώμα.

Ωστόσο, κατά τη διάρκεια του πειράματος, έγιναν δύο μεγάλα λάθη:

Η χρήση ακετόνης δεν επιτρέπει την απομόνωση όλων των λιπιδίων από τις μεμβράνες.

Η επιφάνεια των "σκιών" υπολογίστηκε με ξηρό βάρος, το οποίο είναι επίσης λανθασμένο.

Δεδομένου ότι το πρώτο σφάλμα έδωσε ένα μείον στους υπολογισμούς και το δεύτερο έδωσε ένα συν, το συνολικό αποτέλεσμα αποδείχθηκε εκπληκτικά ακριβές και οι Γερμανοί επιστήμονες έφεραν την πιο σημαντική ανακάλυψη στον επιστημονικό κόσμο - τη λιπιδική διπλοστοιβάδα της κυτταρικής μεμβράνης.

Το 1935, ένα άλλο ζευγάρι ερευνητών, ο Danielly και ο Dawson, μετά από μακροχρόνια πειράματα σε διλιπιδικά φιλμ, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι πρωτεΐνες υπάρχουν στις κυτταρικές μεμβράνες. Δεν υπήρχε άλλος τρόπος να εξηγηθεί γιατί αυτές οι μεμβράνες έχουν τόσο υψηλή επιφανειακή τάση. Οι επιστήμονες παρουσίασαν στο κοινό ένα σχηματικό μοντέλο κυτταρικής μεμβράνης, παρόμοιο με ένα σάντουιτς, όπου τον ρόλο των φετών ψωμιού παίζουν ομοιογενή στρώματα λιπιδίου-πρωτεΐνης και ανάμεσά τους αντί για λάδι υπάρχει κενό.

Το 1950, με τη βοήθεια του πρώτου ηλεκτρονικού μικροσκοπίου, επιβεβαιώθηκε εν μέρει η θεωρία Danielly-Dawson - οι μικροφωτογραφίες της κυτταρικής μεμβράνης έδειξαν ξεκάθαρα δύο στρώματα που αποτελούνταν από κεφαλές λιπιδίων και πρωτεϊνών και ανάμεσά τους έναν διαφανή χώρο γεμάτο μόνο με ουρές λιπιδίων και πρωτεΐνες.

Το 1960, με γνώμονα αυτά τα δεδομένα, ο Αμερικανός μικροβιολόγος J. Robertson ανέπτυξε μια θεωρία για τη δομή τριών στρωμάτων των κυτταρικών μεμβρανών, η οποία για μεγάλο χρονικό διάστημα θεωρούνταν η μόνη αληθινή. Ωστόσο, καθώς η επιστήμη αναπτύχθηκε, όλο και περισσότερες αμφιβολίες γεννήθηκαν για την ομοιογένεια αυτών των στρωμάτων. Από την άποψη της θερμοδυναμικής, μια τέτοια δομή είναι εξαιρετικά δυσμενής - θα ήταν πολύ δύσκολο για τα κύτταρα να μεταφέρουν ουσίες μέσα και έξω μέσω ολόκληρου του "σάντουιτς". Επιπλέον, έχει αποδειχθεί ότι οι κυτταρικές μεμβράνες διαφορετικών ιστών έχουν διαφορετικό πάχος και τρόπο προσκόλλησης, κάτι που οφείλεται σε διαφορετικές λειτουργίες των οργάνων.

Το 1972, οι μικροβιολόγοι Σ.Δ. Singer και G.L. Ο Nicholson μπόρεσε να εξηγήσει όλες τις ασυνέπειες της θεωρίας του Robertson με τη βοήθεια ενός νέου, υγρού-μωσαϊκού μοντέλου της κυτταρικής μεμβράνης. Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι η μεμβράνη είναι ετερογενής, ασύμμετρη, γεμάτη με υγρό και τα κύτταρα της βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Και οι πρωτεΐνες που το αποτελούν έχουν διαφορετική δομή και σκοπό, επιπλέον, βρίσκονται διαφορετικά σε σχέση με το διλιπιδικό στρώμα της μεμβράνης.

Οι κυτταρικές μεμβράνες περιέχουν τρεις τύπους πρωτεϊνών:

Περιφερειακό - προσαρτημένο στην επιφάνεια της μεμβράνης.

ημιολοκληρωτικό- διεισδύουν μερικώς στο διλιπιδικό στρώμα.

Ενσωματωμένο - διεισδύστε πλήρως στη μεμβράνη.

Οι περιφερειακές πρωτεΐνες συνδέονται με τις κεφαλές των λιπιδίων της μεμβράνης μέσω ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης και δεν σχηματίζουν ποτέ ένα συνεχές στρώμα, όπως πίστευαν παλαιότερα. Και οι ημιολοκληρωμένες και ενσωματωμένες πρωτεΐνες χρησιμεύουν για τη μεταφορά οξυγόνου και θρεπτικών συστατικών στο κύτταρο, καθώς και για την απομάκρυνση της αποσύνθεσης προϊόντα από αυτό και πολλά άλλα για πολλά σημαντικά χαρακτηριστικά, για τα οποία θα μάθετε αργότερα.

Η κυτταρική μεμβράνη εκτελεί τις ακόλουθες λειτουργίες:

Φράγμα - η διαπερατότητα της μεμβράνης για διαφορετικούς τύπους μορίων δεν είναι η ίδια Για να παρακάμψει την κυτταρική μεμβράνη, το μόριο πρέπει να έχει ορισμένο μέγεθος, χημικές ιδιότητες και ηλεκτρικό φορτίο. Τα επιβλαβή ή ακατάλληλα μόρια, λόγω της λειτουργίας φραγμού της κυτταρικής μεμβράνης, απλά δεν μπορούν να εισέλθουν στο κύτταρο. Για παράδειγμα, με τη βοήθεια της αντίδρασης υπεροξειδίου, η μεμβράνη προστατεύει το κυτταρόπλασμα από υπεροξείδια που είναι επικίνδυνα για αυτό.

Μεταφορά - μια παθητική, ενεργή, ρυθμιζόμενη και επιλεκτική ανταλλαγή περνά μέσα από τη μεμβράνη. Ο παθητικός μεταβολισμός είναι κατάλληλος για λιποδιαλυτές ουσίες και αέρια που αποτελούνται από πολύ μικρά μόρια. Τέτοιες ουσίες διεισδύουν μέσα και έξω από το κύτταρο χωρίς δαπάνη ενέργειας, ελεύθερα, με διάχυση. Η λειτουργία ενεργού μεταφοράς της κυτταρικής μεμβράνης ενεργοποιείται όταν είναι απαραίτητο, αλλά οι ουσίες που είναι δύσκολο να μεταφερθούν πρέπει να μεταφερθούν μέσα ή έξω από το κύτταρο. Για παράδειγμα, εκείνοι με μεγάλο μοριακό μέγεθος ή δεν μπορούν να διασχίσουν το διλιπιδικό στρώμα λόγω υδροφοβικότητας. Τότε αρχίζουν να λειτουργούν οι αντλίες πρωτεΐνης, συμπεριλαμβανομένης της ΑΤΡάσης, η οποία είναι υπεύθυνη για την απορρόφηση των ιόντων καλίου στο κύτταρο και την εκτόξευση ιόντων νατρίου από αυτό. Η ρυθμιζόμενη μεταφορά είναι απαραίτητη για τις λειτουργίες έκκρισης και ζύμωσης, όπως όταν τα κύτταρα παράγουν και εκκρίνουν ορμόνες ή γαστρικό υγρό. Όλες αυτές οι ουσίες φεύγουν από τα κύτταρα μέσω ειδικών καναλιών και σε δεδομένο όγκο. Και η λειτουργία επιλεκτικής μεταφοράς σχετίζεται με τις πολύ ενσωματωμένες πρωτεΐνες που διεισδύουν στη μεμβράνη και χρησιμεύουν ως κανάλι για την είσοδο και την έξοδο αυστηρά καθορισμένων τύπων μορίων.

Matrix - η κυτταρική μεμβράνη καθορίζει και καθορίζει τη θέση των οργανιδίων μεταξύ τους (πυρήνας, μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες) και ρυθμίζει την αλληλεπίδραση μεταξύ τους.

Μηχανική - εξασφαλίζει τον περιορισμό ενός κυττάρου από το άλλο και, ταυτόχρονα, τη σωστή σύνδεση των κυττάρων σε έναν ομοιογενή ιστό και την αντίσταση των οργάνων στην παραμόρφωση.

Προστατευτικό - τόσο στα φυτά όσο και στα ζώα, η κυτταρική μεμβράνη χρησιμεύει ως βάση για την κατασκευή ενός προστατευτικού πλαισίου. Ένα παράδειγμα είναι το σκληρό ξύλο, η πυκνή φλούδα, τα φραγκοσυκιά. Στον κόσμο των ζώων, υπάρχουν επίσης πολλά παραδείγματα της προστατευτικής λειτουργίας των κυτταρικών μεμβρανών - κέλυφος χελώνας, χιτινώδες κέλυφος, οπλές και κέρατα.

Ενέργεια - οι διαδικασίες της φωτοσύνθεσης και κυτταρική αναπνοήθα ήταν αδύνατο χωρίς τη συμμετοχή των πρωτεϊνών της κυτταρικής μεμβράνης, επειδή τα κύτταρα ανταλλάσσουν ενέργεια με τη βοήθεια καναλιών πρωτεΐνης.

Υποδοχέας - οι πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες στην κυτταρική μεμβράνη μπορεί να έχουν μια άλλη σημαντική λειτουργία. Χρησιμεύουν ως υποδοχείς μέσω των οποίων το κύτταρο λαμβάνει ένα σήμα από ορμόνες και νευροδιαβιβαστές. Και αυτό, με τη σειρά του, είναι απαραίτητο για τη διεξαγωγή των νευρικών ερεθισμάτων και την κανονική πορεία των ορμονικών διεργασιών.

Ενζυματική - μια άλλη σημαντική λειτουργία που είναι εγγενής σε ορισμένες πρωτεΐνες των κυτταρικών μεμβρανών. Για παράδειγμα, στο εντερικό επιθήλιο, τα πεπτικά ένζυμα συντίθενται με τη βοήθεια τέτοιων πρωτεϊνών.

Βιοδυναμικό- η συγκέντρωση των ιόντων καλίου μέσα στο κύτταρο είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι έξω και η συγκέντρωση των ιόντων νατρίου, αντίθετα, είναι μεγαλύτερη έξω από ό,τι μέσα. Αυτό εξηγεί τη διαφορά δυναμικού: μέσα στο κύτταρο το φορτίο είναι αρνητικό, έξω είναι θετικό, γεγονός που συμβάλλει στην κίνηση των ουσιών μέσα στο κύτταρο και έξω σε οποιονδήποτε από τους τρεις τύπους μεταβολισμού - φαγοκυττάρωση, πινοκύττωση και εξωκυττάρωση.

Σήμανση - στην επιφάνεια των κυτταρικών μεμβρανών υπάρχουν οι λεγόμενες "ετικέτες" - αντιγόνα που αποτελούνται από γλυκοπρωτεΐνες (πρωτεΐνες με διακλαδισμένες πλευρικές αλυσίδες ολιγοσακχαρίτη συνδεδεμένες σε αυτές). Δεδομένου ότι οι πλευρικές αλυσίδες μπορούν να έχουν μια τεράστια ποικιλία διαμορφώσεων, κάθε τύπος κυττάρου λαμβάνει τη δική του μοναδική ετικέτα που επιτρέπει σε άλλα κύτταρα του σώματος να τις αναγνωρίζουν «βλέποντας» και να ανταποκρίνονται σωστά σε αυτές. Γι' αυτό, για παράδειγμα, τα ανθρώπινα κύτταρα του ανοσοποιητικού, τα μακροφάγα, αναγνωρίζουν εύκολα έναν ξένο που έχει εισέλθει στο σώμα (μόλυνση, ιός) και προσπαθούν να τον καταστρέψουν. Το ίδιο συμβαίνει με τα άρρωστα, μεταλλαγμένα και ηλικιωμένα κύτταρα - η ετικέτα στην κυτταρική τους μεμβράνη αλλάζει και το σώμα απαλλάσσεται από αυτά.

Η κυτταρική ανταλλαγή λαμβάνει χώρα μεταξύ των μεμβρανών και μπορεί να πραγματοποιηθεί μέσω τριών κύριων τύπων αντιδράσεων:

Η φαγοκυττάρωση είναι μια κυτταρική διαδικασία κατά την οποία τα φαγοκυτταρικά κύτταρα που είναι ενσωματωμένα στη μεμβράνη συλλαμβάνουν και αφομοιώνουν στερεά σωματίδια θρεπτικών ουσιών. Στο ανθρώπινο σώμα, η φαγοκυττάρωση πραγματοποιείται από μεμβράνες δύο τύπων κυττάρων: κοκκιοκύτταρα (κοκκώδη λευκοκύτταρα) και μακροφάγα (κύτταρα δολοφονίας του ανοσοποιητικού).

Η πινοκύττωση είναι η διαδικασία σύλληψης υγρών μορίων που έρχονται σε επαφή μαζί του από την επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης. Για τη διατροφή με τον τύπο της πινοκύτωσης, το κύτταρο αναπτύσσει λεπτές χνουδωτές εκφύσεις με τη μορφή κεραιών στη μεμβράνη του, οι οποίες, όπως ήταν, περιβάλλουν μια σταγόνα υγρού και προκύπτει μια φυσαλίδα. Πρώτα, αυτό το κυστίδιο προεξέχει πάνω από την επιφάνεια της μεμβράνης και στη συνέχεια "καταπίνεται" - κρύβεται μέσα στο κύτταρο και τα τοιχώματά του συγχωνεύονται με την εσωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης. Η πινοκύττωση εμφανίζεται σχεδόν σε όλα τα ζωντανά κύτταρα.

Η εξωκυττάρωση είναι μια αντίστροφη διαδικασία κατά την οποία σχηματίζονται κυστίδια με εκκριτικό λειτουργικό υγρό (ένζυμο, ορμόνη) μέσα στο κύτταρο και πρέπει με κάποιο τρόπο να απομακρυνθεί από το κύτταρο στο περιβάλλον. Για να γίνει αυτό, η φυσαλίδα πρώτα συγχωνεύεται με την εσωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης, στη συνέχεια διογκώνεται προς τα έξω, σκάει, διώχνει το περιεχόμενο και συγχωνεύεται ξανά με την επιφάνεια της μεμβράνης, αυτή τη φορά από το εξωτερικό. Η εξωκυττάρωση λαμβάνει χώρα, για παράδειγμα, στα κύτταρα του εντερικού επιθηλίου και του φλοιού των επινεφριδίων.

Οι κυτταρικές μεμβράνες περιέχουν τρεις κατηγορίες λιπιδίων:

Φωσφολιπίδια;

Γλυκολιπίδια;

Χοληστερίνη.

Τα φωσφολιπίδια (συνδυασμός λιπών και φωσφόρου) και γλυκολιπίδια (συνδυασμός λιπών και υδατανθράκων), με τη σειρά τους, αποτελούνται από μια υδρόφιλη κεφαλή, από την οποία εκτείνονται δύο μακριές υδρόφοβες ουρές. Αλλά η χοληστερόλη μερικές φορές καταλαμβάνει το χώρο μεταξύ αυτών των δύο ουρών και δεν τους επιτρέπει να λυγίσουν, γεγονός που κάνει τις μεμβράνες ορισμένων κυττάρων άκαμπτες. Επιπλέον, τα μόρια χοληστερόλης εξορθολογίζουν τη δομή των κυτταρικών μεμβρανών και εμποδίζουν τη μετάβαση των πολικών μορίων από το ένα κύτταρο στο άλλο.

Αλλά το πιο σημαντικό συστατικό, όπως μπορεί να φανεί από την προηγούμενη ενότητα για τις λειτουργίες των κυτταρικών μεμβρανών, είναι οι πρωτεΐνες. Η σύνθεση, ο σκοπός και η θέση τους είναι πολύ διαφορετικές, αλλά υπάρχει κάτι κοινό που τα ενώνει όλα: τα δακτυλιοειδή λιπίδια βρίσκονται πάντα γύρω από τις πρωτεΐνες των κυτταρικών μεμβρανών. Πρόκειται για ειδικά λίπη που είναι σαφώς δομημένα, σταθερά, έχουν περισσότερα κορεσμένα λιπαρά οξέα στη σύνθεσή τους και απελευθερώνονται από τις μεμβράνες μαζί με τις «χορηγούμενες» πρωτεΐνες. Αυτό είναι ένα είδος ατομικού προστατευτικού κελύφους για πρωτεΐνες, χωρίς το οποίο απλά δεν θα λειτουργούσαν.

Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης είναι τριών στρωμάτων. Ένα σχετικά ομοιογενές υγρό διλιπιδικό στρώμα βρίσκεται στη μέση και οι πρωτεΐνες το καλύπτουν και στις δύο πλευρές με ένα είδος μωσαϊκού, που διεισδύει εν μέρει στο πάχος. Δηλαδή, θα ήταν λάθος να πιστεύουμε ότι οι εξωτερικές πρωτεϊνικές στοιβάδες των κυτταρικών μεμβρανών είναι συνεχείς. Οι πρωτεΐνες, εκτός από τις πολύπλοκες λειτουργίες τους, χρειάζονται στη μεμβράνη για να περάσουν μέσα στα κύτταρα και να μεταφέρουν έξω από αυτά τις ουσίες που δεν μπορούν να διεισδύσουν στο στρώμα λίπους. Για παράδειγμα, ιόντα καλίου και νατρίου. Για αυτούς, παρέχονται ειδικές δομές πρωτεΐνης - κανάλια ιόντων, τα οποία θα συζητήσουμε λεπτομερέστερα παρακάτω.

Αν κοιτάξετε την κυτταρική μεμβράνη μέσα από ένα μικροσκόπιο, μπορείτε να δείτε ένα στρώμα λιπιδίων που σχηματίζεται από τα μικρότερα σφαιρικά μόρια, κατά μήκος του οποίου, όπως η θάλασσα, επιπλέουν μεγάλα πρωτεϊνικά κύτταρα διαφόρων σχημάτων. Οι ίδιες ακριβώς μεμβράνες χωρίζουν τον εσωτερικό χώρο κάθε κυττάρου σε διαμερίσματα στα οποία βρίσκονται άνετα ο πυρήνας, οι χλωροπλάστες και τα μιτοχόνδρια. Εάν δεν υπήρχαν ξεχωριστά «δωμάτια» μέσα στο κύτταρο, τα οργανίδια θα κολλούσαν μεταξύ τους και δεν θα μπορούσαν να εκτελέσουν σωστά τις λειτουργίες τους.

Ένα κύτταρο είναι ένα σύνολο οργανιδίων που δομούνται και οριοθετούνται από μεμβράνες, το οποίο εμπλέκεται σε ένα σύμπλεγμα ενεργειακών, μεταβολικών, πληροφοριακών και αναπαραγωγικών διεργασιών που εξασφαλίζουν τη ζωτική δραστηριότητα του οργανισμού.

Όπως φαίνεται από αυτόν τον ορισμό, η μεμβράνη είναι το πιο σημαντικό λειτουργικό συστατικό οποιουδήποτε κυττάρου. Η σημασία του είναι τόσο μεγάλη όσο αυτή του πυρήνα, των μιτοχονδρίων και άλλων κυτταρικών οργανιδίων. ΑΛΛΑ μοναδικές ιδιότητεςΟι μεμβράνες καθορίζονται από τη δομή του: αποτελείται από δύο μεμβράνες κολλημένες μεταξύ τους με ειδικό τρόπο. Τα μόρια των φωσφολιπιδίων στη μεμβράνη βρίσκονται με υδρόφιλες κεφαλές προς τα έξω και υδρόφοβες ουρές προς τα μέσα. Επομένως, η μία πλευρά της μεμβράνης βρέχεται από νερό, ενώ η άλλη όχι. Έτσι, αυτές οι μεμβράνες συνδέονται μεταξύ τους με μη διαβρέξιμες πλευρές προς τα μέσα, σχηματίζοντας ένα διλιπιδικό στρώμα που περιβάλλεται από μόρια πρωτεΐνης. Αυτή είναι η ίδια η δομή «σάντουιτς» της κυτταρικής μεμβράνης.

Κανάλια ιόντων των κυτταρικών μεμβρανών

Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα την αρχή λειτουργίας των διαύλων ιόντων. Σε τι χρειάζονται; Το γεγονός είναι ότι μόνο οι λιποδιαλυτές ουσίες μπορούν να διεισδύσουν ελεύθερα μέσω της λιπιδικής μεμβράνης - αυτά είναι αέρια, αλκοόλες και λίπη. Έτσι, για παράδειγμα, στα ερυθρά αιμοσφαίρια υπάρχει μια συνεχής ανταλλαγή οξυγόνου και διοξείδιο του άνθρακα, και για αυτό το σώμα μας δεν χρειάζεται να καταφύγει σε κανένα επιπλέον κόλπο. Τι γίνεται όμως όταν καθίσταται απαραίτητη η μεταφορά υδατικών διαλυμάτων, όπως τα άλατα νατρίου και καλίου, μέσω της κυτταρικής μεμβράνης;

Θα ήταν αδύνατο να ανοίξει ο δρόμος για τέτοιες ουσίες στο διλιπιδικό στρώμα, αφού οι τρύπες θα σφίγγονταν αμέσως και θα κολλούσαν μεταξύ τους πίσω, τέτοια είναι η δομή οποιουδήποτε λιπώδους ιστού. Όμως η φύση, όπως πάντα, βρήκε διέξοδο από την κατάσταση και δημιούργησε ειδικές δομές μεταφοράς πρωτεϊνών.

Υπάρχουν δύο τύποι αγώγιμων πρωτεϊνών:

Οι μεταφορείς είναι ημι-ενσωματωμένες αντλίες πρωτεΐνης.

Τα κανάλια σχηματιστές είναι αναπόσπαστες πρωτεΐνες.

Οι πρωτεΐνες του πρώτου τύπου βυθίζονται εν μέρει στο διλιπιδικό στρώμα της κυτταρικής μεμβράνης και κοιτάζουν έξω με τα κεφάλια τους και, παρουσία της επιθυμητής ουσίας, αρχίζουν να συμπεριφέρονται σαν αντλία: προσελκύουν το μόριο και το απορροφούν στο κύτταρο. Και οι πρωτεΐνες του δεύτερου τύπου, αναπόσπαστες, έχουν επίμηκες σχήμα και βρίσκονται κάθετα στο διλιπιδικό στρώμα της κυτταρικής μεμβράνης, διαπερνώντας το διαμέσου και διαμέσου. Μέσα από αυτά, όπως και μέσα από σήραγγες, ουσίες που δεν μπορούν να περάσουν μέσα από το λίπος κινούνται μέσα και έξω από το κύτταρο. Είναι μέσω των διαύλων ιόντων που τα ιόντα καλίου διεισδύουν στο κύτταρο και συσσωρεύονται σε αυτό, ενώ τα ιόντα νατρίου, αντίθετα, εξέρχονται. Υπάρχει διαφορά στα ηλεκτρικά δυναμικά, τόσο αναγκαία για την καλή λειτουργία όλων των κυττάρων του σώματός μας.

Τα σημαντικότερα συμπεράσματα για τη δομή και τις λειτουργίες των κυτταρικών μεμβρανών

Η θεωρία φαίνεται πάντα ενδιαφέρουσα και πολλά υποσχόμενη εάν μπορεί να εφαρμοστεί χρήσιμα στην πράξη. Ανακάλυψη της δομής και των λειτουργιών των κυτταρικών μεμβρανών ανθρώπινο σώμαεπέτρεψε στους επιστήμονες να κάνουν μια πραγματική ανακάλυψη στην επιστήμη γενικά και στην ιατρική ειδικότερα. Δεν είναι τυχαίο που αναφερθήκαμε στα κανάλια ιόντων με τόση λεπτομέρεια, γιατί εδώ βρίσκεται η απάντηση σε ένα από τα πιο σημαντικά ερωτήματα της εποχής μας: γιατί οι άνθρωποι αρρωσταίνουν όλο και περισσότερο από ογκολογία;

Ο καρκίνος στοιχίζει περίπου 17 εκατομμύρια ζωές παγκοσμίως κάθε χρόνο και είναι η τέταρτη κύρια αιτία όλων των θανάτων. Σύμφωνα με τον ΠΟΥ, η συχνότητα του καρκίνου αυξάνεται σταθερά και μέχρι το τέλος του 2020 θα μπορούσε να φτάσει τα 25 εκατομμύρια ετησίως.

Τι εξηγεί την πραγματική επιδημία του καρκίνου και τι σχέση έχει η λειτουργία των κυτταρικών μεμβρανών; Θα πείτε: ο λόγος είναι στις κακές περιβαλλοντικές συνθήκες, τον υποσιτισμό, τις κακές συνήθειες και τη σοβαρή κληρονομικότητα. Και, φυσικά, θα έχετε δίκιο, αλλά αν μιλήσουμε για το πρόβλημα με περισσότερες λεπτομέρειες, τότε ο λόγος είναι η οξίνιση του ανθρώπινου σώματος. Οι αρνητικοί παράγοντες που αναφέρονται παραπάνω οδηγούν σε διαταραχή των κυτταρικών μεμβρανών, αναστέλλουν την αναπνοή και τη διατροφή.

Όπου πρέπει να υπάρχει ένα συν, σχηματίζεται ένα μείον και το κύτταρο δεν μπορεί να λειτουργήσει κανονικά. Αλλά τα καρκινικά κύτταρα δεν χρειάζονται ούτε οξυγόνο ούτε αλκαλικό περιβάλλον - είναι σε θέση να χρησιμοποιήσουν έναν αναερόβιο τύπο διατροφής. Επομένως, σε συνθήκες πείνας με οξυγόνο και επίπεδα pH εκτός κλίμακας, τα υγιή κύτταρα μεταλλάσσονται, θέλοντας να προσαρμοστούν στο περιβάλλον και γίνονται καρκινικά κύτταρα. Έτσι παθαίνει ο άνθρωπος καρκίνο. Για να αποφύγετε αυτό, πρέπει απλώς να πίνετε αρκετό καθαρό νερό καθημερινά και να εγκαταλείψετε τις καρκινογόνες ουσίες στα τρόφιμα. Αλλά, κατά κανόνα, οι άνθρωποι γνωρίζουν καλά επιβλαβή προϊόντακαι την ανάγκη για ποιοτικό νερό, και δεν κάνουν τίποτα - ελπίζουν ότι το πρόβλημα θα τους παρακάμψει.

Γνωρίζοντας τα χαρακτηριστικά της δομής και των λειτουργιών των κυτταρικών μεμβρανών διαφορετικών κυττάρων, οι γιατροί μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να παρέχουν στοχευμένα, στοχευμένα θεραπευτικά αποτελέσματα στο σώμα. Πολλά σύγχρονα φάρμακα, μπαίνοντας στον οργανισμό μας, αναζητούν τον κατάλληλο «στόχο», που μπορεί να είναι κανάλια ιόντων, ένζυμα, υποδοχείς και βιοδείκτες των κυτταρικών μεμβρανών. Αυτή η μέθοδος θεραπείας σας επιτρέπει να επιτύχετε καλύτερα αποτελέσματα με ελάχιστες παρενέργειες.

Τα αντιβιοτικά τελευταίας γενιάς, όταν απελευθερώνονται στο αίμα, δεν σκοτώνουν όλα τα κύτταρα στη σειρά, αλλά αναζητούν ακριβώς τα κύτταρα του παθογόνου, εστιάζοντας σε δείκτες στις κυτταρικές του μεμβράνες. Τα νεότερα φάρμακα κατά της ημικρανίας, οι τριπτάνες, συστέλλουν μόνο τα φλεγμονώδη αγγεία του εγκεφάλου, χωρίς σχεδόν καμία επίδραση στην καρδιά και στο περιφερικό κυκλοφορικό σύστημα. Και αναγνωρίζουν τα απαραίτητα αγγεία ακριβώς από τις πρωτεΐνες των κυτταρικών τους μεμβρανών. Υπάρχουν πολλά τέτοια παραδείγματα, οπότε μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι η γνώση σχετικά με τη δομή και τις λειτουργίες των κυτταρικών μεμβρανών αποτελεί τη βάση της ανάπτυξης του σύγχρονου ιατρική επιστήμηκαι σώζει εκατομμύρια ζωές κάθε χρόνο.

Εκπαίδευση:Ιατρικό Ινστιτούτο της Μόσχας. I. M. Sechenov, ειδικότητα - "Ιατρική" το 1991, το 1993 "Επαγγελματικές ασθένειες", το 1996 "Θεραπεία".

κυτταρική μεμβράνηονομάζεται επίσης πλασματική (ή κυτταροπλασματική) μεμβράνη και πλασμαλήμμα. Αυτή η δομή όχι μόνο διαχωρίζει τα εσωτερικά περιεχόμενα του κυττάρου από το εξωτερικό περιβάλλον, αλλά εισέρχεται επίσης στη σύνθεση των περισσότερων κυτταρικών οργανιδίων και του πυρήνα, διαχωρίζοντάς τα με τη σειρά του από το υαλόπλασμα (κυτταρόπλασμα) - το παχύρρευστο-υγρό μέρος του κυτταροπλάσματος. Ας συμφωνήσουμε να καλέσουμε κυτταροπλασματική μεμβράνηένα που διαχωρίζει τα περιεχόμενα του κελιού από το εξωτερικό περιβάλλον. Οι υπόλοιποι όροι αναφέρονται σε όλες τις μεμβράνες.

Η δομή της κυτταρικής μεμβράνης

Η βάση της δομής της κυτταρικής (βιολογικής) μεμβράνης είναι ένα διπλό στρώμα λιπιδίων (λίπη). Ο σχηματισμός ενός τέτοιου στρώματος συνδέεται με τα χαρακτηριστικά των μορίων τους. Τα λιπίδια δεν διαλύονται στο νερό, αλλά συμπυκνώνονται σε αυτό με τον δικό τους τρόπο. Το ένα μέρος ενός μεμονωμένου μορίου λιπιδίου είναι μια πολική κεφαλή (έλκεται από το νερό, δηλ. υδρόφιλο) και το άλλο είναι ένα ζευγάρι μακριών μη πολικών ουρών (αυτό το μέρος του μορίου απωθείται από το νερό, δηλ. υδρόφοβο) . Αυτή η δομή των μορίων τα κάνει να «κρύβουν» την ουρά τους από το νερό και να στρέφουν τα πολικά τους κεφάλια προς το νερό.

Ως αποτέλεσμα, σχηματίζεται μια λιπιδική διπλοστοιβάδα, στην οποία οι μη πολικές ουρές είναι μέσα (η μια απέναντι από την άλλη) και οι πολικές κεφαλές στραμμένες προς τα έξω (προς το εξωτερικό περιβάλλον και το κυτταρόπλασμα). Η επιφάνεια μιας τέτοιας μεμβράνης είναι υδρόφιλη, αλλά στο εσωτερικό της είναι υδρόφοβη.

Στις κυτταρικές μεμβράνες, τα φωσφολιπίδια κυριαρχούν μεταξύ των λιπιδίων (είναι πολύπλοκα λιπίδια). Τα κεφάλια τους περιέχουν ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Εκτός από τα φωσφολιπίδια, υπάρχουν γλυκολιπίδια (λιπίδια + υδατάνθρακες) και χοληστερόλη (ανήκει στις στερόλες). Το τελευταίο προσδίδει στη μεμβράνη ακαμψία, καθώς βρίσκεται στο πάχος της ανάμεσα στις ουρές των υπόλοιπων λιπιδίων (η χοληστερόλη είναι εντελώς υδρόφοβη).

Λόγω της ηλεκτροστατικής αλληλεπίδρασης, ορισμένα μόρια πρωτεΐνης συνδέονται με τις φορτισμένες κεφαλές των λιπιδίων, οι οποίες γίνονται πρωτεΐνες επιφανειακής μεμβράνης. Άλλες πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με μη πολικές ουρές, βυθίζονται εν μέρει στη διπλή στιβάδα ή διεισδύουν μέσα και διαμέσου της.

Έτσι, η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από μια διπλή στιβάδα λιπιδίων, επιφανειακών (περιφερικών), βυθισμένων (ημι-ολοκληρωμένων) και διεισδυτικών (ενσωματωμένων) πρωτεϊνών. Επιπλέον, ορισμένες πρωτεΐνες και λιπίδια στο εξωτερικό της μεμβράνης συνδέονται με αλυσίδες υδατανθράκων.

το ρευστό μωσαϊκό μοντέλο της δομής της μεμβράνηςπαρουσιάστηκε τη δεκαετία του '70 του ΧΧ αιώνα. Πριν από αυτό, υποτέθηκε ένα μοντέλο σάντουιτς της δομής, σύμφωνα με το οποίο η διπλοστοιβάδα λιπιδίων βρίσκεται μέσα και στο εσωτερικό και στο εξωτερικό η μεμβράνη καλύπτεται με συνεχείς στρώσεις επιφανειακών πρωτεϊνών. Ωστόσο, η συσσώρευση πειραματικών δεδομένων διέψευσε αυτή την υπόθεση.

Το πάχος των μεμβρανών σε διαφορετικά κύτταρα είναι περίπου 8 nm. Οι μεμβράνες (ακόμη και διαφορετικές πλευρές του ενός) διαφέρουν μεταξύ τους σε ποσοστό διάφορα είδηλιπίδια, πρωτεΐνες, ενζυματική δραστηριότητα κ.λπ. Ορισμένες μεμβράνες είναι πιο υγρές και πιο διαπερατές, άλλες είναι πιο πυκνές.

Τα σπασίματα στην κυτταρική μεμβράνη συγχωνεύονται εύκολα λόγω των φυσικοχημικών χαρακτηριστικών της λιπιδικής διπλοστοιβάδας. Στο επίπεδο της μεμβράνης κινούνται λιπίδια και πρωτεΐνες (εκτός αν σταθεροποιούνται από τον κυτταροσκελετό).

Λειτουργίες της κυτταρικής μεμβράνης

Οι περισσότερες από τις πρωτεΐνες που βυθίζονται στην κυτταρική μεμβράνη εκτελούν μια ενζυματική λειτουργία (είναι ένζυμα). Συχνά (ειδικά στις μεμβράνες των κυτταρικών οργανιδίων) τα ένζυμα είναι διατεταγμένα σε μια συγκεκριμένη αλληλουχία έτσι ώστε τα προϊόντα αντίδρασης που καταλύονται από το ένα ένζυμο να περνούν στο δεύτερο, μετά στο τρίτο κ.λπ. Σχηματίζεται ένας μεταφορέας που σταθεροποιεί τις επιφανειακές πρωτεΐνες, επειδή δεν αφήστε τα ένζυμα να κολυμπήσουν κατά μήκος της λιπιδικής διπλής στιβάδας.

Η κυτταρική μεμβράνη εκτελεί μια λειτουργία οριοθέτησης (φραγμού) από το περιβάλλον και ταυτόχρονα μια λειτουργία μεταφοράς. Μπορεί να ειπωθεί ότι αυτός είναι ο πιο σημαντικός σκοπός του. Η κυτταροπλασματική μεμβράνη, έχοντας αντοχή και επιλεκτική διαπερατότητα, διατηρεί τη σταθερότητα της εσωτερικής σύνθεσης του κυττάρου (την ομοιόσταση και την ακεραιότητά του).

Στην περίπτωση αυτή γίνεται η μεταφορά ουσιών διαφορετικοί τρόποι. Η μεταφορά κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης περιλαμβάνει τη μετακίνηση ουσιών από μια περιοχή με υψηλότερη συγκέντρωση σε μια περιοχή με χαμηλότερη (διάχυση). Έτσι, για παράδειγμα, τα αέρια διαχέονται (CO 2, O 2).

Υπάρχει επίσης μεταφορά ενάντια στην κλίση συγκέντρωσης, αλλά με τη δαπάνη ενέργειας.

Η μεταφορά είναι παθητική και ελαφριά (όταν τον βοηθά κάποιος μεταφορέας). Η παθητική διάχυση στην κυτταρική μεμβράνη είναι δυνατή για τις λιποδιαλυτές ουσίες.

Υπάρχουν ειδικές πρωτεΐνες που κάνουν τις μεμβράνες διαπερατές από σάκχαρα και άλλες υδατοδιαλυτές ουσίες. Αυτοί οι φορείς συνδέονται με μεταφερόμενα μόρια και τα σέρνουν κατά μήκος της μεμβράνης. Έτσι η γλυκόζη μεταφέρεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια.

Οι εκτεινόμενες πρωτεΐνες, όταν συνδυάζονται, μπορούν να σχηματίσουν έναν πόρο για την κίνηση ορισμένων ουσιών μέσω της μεμβράνης. Τέτοιοι φορείς δεν κινούνται, αλλά σχηματίζουν ένα κανάλι στη μεμβράνη και λειτουργούν παρόμοια με τα ένζυμα, δεσμεύοντας μια συγκεκριμένη ουσία. Η μεταφορά πραγματοποιείται λόγω αλλαγής στη διαμόρφωση της πρωτεΐνης, λόγω της οποίας σχηματίζονται κανάλια στη μεμβράνη. Ένα παράδειγμα είναι η αντλία νατρίου-καλίου.

Η λειτουργία μεταφοράς της ευκαρυωτικής κυτταρικής μεμβράνης πραγματοποιείται επίσης μέσω της ενδοκυττάρωσης (και της εξωκυττάρωσης).Μέσω αυτών των μηχανισμών, μεγάλα μόρια βιοπολυμερών, ακόμη και ολόκληρα κύτταρα, εισέρχονται στο κύτταρο (και έξω από αυτό). Η ενδο- και η εξωκυττάρωση δεν είναι χαρακτηριστικές για όλα τα ευκαρυωτικά κύτταρα (οι προκαρυώτες δεν την έχουν καθόλου). Έτσι, η ενδοκύττωση παρατηρείται σε πρωτόζωα και κατώτερα ασπόνδυλα. στα θηλαστικά, τα λευκοκύτταρα και τα μακροφάγα απορροφούν επιβλαβείς ουσίες και βακτήρια, δηλ. η ενδοκυττάρωση εκτελεί προστατευτική λειτουργία για το σώμα.

Η ενδοκυττάρωση χωρίζεται σε φαγοκυττάρωση(το κυτταρόπλασμα περιβάλλει μεγάλα σωματίδια) και πινοκυττάρωση(σύλληψη σταγονιδίων υγρού με ουσίες διαλυμένες σε αυτό). Ο μηχανισμός αυτών των διεργασιών είναι περίπου ο ίδιος. Οι απορροφούμενες ουσίες στην κυτταρική επιφάνεια περιβάλλονται από μια μεμβράνη. Σχηματίζεται ένα κυστίδιο (φαγοκυτταρικό ή πινοκυτταρικό), το οποίο στη συνέχεια μετακινείται στο κύτταρο.

Η εξωκυττάρωση είναι η απομάκρυνση ουσιών από το κύτταρο μέσω της κυτταροπλασματικής μεμβράνης (ορμόνες, πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, λίπη κ.λπ.). Αυτές οι ουσίες περικλείονται σε κυστίδια μεμβράνης που ταιριάζουν στην κυτταρική μεμβράνη. Και οι δύο μεμβράνες συγχωνεύονται και τα περιεχόμενα βρίσκονται έξω από το κύτταρο.

Η κυτταροπλασματική μεμβράνη εκτελεί μια λειτουργία υποδοχέα.Για να γίνει αυτό, στην εξωτερική του πλευρά υπάρχουν δομές που μπορούν να αναγνωρίσουν ένα χημικό ή φυσικό ερέθισμα. Μερικές από τις πρωτεΐνες που διεισδύουν στο πλάσμα συνδέονται από το εξωτερικό με αλυσίδες πολυσακχαριτών (σχηματίζοντας γλυκοπρωτεΐνες). Αυτοί είναι περίεργοι μοριακοί υποδοχείς που δεσμεύουν τις ορμόνες. Όταν μια συγκεκριμένη ορμόνη δεσμεύεται στον υποδοχέα της, αλλάζει τη δομή της. Αυτό, με τη σειρά του, ενεργοποιεί τον μηχανισμό κυτταρικής απόκρισης. Ταυτόχρονα, τα κανάλια μπορούν να ανοίξουν και ορισμένες ουσίες μπορούν να αρχίσουν να εισέρχονται στο κύτταρο ή να αφαιρούνται από αυτό.

Η λειτουργία των υποδοχέων των κυτταρικών μεμβρανών έχει μελετηθεί καλά με βάση τη δράση της ορμόνης ινσουλίνης. Όταν η ινσουλίνη συνδέεται με τον γλυκοπρωτεϊνικό της υποδοχέα, ενεργοποιείται το καταλυτικό ενδοκυτταρικό τμήμα αυτής της πρωτεΐνης (το ένζυμο αδενυλική κυκλάση). Το ένζυμο συνθέτει κυκλικό AMP από ATP. Ήδη ενεργοποιεί ή αναστέλλει διάφορα ένζυμα του κυτταρικού μεταβολισμού.

Η λειτουργία υποδοχέα της κυτταροπλασματικής μεμβράνης περιλαμβάνει επίσης την αναγνώριση γειτονικών κυττάρων του ίδιου τύπου. Τέτοια κύτταρα συνδέονται μεταξύ τους με διάφορες διακυτταρικές επαφές.

Στους ιστούς, με τη βοήθεια των μεσοκυττάριων επαφών, τα κύτταρα μπορούν να ανταλλάσσουν πληροφορίες μεταξύ τους χρησιμοποιώντας ειδικά συντιθέμενες ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους. Ένα παράδειγμα τέτοιας αλληλεπίδρασης είναι η αναστολή επαφής, όταν τα κύτταρα σταματούν να αναπτύσσονται αφού λάβουν πληροφορίες ότι ο ελεύθερος χώρος είναι κατειλημμένος.

Οι διακυτταρικές επαφές είναι απλές (μεμβράνες διαφορετικών κυττάρων είναι γειτονικές μεταξύ τους), κλείδωμα (εισβολή της μεμβράνης ενός κυττάρου σε άλλο), δεσμοσώματα (όταν οι μεμβράνες συνδέονται με δέσμες εγκάρσιων ινών που διεισδύουν στο κυτταρόπλασμα). Επιπλέον, υπάρχει μια παραλλαγή μεσοκυττάριων επαφών λόγω μεσολαβητών (ενδιάμεσων) - συνάψεων. Σε αυτά, το σήμα μεταδίδεται όχι μόνο χημικά, αλλά και ηλεκτρικά. Οι συνάψεις μεταδίδουν σήματα μεταξύ νευρικών κυττάρων, καθώς και από νεύρο σε μυ.