Funciones de la membrana plasmática. Mecanismos de transporte de sustancias a través del plasmalema. Función receptora del plasmalema. Estructura de la membrana plasmática.

Activo

(con consumo de energía)

Difusión simple

(sin proteínas)

Fuente de energía - ATP

Difusión facilitada

(que involucra proteínas)

Otros tipos de fuentes

A través de un canal en la proteína.

A modo de golpe de estado

proteína con sustancia

Arroz. 4. Clasificación de tipos de transporte de sustancias a través de la membrana.

Mediante transferencia activa, a través de la membrana se mueven iones inorgánicos, aminoácidos y azúcares, y casi todas las sustancias medicinales con moléculas polares: ácido paraaminobenzoico, sulfonamidas, yodo, glucósidos cardíacos, vitaminas B, hormonas corticosteroides, etc.

Para ilustrar claramente el proceso de transferencia de sustancias a través de la membrana, presentamos (con pequeños cambios) la Figura 5 extraída del libro “Biología molecular de la célula” (1983) de B. Alberts y otros científicos considerados líderes en el desarrollo de la teoría

Molécula transportada

Proteína del canal

transportador de proteínas

Electroquímica lipídica

gradiente bicapa

Difusión simple Difusión facilitada

Transporte pasivo Transporte activo

Figura 5. Muchas moléculas pequeñas sin carga pasan libremente a través de la bicapa lipídica. Las moléculas cargadas, las moléculas grandes sin carga y algunas moléculas pequeñas sin carga atraviesan las membranas a través de canales o poros o con la ayuda de proteínas transportadoras específicas. El transporte pasivo siempre se dirige contra el gradiente electroquímico hacia el establecimiento del equilibrio. El transporte activo se produce contra un gradiente electroquímico y requiere gasto de energía.

El transporte transmembrana refleja los principales tipos de transferencia de sustancias a través de la membrana. Cabe señalar que las proteínas implicadas en el transporte transmembrana pertenecen a proteínas integrales y suelen estar representadas por una proteína compleja.

La transferencia de moléculas de proteínas de alto peso molecular y otras moléculas grandes a través de la membrana hacia la célula se lleva a cabo mediante endocitosis (pinocitosis, fagocitosis y endocitosis) y desde la célula mediante exocitosis. En todos los casos, estos procesos se diferencian de los anteriores en que la sustancia transportada (partícula, agua, microorganismos, etc.) primero se envasa en una membrana y de esta forma se transfiere a la célula o se libera de la célula. El proceso de empaquetamiento puede ocurrir tanto en la superficie de la membrana plasmática como en el interior de la célula.

b. Transferencia de información a través de la membrana plasmática.

Además de las proteínas implicadas en la transferencia de sustancias a través de la membrana, se han identificado complejos complejos de varias proteínas. Separados espacialmente, están unidos por una función finita. Los conjuntos de proteínas complejos incluyen un complejo de proteínas responsables de la producción de una sustancia biológicamente activa muy poderosa en la célula: AMPc (monofosfato de adenosina cíclico). Este conjunto de proteínas contiene proteínas tanto de superficie como integrales. Por ejemplo, en la superficie interna de la membrana hay una proteína de superficie llamada proteína G. Esta proteína mantiene la relación entre dos proteínas integrales adyacentes: una proteína llamada receptor de adrenalina y una proteína enzimática, la adenilato ciclasa. El receptor adrenérgico puede conectarse con la adrenalina, que ingresa al espacio intercelular desde la sangre y se excita. Esta excitación es transmitida por la proteína G a la adenilato ciclasa, una enzima capaz de producir el principio activo, el AMPc. Este último ingresa al citoplasma de la célula y activa una variedad de enzimas en él. Por ejemplo, se activa una enzima que descompone el glucógeno en glucosa. La formación de glucosa conduce a un aumento de la actividad mitocondrial y a un aumento de la síntesis de ATP, que ingresa a todos los compartimentos celulares como portador de energía, potenciando el trabajo de las bombas de membrana de lisosomas, sodio-potasio y calcio, ribosomas, etc. En última instancia, aumenta la actividad vital de casi todos los órganos, especialmente los músculos. Este ejemplo, aunque muy simplificado, muestra cómo la actividad de la membrana está relacionada con el trabajo de otros elementos de la célula. En el nivel cotidiano, este complejo esquema parece bastante simple. Imagínese que un perro ataca repentinamente a una persona. El sentimiento de miedo resultante conduce a la liberación de adrenalina en la sangre. Este último se une a los receptores adrenérgicos de la membrana plasmática, cambiando así la estructura química del receptor. Esto, a su vez, provoca un cambio en la estructura de la proteína G. La proteína G alterada se vuelve capaz de activar la adenilato ciclasa, lo que mejora la producción de AMPc. Este último estimula la formación de glucosa a partir de glucógeno. Como resultado, se mejora la síntesis de la molécula de ATP, que consume mucha energía. La mayor formación de energía en los músculos de una persona conduce a una reacción rápida y fuerte al ataque del perro (huida, defensa, lucha, etc.).

MEMBRANA PLASMATICA - (plasmalema de membrana celular), una membrana biológica que rodea el protoplasma de las células vegetales y animales. Participa en la regulación del metabolismo entre la célula y su entorno.

La membrana celular (también citolema, plasmalema o membrana plasmática) es una estructura molecular elástica formada por proteínas y lípidos. La pared celular, si la célula tiene una (normalmente las células vegetales la tienen), cubre la membrana celular. La membrana celular es una doble capa (bicapa) de moléculas de la clase de los lípidos, la mayoría de las cuales son los llamados lípidos complejos: fosfolípidos. Las moléculas de lípidos tienen una parte hidrófila (“cabeza”) y otra hidrofóbica (“cola”). Cuando se forman membranas, las regiones hidrófobas de las moléculas se vuelven hacia adentro y las regiones hidrófilas hacia afuera.

Estructura de la membrana celular

Algunas excepciones son, quizás, las arqueas, cuyas membranas están formadas por glicerol y alcoholes terpenoides. Algunas proteínas son los puntos de contacto entre la membrana celular y el citoesqueleto en el interior de la célula, y la pared celular (si la hay) en el exterior.

Vea qué es "membrana plasmática" en otros diccionarios:

Los experimentos con películas de bilípidos artificiales han demostrado que tienen una tensión superficial elevada, mucho mayor que la de las membranas celulares. J. Robertson formuló la teoría de la membrana biológica unitaria en 1960, que postulaba una estructura de tres capas de todas las membranas celulares.

Según este modelo, las proteínas de la membrana no forman una capa continua en la superficie, sino que se dividen en integrales, semiintegrales y periféricas. Por ejemplo, la membrana del peroxisoma protege el citoplasma de los peróxidos que son peligrosos para la célula. Permeabilidad selectiva significa que la permeabilidad de la membrana a diferentes átomos o moléculas depende de su tamaño, carga eléctrica y propiedades químicas.

Una variante de este mecanismo es la difusión facilitada, en la que una molécula específica ayuda a una sustancia a atravesar la membrana. Por ejemplo, las hormonas que circulan en la sangre actúan únicamente sobre las células diana que tienen receptores correspondientes a estas hormonas. Neurotransmisores ( sustancias químicas, asegurando la conducción de los impulsos nerviosos) también se unen a proteínas receptoras especiales de las células diana.

Con la ayuda de marcadores, las células pueden reconocer otras células y actuar en conjunto con ellas, por ejemplo, en la formación de órganos y tejidos. Las membranas están compuestas por tres clases de lípidos: fosfolípidos, glicolípidos y colesterol.

El colesterol aporta rigidez a la membrana ocupando el espacio libre entre las colas hidrófobas de los lípidos y evitando que se doblen. Por tanto, las membranas con un contenido bajo en colesterol son más flexibles, y aquellas con un contenido alto en colesterol son más rígidas y frágiles. El colesterol también sirve como un "tapón" que impide el movimiento de moléculas polares desde la célula hacia el interior de la célula. Una parte importante de la membrana está formada por proteínas que la penetran y son responsables de las diversas propiedades de las membranas.

Características del metabolismo en la membrana.

Junto a las proteínas se encuentran los lípidos anulares: están más ordenados, menos móviles, contienen más ácidos grasos saturados y se liberan de la membrana junto con la proteína. Sin lípidos anulares, las proteínas de membrana no funcionan. La permeabilidad selectiva de la membrana durante el transporte pasivo se debe a canales especiales: proteínas integrales. Penetran la membrana, formando una especie de pasaje.

En relación con el gradiente de concentración, las moléculas de estos elementos entran y salen de la célula. Cuando se irritan, los canales iónicos de sodio se abren y los iones de sodio ingresan repentinamente a la célula. No sólo sirve como barrera mecánica, sino que, lo más importante, limita el libre flujo bidireccional de sustancias de bajo y alto peso molecular dentro y fuera de la célula. Además, la membrana plasmática actúa como una estructura que "reconoce" diversas sustancias químicas y regula el transporte selectivo de estas sustancias al interior de la célula.

La estabilidad mecánica de la membrana plasmática está determinada no sólo por las propiedades de la propia membrana, sino también por las propiedades del glucocáliz adyacente y de la capa cortical del citoplasma. Superficie externa La membrana plasmática está cubierta por una capa fibrosa suelta de una sustancia de 3 a 4 nm de espesor: el glicocálix.

En este caso, algunas proteínas de transporte de membrana forman complejos moleculares, canales por los que los iones atraviesan la membrana por simple difusión. En otros casos, proteínas especiales de transporte de membrana se unen selectivamente a uno u otro ion y lo transportan a través de la membrana.

MEMBRANA PLASMATICA: la capa externa del citoplasma celular de consistencia más densa. Las uniones de anclaje, o contactos, no sólo conectan las membranas plasmáticas de las células vecinas, sino que también se comunican con los elementos fibrilares del citoesqueleto. Por ejemplo, las membranas plasmáticas de las células epiteliales intestinales contienen enzimas digestivas.

1. Barrera- Proporciona un metabolismo regulado, selectivo, pasivo y activo con el medio ambiente.

Las membranas celulares tienen permeabilidad selectiva: la glucosa, los aminoácidos, los ácidos grasos, el glicerol y los iones se difunden lentamente a través de ellos, las propias membranas regulan activamente este proceso: algunas sustancias pasan, pero otras no.

2. Transporte- El transporte de sustancias dentro y fuera de la célula se produce a través de la membrana. El transporte a través de membranas asegura: entrega de nutrientes, eliminación de productos metabólicos finales, secreción de diversas sustancias, creación de gradientes iónicos, mantenimiento del pH adecuado y de la concentración iónica en la célula, que son necesarios para el funcionamiento de las enzimas celulares.

Existen cuatro mecanismos principales para la entrada de sustancias a la célula o su eliminación de la célula al exterior:

a) Pasivo (difusión, ósmosis) (no requiere energía)

Difusión

La distribución de moléculas o átomos de una sustancia entre las moléculas o átomos de otra, dando lugar a una igualación espontánea de sus concentraciones en todo el volumen ocupado. En algunas situaciones, una de las sustancias ya tiene una concentración igualada y se habla de difusión de una sustancia en otra. En este caso, la sustancia se transfiere desde un área de alta concentración a un área de baja concentración (a lo largo del vector gradiente de concentración (Figura 2.4).

Arroz. 2.4. Diagrama del proceso de difusión.

Ósmosis

El proceso de difusión unidireccional de moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable hacia una mayor concentración de soluto desde un volumen con una menor concentración de soluto. (Figura 2.5).

Arroz. 2.5. Diagrama del proceso de ósmosis.

b) Transporte activo (requiere gasto energético)

Bomba de sodio-potasio- un mecanismo de transporte transmembrana acoplado activo de iones de sodio (fuera de la célula) e iones de potasio (dentro de la célula), que proporciona un gradiente de concentración y una diferencia de potencial transmembrana. Este último sirve como base para muchas funciones de células y órganos: secreción de células glandulares, contracción muscular, conducción de impulsos nerviosos, etc. (Figura 2.6).

Arroz. 2.6. Esquema de funcionamiento de la bomba potasio-sodio.

En la primera etapa, la enzima Na+/K+-ATPasa une tres iones Na+ al lado interno de la membrana. Estos iones cambian la conformación del centro activo de la ATPasa. Después de esto, la enzima puede hidrolizar una molécula de ATP. La energía liberada después de la hidrólisis se gasta en cambiar la conformación del portador, por lo que aparecen tres iones Na + y un ion PO 4 3− (fosfato) en el lado exterior de la membrana. Aquí, los iones Na+ se separan y PO 4 3− se reemplaza por dos iones K+. Después de esto, la enzima vuelve a su conformación original y aparecen iones K+ en adentro membranas. Aquí se separan los iones K+ y el transportador vuelve a estar listo para funcionar.

Como resultado, se crea una alta concentración de iones Na + en el entorno extracelular y una alta concentración de K + dentro de la célula. Esta diferencia de concentración se utiliza en las células cuando conducen un impulso nervioso.

c) Endocitosis (fagocitosis, pinocitosis)

fagocitosis(comer por una célula) es el proceso de absorción por parte de una célula de objetos sólidos, como células eucariotas, bacterias, virus, restos de células muertas, etc. Se forma una gran vacuola intracelular (fagosoma) alrededor del objeto absorbido. El tamaño de los fagosomas es de 250 nm y más. Por fusión del fagosoma con el lisosoma primario, se forma un lisosoma secundario. En un ambiente ácido, las enzimas hidrolíticas descomponen las macromoléculas atrapadas en el lisosoma secundario. Los productos de degradación (aminoácidos, monosacáridos y otras sustancias útiles) se transportan a través de la membrana lisosomal al citoplasma celular. La fagocitosis está muy extendida. En animales y humanos altamente organizados, el proceso de fagocitosis desempeña un papel protector. La actividad fagocítica de los leucocitos y macrófagos es de gran importancia para proteger al cuerpo de la entrada de microbios patógenos y otras partículas no deseadas. La fagocitosis fue descrita por primera vez por el científico ruso I. I. Mechnikov. (Figura 2.7)

Pinocitosis(beber por una célula) es el proceso de absorción por parte de una célula de una fase líquida del medio ambiente que contiene sustancias solubles, incluidas moléculas grandes (proteínas, polisacáridos, etc.). Durante la pinocitosis, pequeñas vesículas llamadas endosomas se liberan desde la membrana hacia la célula. Son más pequeños que los fagosomas (su tamaño es de hasta 150 nm) y normalmente no contienen partículas grandes. Después de la formación del endosoma, el lisosoma primario se acerca a él y estas dos vesículas de membrana se fusionan. El orgánulo resultante se llama lisosoma secundario. El proceso de pinocitosis lo llevan a cabo constantemente todas las células eucariotas. (Figura 7)

Endocitosis mediada por receptores - activo proceso específico, en el que la membrana celular sobresale dentro de la célula, formando hoyos bordeados. El lado intracelular de la fosa delimitada contiene un conjunto de proteínas adaptativas. Las macromoléculas que se unen a receptores específicos de la superficie celular pasan hacia el interior a un ritmo mucho mayor que las sustancias que entran en las células mediante pinocitosis.

Arroz. 2.7. Endocitosis

d) Exocitosis (fagocitosis negativa y pinocitosis)

Un proceso celular en el que las vesículas intracelulares (vesículas de membrana) se fusionan con la membrana celular externa. Durante la exocitosis, el contenido de las vesículas secretoras (vesículas de exocitosis) se libera y su membrana se fusiona con la membrana celular. Casi todos los compuestos macromoleculares (proteínas, hormonas peptídicas, etc.) se liberan de la célula de esta forma. (Figura 2.8)

Arroz. 2.8. Esquema de exocitosis

3. Generación y conducción de biopotenciales.- con la ayuda de la membrana se mantiene una concentración constante de iones en la célula: la concentración del ion K+ dentro de la célula es mucho mayor que en el exterior, y la concentración de Na+ es mucho menor, lo cual es muy importante, ya que esto asegura el mantenimiento de la diferencia de potencial en la membrana y la generación de un impulso nervioso.

4. Mecánico- asegura la autonomía de la célula, sus estructuras intracelulares, así como la conexión con otras células (en los tejidos).

5. Energía- durante la fotosíntesis en los cloroplastos y la respiración celular en las mitocondrias, operan sistemas de transferencia de energía en sus membranas, en los que también participan las proteínas;

6. Receptor- algunas proteínas ubicadas en la membrana son receptores (moléculas con cuya ayuda la célula percibe determinadas señales).

7. enzimático- Las proteínas de membrana suelen ser enzimas. Por ejemplo, las membranas plasmáticas de las células epiteliales intestinales contienen enzimas digestivas.

8. Matriz- asegura una cierta posición relativa y orientación de las proteínas de membrana, su interacción óptima;

9. Marcado de celdas- hay antígenos en la membrana que actúan como marcadores - "etiquetas" que permiten identificar la célula. Se trata de glicoproteínas (es decir, proteínas con cadenas laterales de oligosacáridos ramificadas unidas a ellas) que desempeñan el papel de "antenas". Con la ayuda de marcadores, las células pueden reconocer otras células y actuar en conjunto con ellas, por ejemplo, en la formación de órganos y tejidos. Esto también permite que el sistema inmunológico reconozca antígenos extraños.

Inclusiones celulares

Las inclusiones celulares incluyen carbohidratos, grasas y proteínas. Todas estas sustancias se acumulan en el citoplasma de la célula en forma de gotas y granos de diversos tamaños y formas. Se sintetizan periódicamente en la célula y se utilizan en el proceso metabólico.

Citoplasma

Es parte de una célula viva (protoplasto) sin membrana plasmática ni núcleo. La composición del citoplasma incluye: matriz citoplasmática, citoesqueleto, orgánulos e inclusiones (a veces las inclusiones y el contenido de las vacuolas no se consideran la sustancia viva del citoplasma). Demarcado de ambiente externo Membrana plasmática, el citoplasma es el entorno interno semilíquido de las células. El citoplasma de las células eucariotas contiene el núcleo y varios orgánulos. También contiene varias inclusiones: productos de la actividad celular, vacuolas, así como pequeños tubos y filamentos que forman el esqueleto de la célula. Las proteínas predominan en la composición de la sustancia principal del citoplasma.

Funciones del citoplasma

1) en él tienen lugar los principales procesos metabólicos.

2) une el núcleo y todos los orgánulos en un todo, asegura su interacción.

3) movilidad, irritabilidad, metabolismo y reproducción.

La movilidad se manifiesta en diversas formas:

Movimiento intracelular del citoplasma celular.

Movimiento ameboide. Esta forma de movimiento se expresa en la formación de pseudópodos por parte del citoplasma hacia o alejándose de un estímulo particular. Esta forma de movimiento es inherente a las amebas, los leucocitos sanguíneos y también a algunas células de los tejidos.

Movimiento parpadeante. Aparece en forma de latidos de pequeñas excrecencias protoplásmicas: cilios y flagelos (ciliados, células epiteliales de animales multicelulares, espermatozoides, etc.).

Movimiento contractivo. Está garantizado por la presencia en el citoplasma de un orgánulo especial de miofibrillas, cuyo acortamiento o alargamiento contribuye a la contracción y relajación de la célula. La capacidad de contraerse está más desarrollada en las células musculares.

La irritabilidad se expresa en la capacidad de las células para responder a la irritación cambiando el metabolismo y la energía.

citoesqueleto

Una de las características distintivas de una célula eucariota es la presencia en su citoplasma de formaciones esqueléticas en forma de microtúbulos y haces de fibras proteicas. Los elementos citoesqueléticos, estrechamente asociados con la membrana citoplasmática externa y la envoltura nuclear, forman tejidos complejos en el citoplasma.

El citoesqueleto está formado por microtúbulos, microfilamentos y el sistema microtrabecular. El citoesqueleto determina la forma de la célula, participa en los movimientos celulares, la división y el movimiento de la propia célula y en el transporte intracelular de orgánulos.

microtúbulos Se encuentran en todas las células eucariotas y son cilindros huecos y no ramificados, cuyo diámetro no supera los 30 nm y el espesor de la pared es de 5 nm. Pueden alcanzar varios micrómetros de longitud. Se desintegra y vuelve a montar fácilmente. La pared de los microtúbulos está compuesta principalmente por subunidades helicoidales de la proteína tubulina. (Figura 2.09)

Funciones de los microtúbulos.:

1) realizar una función de apoyo;

2) formar un huso; asegurar la divergencia de los cromosomas hacia los polos de la célula; responsable del movimiento de los orgánulos celulares;

3) participar en el transporte intracelular, la secreción y la formación de la pared celular;

4) son componente estructural cilios, flagelos, cuerpos basales y centríolos.

Microfilamentos están representados por filamentos con un diámetro de 6 nm, que consisten en proteína actina, cercana a la actina muscular. La actina constituye entre el 10 y el 15% de la proteína celular total. En la mayoría de las células animales, se forma una densa red de filamentos de actina y proteínas asociadas justo debajo de la membrana plasmática.

Además de la actina, en la célula también se encuentran filamentos de miosina. Sin embargo, su número es mucho menor. La interacción entre actina y miosina provoca la contracción muscular. Los microfilamentos están asociados con el movimiento de toda la célula o de sus estructuras individuales dentro de ella. En algunos casos, el movimiento lo proporcionan únicamente los filamentos de actina, en otros, la actina junto con la miosina.

Funciones de los microfilamentos

1) resistencia mecánica

2) permite que la célula cambie de forma y se mueva.

Arroz. 2.09. citoesqueleto

Organelos (u orgánulos)

Están divididos en sin membrana, monomembrana y doble membrana.

A organelos no membranarios Las células eucariotas incluyen orgánulos que no tienen su propia membrana cerrada, a saber: ribosomas y orgánulos construidos sobre la base de microtúbulos de tubulina - centro celular (centriolos) Y Organelos de movimiento (flagelos y cilios). En las células de la mayoría de los organismos unicelulares y en la gran mayoría de las plantas superiores (terrestres), los centriolos están ausentes.

A organelos de una sola membrana relatar: retículo endoplásmico, Aparato de Golgi, lisosomas, peroxisomas, esferosomas, vacuolas y algunos otros. Todos los orgánulos de una sola membrana están interconectados en un sistema unicelular. Las células vegetales tienen lisosomas especiales, las células animales tienen vacuolas especiales: digestivas, excretoras, contráctiles, fagocíticas, autofagocíticas, etc.

A organelos de doble membrana relatar mitocondrias y plastidios.

Organelos no membranarios

A) Ribosomas- orgánulos que se encuentran en las células de todos los organismos. Se trata de pequeños orgánulos, representados por partículas globulares con un diámetro de unos 20 nm. Los ribosomas constan de dos subunidades de tamaño desigual: grande y pequeña. Los ribosomas contienen proteínas y ARN ribosomal (ARNr). Hay dos tipos principales de ribosomas: eucariotas (80S) y procariotas (70S).

Dependiendo de la ubicación en la célula, hay ribosomas libres ubicados en el citoplasma que sintetizan proteínas y ribosomas adjuntos, ribosomas conectados por subunidades grandes a la superficie externa de las membranas del RE, que sintetizan proteínas que ingresan al complejo de Golgi y luego son secretadas por el celúla. Durante la biosíntesis de proteínas, los ribosomas se pueden combinar en complejos: polirribosomas (polisomas).

Los ribosomas eucariotas se forman en el nucleolo. Primero, los ARNr se sintetizan en el ADN nucleolar, que luego se cubre con proteínas ribosómicas provenientes del citoplasma, se escinden al tamaño requerido y forman subunidades ribosómicas. No hay ribosomas completamente formados en el núcleo. La combinación de subunidades en un ribosoma completo ocurre en el citoplasma, generalmente durante la biosíntesis de proteínas.

Los ribosomas se encuentran en las células de todos los organismos. Cada uno consta de dos partículas, pequeñas y grandes. Los ribosomas contienen proteínas y ARN.

Funciones

síntesis de proteínas.

Las proteínas sintetizadas primero se acumulan en los canales y cavidades del retículo endoplásmico y luego se transportan a orgánulos y regiones celulares. Los EPS y los ribosomas ubicados en sus membranas representan un único aparato para la biosíntesis y el transporte de proteínas. (Figuras 2.10-2.11).

Arroz. 2.10. estructura ribosoma

Arroz. 2.11. Estructura de los ribosomas

B) Centro celular (centríolos)

El centríolo es un cilindro (0,3 µm de largo y 0,1 µm de diámetro), cuya pared está formada por nueve grupos de tres microtúbulos fusionados (9 tripletes), interconectados a determinados intervalos mediante enlaces cruzados. A menudo, los centriolos se combinan en pares donde se ubican en ángulo recto entre sí. Si el centriolo se encuentra en la base del cilio o flagelo, entonces se llama cuerpo basal.

Casi todas las células animales tienen un par de centriolos, que son el elemento intermedio del centro celular.

Antes de la división, los centríolos divergen hacia polos opuestos y aparece un centríolo hijo cerca de cada uno de ellos. A partir de centriolos ubicados en diferentes polos de la célula, se forman microtúbulos que crecen uno hacia el otro.

Funciones

1) formar un huso mitótico, facilitando la distribución uniforme del material genético entre las células hijas,

2) son el centro de organización del citoesqueleto. Algunos de los hilos del huso están unidos a los cromosomas.

Los centríolos son orgánulos autorreplicantes del citoplasma. Surgen como resultado de la duplicación de los existentes. Esto ocurre cuando los centríolos se separan. El centríolo inmaduro contiene 9 microtúbulos individuales; Al parecer, cada microtúbulo es una plantilla para el ensamblaje de tripletes característicos de un centríolo maduro. (Figura 2.12).

Los cetriolos se encuentran en las células de las plantas inferiores (algas).

Arroz. 2.12. Centriolos del centro celular.

Organelos de membrana única

D) Retículo endoplásmico (RE)

Toda la zona interna del citoplasma está llena de numerosos pequeños canales y cavidades, cuyas paredes son membranas de estructura similar a la membrana plasmática. Estos canales se ramifican, se conectan entre sí y forman una red llamada retículo endoplásmico. El retículo endoplasmático es heterogéneo en su estructura. Hay dos tipos conocidos: granular Y liso.

En las membranas de los canales y cavidades de la red granular hay muchos pequeños cuerpos redondos. ribosomas, que dan a las membranas un aspecto rugoso. Las membranas del retículo endoplasmático liso no llevan ribosomas en su superficie. EPS realiza muchas funciones diferentes.

Funciones

La función principal del retículo endoplasmático granular es la participación en la síntesis de proteínas, que ocurre en los ribosomas. La síntesis de lípidos y carbohidratos se produce en las membranas del retículo endoplásmico liso. Todos estos productos de síntesis se acumulan en canales y cavidades, y luego son transportados a diversos orgánulos de la célula, donde se consumen o se acumulan en el citoplasma como inclusiones celulares. EPS conecta los principales orgánulos de la célula entre sí. (Figura 2.13).

Arroz. 2.13. La estructura del retículo endoplásmico (RE) o retículo.

d) aparato de Golgi

La estructura de este orgánulo es similar en las células de organismos vegetales y animales, a pesar de la diversidad de formas. Realiza muchas funciones importantes.

Organelo de membrana única. Son pilas de “cisternas” aplanadas con bordes expandidos, a las que se asocia un sistema de pequeñas vesículas monomembrana (vesículas de Golgi). Las vesículas de Golgi se concentran principalmente en el lado adyacente al RE y a lo largo de la periferia de los pilas. Se cree que transfieren proteínas y lípidos al aparato de Golgi, cuyas moléculas, al pasar de un tanque a otro, sufren modificaciones químicas.

Todas estas sustancias primero se acumulan, se vuelven químicamente complejas y luego ingresan al citoplasma en forma de burbujas grandes y pequeñas y se usan en la propia célula durante su vida o se eliminan de ella y se usan en el cuerpo. (Figuras 2.14-2.15).

Arroz. 2.14. Estructura del aparato de Golgi

Funciones:

Modificación y acumulación de proteínas, lípidos, carbohidratos;

Envasado de sustancias orgánicas entrantes en burbujas de membrana (vesículas);

Lugar de formación de lisosomas;

Función secretora, por lo que el aparato de Golgi está bien desarrollado en las células secretoras.

Arroz. 2.15. complejo de Golgi

E) Lisosomas

Son cuerpos pequeños y redondos. Dentro del lisosoma hay enzimas que descomponen proteínas, grasas, carbohidratos y ácidos nucleicos. Los lisosomas se acercan a una partícula de alimento que ha ingresado al citoplasma, se fusionan con él y se forma una vacuola digestiva, dentro de la cual hay una partícula de alimento rodeada de enzimas lisosómicas.

Las enzimas lisosómicas se sintetizan en el RE rugoso y se trasladan al aparato de Golgi, donde se modifican y empaquetan en vesículas de membrana de los lisosomas. Un lisosoma puede contener de 20 a 60 varios tipos enzimas hidrolíticas. La degradación de sustancias mediante enzimas se llama lisis.

Hay lisosomas primarios y secundarios. Los lisosomas primarios son aquellos que brotan del aparato de Golgi.

Los secundarios se denominan lisosomas y se forman como resultado de la fusión de lisosomas primarios con vacuolas endocíticas. En este caso, digieren sustancias que ingresan a la célula mediante fagocitosis o pinocitosis, por lo que pueden denominarse vacuolas digestivas.

Funciones de los lisosomas:

1) digestión de sustancias o partículas capturadas por la célula durante la endocitosis (bacterias, otras células),

2) autofagia: destrucción de estructuras innecesarias para la célula, por ejemplo, durante la sustitución de orgánulos viejos por otros nuevos o la digestión de proteínas y otras sustancias producidas dentro de la propia célula.

3) autólisis: autodigestión de una célula que conduce a su muerte (a veces este proceso no es patológico, pero acompaña el desarrollo del organismo o la diferenciación de algunas células especializadas) (Figuras 2.16-2.17).

Ejemplo: Cuando un renacuajo se transforma en rana, los lisosomas ubicados en las células de la cola lo digieren: la cola desaparece y las sustancias formadas durante este proceso son absorbidas y utilizadas por otras células del cuerpo.

Arroz. 2.16. formación de lisosomas

Arroz. 2.17. Funcionamiento de los lisosomas

G) Peroxisomas

Organelos de estructura similar a los lisosomas, vesículas de hasta 1,5 micrones de diámetro con una matriz homogénea que contiene alrededor de 50 enzimas.

La catalasa provoca la degradación del peróxido de hidrógeno 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 y previene la peroxidación lipídica.

Los peroxisomas se forman por gemación de otros previamente existentes, es decir. Pertenecen a orgánulos autorreplicantes, a pesar de que no contienen ADN. Crecen debido a la ingesta de enzimas; las enzimas peroxisomales se forman en el RE rugoso y en el hialoplasma. (Figura 2.18).

Arroz. 2.18. Peroxisoma (nucleoide cristalino en el centro)

H) Vacuolas

Orgánulos monomembrana. Las vacuolas son "recipientes" llenos de soluciones acuosas de sustancias orgánicas e inorgánicas. El RE y el aparato de Golgi participan en la formación de vacuolas.

Las células vegetales jóvenes contienen muchas vacuolas pequeñas que luego, a medida que las células crecen y se diferencian, se fusionan entre sí y forman una gran vacuola central.

La vacuola central puede ocupar hasta el 95% del volumen de una célula madura; el núcleo y los orgánulos son empujados hacia la membrana celular. La membrana que une la vacuola vegetal se llama tonoplasto.

El líquido que llena la vacuola de la planta se llama savia celular. La savia celular contiene compuestos orgánicos y solubles en agua. sales inorgánicas, monosacáridos, disacáridos, aminoácidos, productos metabólicos finales o tóxicos (glucósidos, alcaloides), algunos pigmentos (antocianinas).

Los azúcares y las proteínas suelen almacenarse a partir de sustancias orgánicas. Los azúcares suelen estar en forma de soluciones, las proteínas entran en forma de vesículas del RE y del aparato de Golgi, tras lo cual las vacuolas se deshidratan y se convierten en granos de aleurona.

Las células animales contienen pequeñas vacuolas digestivas y autofágicas, que pertenecen al grupo de los lisosomas secundarios y contienen enzimas hidrolíticas. Los animales unicelulares también tienen vacuolas contráctiles que realizan la función de osmorregulación y excreción.

Funciones

en plantas

1) acumulación de líquido y mantenimiento de la turgencia,

2) acumulación de nutrientes de reserva y sales minerales,

3) colorear flores y frutos y atraer así a polinizadores y distribuidores de frutos y semillas.

En animales:

4) vacuolas digestivas: destruyen macromoléculas orgánicas;

5) las vacuolas contráctiles regulan la presión osmótica de la célula y eliminan sustancias innecesarias de la célula

6) las vacuolas fagocíticas se forman durante la fagocitosis de antígenos por parte de células inmunes

7) las vacuolas autofagocíticas se forman durante la fagocitosis de sus propios tejidos por parte de las células inmunes

Organelos de doble membrana (mitocondrias y plastidios)

Estos orgánulos son semiautónomos porque tienen su propio ADN y su propio aparato de síntesis de proteínas. Las mitocondrias se encuentran en casi todas las células eucariotas. Los plastidios se encuentran únicamente en las células vegetales.

yo) mitocondrias

Son orgánulos que suministran energía a los procesos metabólicos de la célula. En el hialoplasma, las mitocondrias suelen estar distribuidas de forma difusa, pero en las células especializadas se concentran en aquellas zonas donde existe mayor necesidad de energía. Por ejemplo, en las células musculares, una gran cantidad de mitocondrias se concentran a lo largo de las fibrillas contráctiles, a lo largo del flagelo del espermatozoide, en el epitelio de los túbulos renales, en la zona de las sinapsis, etc. Esta disposición de las mitocondrias asegura una menor pérdida de ATP. durante su difusión.

La membrana externa separa la mitocondria del citoplasma, está cerrada sobre sí misma y no forma invaginaciones. La membrana interna limita el contenido interno de las mitocondrias: la matriz. Característica– la formación de numerosas invaginaciones – crestas, por lo que aumenta el área de las membranas internas. El número y grado de desarrollo de las crestas depende de actividad funcional telas. Las mitocondrias tienen su propio material genético. (Figura 2.19).

El ADN mitocondrial es una molécula bicatenaria circular cerrada; en las células humanas tiene un tamaño de 16.569 pares de nucleótidos, aproximadamente 105 veces más pequeño que el ADN localizado en el núcleo. Las mitocondrias tienen su propio sistema de síntesis de proteínas, pero la cantidad de proteínas traducidas a partir del ARNm mitocondrial es limitada. El ADN mitocondrial no puede codificar todas las proteínas mitocondriales. La mayoría de las proteínas mitocondriales están bajo el control genético del núcleo.

Arroz. 2.19. La estructura de las mitocondrias.

Funciones de las mitocondrias

1) formación de ATP

2) síntesis de proteínas

3) participación en síntesis específicas, por ejemplo, la síntesis de hormonas esteroides (glándulas suprarrenales)

4) las mitocondrias gastadas también pueden acumular productos de excreción y sustancias nocivas, es decir, Capaz de asumir las funciones de otros orgánulos celulares.

K) Plástidos

plastidios-orgánulos característicos únicamente de las plantas.

Hay tres tipos de plastidios:

1) cloroplastos(plastidios verdes);

2) cromoplastos(plastidios amarillos, naranjas o rojos)

3) leucoplastos(plastidios incoloros).

Normalmente, solo se encuentra un tipo de plastidio en una célula.

cloroplastos

Estos orgánulos se encuentran en las células de las hojas y otros órganos verdes de las plantas, así como en una variedad de algas. En las plantas superiores, una célula suele contener varias docenas de cloroplastos. El color verde de los cloroplastos depende del contenido del pigmento clorofila que contienen.

El cloroplasto es el principal orgánulo de las células vegetales en el que se produce la fotosíntesis, es decir, la formación de sustancias orgánicas (carbohidratos) a partir de sustancias inorgánicas (CO 2 y H 2 O) utilizando energía. luz de sol. Los cloroplastos tienen una estructura similar a las mitocondrias.

Los cloroplastos tienen una estructura compleja. Están separados del hialoplasma por dos membranas: la externa y la interna. El contenido interno se llama estroma. La membrana interna forma dentro del cloroplasto un sistema complejo y estrictamente ordenado de membranas en forma de burbujas planas llamadas tilacoides.

Los tilacoides se recogen en pilas. granos, asemejándose a columnas de monedas . Los grana están interconectados por tilacoides estromales que los atraviesan a lo largo del plástido. (Figuras 2.20-2.22). La clorofila y los cloroplastos se forman sólo con la luz.

Arroz. 2.20. Cloroplastos bajo un microscopio óptico.

Arroz. 2.21. Estructura de un cloroplasto bajo un microscopio electrónico.

Arroz. 2.22. Estructura esquemática de los cloroplastos.

Funciones

1) fotosíntesis(formación de sustancias orgánicas a partir de sustancias inorgánicas debido a la energía luminosa). La clorofila juega un papel central en este proceso. Absorbe la energía luminosa y la dirige para realizar reacciones de fotosíntesis. En los cloroplastos, como en las mitocondrias, se produce la síntesis de ATP.

2) participar en la síntesis de aminoácidos y ácidos grasos,

3) servir como instalación de almacenamiento de reservas temporales de almidón.

Leucoplastos- pequeños plastidios incoloros que se encuentran en las células de órganos ocultos a la luz solar (raíces, rizomas, tubérculos, semillas). Su estructura es similar a la estructura de los cloroplastos. (Figura 2.23).

Sin embargo, a diferencia de los cloroplastos, los leucoplastos tienen un sistema de membrana interna poco desarrollado, porque participan en la síntesis y acumulación de nutrientes de reserva: almidón, proteínas y lípidos. A la luz, los leucoplastos pueden convertirse en cloroplastos.

Arroz. 2.23. Estructura del leucoplasto

Cromoplastos- Los plastidios son de color naranja, rojo y amarillo, causado por pigmentos que pertenecen al grupo de los carotenoides. Los cromoplastos se encuentran en las células de los pétalos de muchas plantas, frutos maduros y rara vez en tubérculos, así como en hojas de otoño. El sistema de membrana interna en los cromoplastos suele estar ausente. (Figura 24).

Arroz. 2.24. Estructura cromoplasta

La importancia de los cromoplastos aún no se ha dilucidado por completo. La mayoría de ellos son plastidios envejecidos. Por regla general, se desarrollan a partir de cloroplastos, mientras que en los plastidios se destruyen la clorofila y la estructura de la membrana interna y se acumulan los carotenoides. Esto ocurre cuando los frutos maduran y las hojas se vuelven amarillas en el otoño. La importancia biológica de los cromoplastos es que determinan color brillante flores y frutos, atrayendo insectos para la polinización cruzada y otros animales para la distribución de frutos. Los leucoplastos también pueden transformarse en cromoplastos.

Funciones de los plastidios

Síntesis de sustancias orgánicas en clorofila a partir de compuestos inorgánicos simples: dióxido de carbono y agua en presencia de cuantos de luz solar. fotosíntesis, Síntesis de ATP durante la fase luminosa de la fotosíntesis.

Síntesis de proteínas en los ribosomas (entre las membranas internas del cloroplasto se encuentran ADN, ARN y ribosomas, por lo tanto, en los cloroplastos, así como en las mitocondrias, se produce la síntesis de la proteína necesaria para la actividad de estos orgánulos).

La presencia de cromoplastos explica el color amarillo, naranja y rojo de las corolas de flores, frutos y hojas de otoño.

Los leucoplastos contienen sustancias de almacenamiento (en tallos, raíces, tubérculos).

Los cloroplastos, cromoplastos y leucoplastos son capaces de intercambiar células. Entonces, cuando los frutos maduran o las hojas cambian de color en otoño, los cloroplastos se convierten en cromoplastos y los leucoplastos pueden convertirse en cloroplastos, por ejemplo, cuando los tubérculos de papa se vuelven verdes.

En un sentido evolutivo, el tipo primario y original de plastidio es el cloroplasto, del cual se originaron los plastidios de los otros dos tipos. Los plastidios tienen muchos características comunes con mitocondrias, distinguiéndolas de otros componentes del citoplasma. Se trata, ante todo, de una capa de dos membranas y una relativa autonomía genética debido a la presencia de sus propios ribosomas y ADN. Esta singularidad de los orgánulos formó la base de la idea de que los predecesores de los plastidios y las mitocondrias eran bacterias que, en el proceso de evolución, se incorporaron a una célula eucariota y gradualmente se convirtieron en cloroplastos y mitocondrias. (Figura 2.25).

Arroz. 2.25. Formación de mitocondrias y cloroplastos según la teoría de la simbiogénesis.

La célula ha sido definida desde hace mucho tiempo como la unidad estructural de todos los seres vivos. Y efectivamente lo es. Después de todo, miles de millones de estas estructuras, como los ladrillos, forman plantas y animales, bacterias y microorganismos y humanos. Cada órgano, tejido, sistema del cuerpo: todo está construido a partir de células.

Por tanto, es muy importante conocer todos los detalles de su estructura interna, composición química y reacciones bioquímicas en curso. En este artículo veremos qué es la membrana plasmática, las funciones que realiza y su estructura.

Orgánulos celulares

Los orgánulos son las partes estructurales más pequeñas que se encuentran dentro de una célula y proporcionan su estructura y funciones vitales. Estos incluyen muchos representantes diferentes:

1. Membrana de plasma.
2. Núcleo y nucléolos con material cromosómico.
3. Citoplasma con inclusiones.
4. Lisosomas.
5. Mitocondrias.
6. Ribosomas.
7. Vacuolas y cloroplastos, si la célula es vegetal.

Cada una de las estructuras enumeradas tiene su propia estructura compleja, formada por sustancias de alto peso molecular (HMC), realiza funciones estrictamente definidas y participa en un complejo de reacciones bioquímicas que aseguran las funciones vitales de todo el organismo en su conjunto.

Estructura general de la membrana.

La estructura de la membrana plasmática se estudia desde el siglo XVIII. Fue entonces cuando se descubrió por primera vez su capacidad para pasar o retener sustancias de forma selectiva. Con el desarrollo de la microscopía, el estudio de la estructura fina y la estructura de la membrana se ha vuelto más posible y, por lo tanto, hoy se sabe casi todo al respecto.

Un sinónimo de su nombre principal es plasmalema. La composición de la membrana plasmática está representada por tres tipos principales de DIU:

• proteínas;
• lípidos;
• carbohidratos.

La proporción de estos compuestos y su ubicación pueden variar en las células de diferentes organismos (vegetales, animales o bacterianos).

Modelo de mosaico fluido de la estructura.

Muchos científicos han intentado hacer suposiciones sobre cómo se ubican los lípidos y las proteínas en la membrana. Sin embargo, no fue hasta 1972 que los científicos Singer y Nicholson propusieron un modelo que sigue siendo relevante hoy en día y que refleja la estructura de la membrana plasmática. Se llama mosaico líquido y su esencia es la siguiente: varios tipos de lípidos están dispuestos en dos capas, orientadas con los extremos hidrófobos de las moléculas hacia adentro y los hidrófilos hacia afuera. Además, toda la estructura, como un mosaico, está impregnada de diferentes tipos de moléculas de proteínas, así como de una pequeña cantidad de hexosas (carbohidratos).

Todo el sistema propuesto está en constante dinámica. Las proteínas son capaces no solo de penetrar la capa bilípida de principio a fin, sino también de orientarse en uno de sus lados, incrustándose en su interior. O incluso "caminar" libremente a lo largo de la membrana, cambiando de ubicación.

Los datos del análisis microscópico proporcionan evidencia para apoyar y justificar esta teoría. En fotografías en blanco y negro, las capas de la membrana son claramente visibles, la parte superior e inferior son igualmente oscuras y la del medio es más clara. También se llevaron a cabo una serie de experimentos que demostraron que las capas se basan precisamente en lípidos y proteínas.

Proteínas de la membrana plasmática

Si consideramos el porcentaje de lípidos y proteínas en la membrana de una célula vegetal, será aproximadamente el mismo: 40/40%. En el plasmalema animal, hasta un 60% está formado por proteínas, en el plasmalema bacteriano, hasta un 50%.

La membrana plasmática está formada por diferentes tipos de proteínas, y las funciones de cada una de ellas también son específicas.

1. Moléculas periféricas. Son proteínas que están orientadas en la superficie de las partes internas o externas de la bicapa lipídica. Los principales tipos de interacciones entre la estructura molecular y la capa son los siguientes:

• enlaces de hidrógeno;
• interacciones iónicas o puentes salinos;
• atracción electrostática.

Las propias proteínas periféricas son compuestos solubles en agua, por lo que no es difícil separarlas del plasmalema sin sufrir daños. ¿Qué sustancias pertenecen a estas estructuras? La más común y numerosa es la proteína fibrilar espectrina. Puede representar hasta el 75% de la masa de todas las proteínas de membrana en los plasmalemas celulares individuales.

¿Por qué son necesarios y cómo depende de ellos la membrana plasmática? Las funciones son las siguientes:

• formación del citoesqueleto celular;
• manteniendo una forma constante;
• limitar la movilidad excesiva de proteínas integrales;
• coordinación e implementación del transporte de iones a través del plasmalema;
• Puede unirse a cadenas de oligosacáridos y participar en la señalización del receptor desde y hacia la membrana.

2. Proteínas semiintegrales. Estas moléculas son aquellas que están total o parcialmente sumergidas en la bicapa lipídica, a diferentes profundidades. Los ejemplos incluyen bacteriorrodopsina, citocromo oxidasa y otros. También se les llama proteínas “ancladas”, es decir, como si estuvieran adheridas dentro de la capa. ¿Con qué pueden entrar en contacto y cómo se arraigan y se mantienen? La mayoría de las veces gracias a moléculas especiales, que pueden ser ácidos mirístico o palmítico, isoprenos o esteroles. Por ejemplo, en el plasmalema de los animales existen proteínas semiintegrales asociadas al colesterol. Estos aún no se han encontrado en plantas o bacterias.

3. Proteínas integrales. Algunos de los más importantes del plasmalema. Son estructuras que forman algo así como canales que penetran ambas capas lipídicas de principio a fin. Es a través de estas vías por las que entran en la célula muchas moléculas, aquellas que los lípidos no dejan pasar. Por tanto, la función principal de las estructuras integrales es la formación de canales iónicos para el transporte.

Hay dos tipos de penetración de la capa lipídica:

• monotópico - una vez;
• politópico - en varios lugares.

Las variedades de proteínas integrales incluyen glicoforina, proteolípidos, proteoglicanos y otros. Todos ellos son insolubles en agua y están estrechamente incrustados en la capa lipídica, por lo que es imposible eliminarlos sin dañar la estructura del plasmalema. Estas proteínas tienen una estructura globular, su extremo hidrófobo está ubicado dentro de la capa lipídica y el extremo hidrófilo está ubicado encima de ella y puede elevarse por encima de toda la estructura. ¿Debido a qué interacciones se mantienen las proteínas integrales en su interior? En esto les ayudan las atracciones hidrófobas de los radicales de ácidos grasos.

Por tanto, hay varias moléculas de proteínas diferentes que incluye la membrana plasmática. La estructura y funciones de estas moléculas se pueden combinar en varios puntos generales.

1. Proteínas periféricas estructurales.
2. Proteínas enzimáticas catalíticas (semiintegrales e integrales).
3. Receptor (periférico, integral).
4. Transporte (integral).

Lípidos del plasmalema

La bicapa lipídica líquida que forma la membrana plasmática puede ser muy móvil. El caso es que diferentes moléculas pueden pasar de la capa superior a la inferior y viceversa, es decir, la estructura es dinámica. Estas transiciones tienen su propio nombre en la ciencia: "flip-flop". Se formó a partir del nombre de una enzima que cataliza los procesos de reordenamiento de moléculas dentro de una monocapa o de arriba a abajo y viceversa: flipasa.

La cantidad de lípidos que contiene la membrana plasmática de una célula es aproximadamente la misma que la cantidad de proteínas. La diversidad de especies es amplia. Se pueden distinguir los siguientes grupos principales:

• fosfolípidos;
• esfingofosfolípidos;
• glicolípidos;
• colesterol

El primer grupo de fosfolípidos incluye moléculas como los glicerofosfolípidos y las esfingomielinas. Estas moléculas forman la base de la bicapa de membrana. Los extremos hidrófobos de los compuestos están dirigidos hacia el interior de la capa, los extremos hidrófilos hacia afuera. Ejemplos de conexión:

• fosfatidilcolina;
• fosfatidilserina;
• cardiolipina;
• fosfatidilinositol;
• esfingomielina;
• fosfatidilglicerol;
• Fosfatidiletanolamina.

Para estudiar estas moléculas, se utiliza un método para destruir la capa de membrana en algunas partes mediante la fosfolipasa, una enzima especial que cataliza el proceso de descomposición de los fosfolípidos.

Las funciones de las conexiones enumeradas son las siguientes:

1. Proporcionar estructura general y la estructura de la bicapa del plasmalema.
2. Entran en contacto con proteínas de la superficie y del interior de la capa.
3. Definir estado de agregación, que tendrá la membrana plasmática de una célula en diferentes condiciones de temperatura.
4. Participan en la permeabilidad limitada del plasmalema para diversas moléculas.
5. Forma diferentes tipos Interacciones de las membranas celulares entre sí (desmosoma, espacio en forma de hendidura, unión estrecha).

Esfingofosfolípidos y glicolípidos de membrana.

Esfingomielinas o esfingofosfolípidos en sus naturaleza química- derivados del amino alcohol esfingosina. Junto con los fosfolípidos, participan en la formación de la capa bilipídica de la membrana.

Los glicolípidos incluyen el glicocálix, una sustancia que determina en gran medida las propiedades de la membrana plasmática. Es un compuesto gelatinoso formado principalmente por oligosacáridos. El glicocálix ocupa el 10% de la masa total del plasmalema. La membrana plasmática, la estructura y funciones que realiza, están directamente relacionadas con esta sustancia. Por ejemplo, el glicocálix realiza:

• función marcadora de membrana;
• receptor;
• Procesos de digestión parietal de partículas dentro de la célula.

Cabe señalar que la presencia de lípidos del glicocalix es característica sólo de las células animales, pero no de las células vegetales, bacterianas y fúngicas.

Colesterol (esteroles de membrana)

Es un componente importante de la bicapa celular de los mamíferos. No se encuentra en plantas, ni en bacterias ni hongos. Desde el punto de vista químico, es un alcohol, cíclico, monohídrico.

Como otros lípidos, tiene propiedades anfifílicas (la presencia de un extremo hidrofílico e hidrofóbico de la molécula). En la membrana juega un papel importante como limitador y controlador de la fluidez de la bicapa. También participa en la producción de vitamina D y es cómplice en la formación de hormonas sexuales.

Las células vegetales contienen fitoesteroles, que no participan en la formación de membranas animales. Según algunos datos, se sabe que estas sustancias aportan resistencia a las plantas a determinado tipo de enfermedades.

La membrana plasmática está formada por colesterol y otros lípidos en una interacción común, un complejo.

Membrana de carbohidratos

Este grupo de sustancias constituye aproximadamente el 10% de la composición total de los compuestos de la membrana plasmática. En su forma simple, los mono, di y polisacáridos no se encuentran, sino sólo en forma de glicoproteínas y glicolípidos.

Sus funciones son ejercer control sobre las interacciones intra e intercelulares, mantener una determinada estructura y posición de las moléculas de proteínas en la membrana, así como realizar la recepción.

Funciones principales del plasmalema

La membrana plasmática juega un papel muy importante en la célula. Sus funciones son multifacéticas e importantes. Echemos un vistazo más de cerca.

1. Separa el contenido de la célula del medio ambiente y la protege de influencias externas. Gracias a la presencia de una membrana, se mantiene en un nivel constante. composición química citoplasma y su contenido.
2. El plasmalema contiene una serie de proteínas, carbohidratos y lípidos que dan y mantienen la forma específica de la célula.
3. Cada orgánulo celular tiene una membrana, que se llama vesícula de membrana (vesícula).
4. La composición de los componentes del plasmalema le permite desempeñar el papel de "guardia" de la célula, realizando un transporte selectivo hacia ella.
5. Los receptores, enzimas y sustancias biológicamente activas funcionan en la célula y la penetran, cooperan con su membrana superficial solo gracias a las proteínas y lípidos de la membrana.
6. A través de la membrana plasmática se transportan no solo compuestos de diversa naturaleza, sino también iones importantes para la vida (sodio, potasio, calcio y otros).
7. La membrana mantiene el equilibrio osmótico fuera y dentro de la célula.
8. Con la ayuda de la membrana plasmática, se transfieren iones y compuestos de diversa naturaleza, electrones y hormonas desde el citoplasma a los orgánulos.
9. A través de él, la luz solar se absorbe en forma de cuantos y se despiertan señales en el interior de la célula.
10. Es esta estructura la que genera impulsos de acción y descanso.
11. Protección mecánica de la celda y sus estructuras contra pequeñas deformaciones e impactos físicos.
12. La adhesión celular, es decir, la adhesión y el mantenimiento de ellas cerca unas de otras, también se realiza gracias a la membrana.

El plasmalema celular y el citoplasma están muy estrechamente interconectados. La membrana plasmática está en estrecho contacto con todas las sustancias y moléculas, iones que penetran en la célula y se ubican libremente en el ambiente interno viscoso. Estos compuestos intentan penetrar en todas las estructuras celulares, pero la barrera es la membrana, que es capaz de realizar diferentes tipos de transporte a través de sí misma. O no te saltes algunos tipos de conexiones en absoluto.

Tipos de transporte a través de la barrera celular.

El transporte a través de la membrana plasmática se realiza de varias formas, que están unidas por un factor común: característica física- la ley de difusión de sustancias.

1. Transporte pasivo o difusión y ósmosis. Implica el libre movimiento de iones y disolvente a través de la membrana a lo largo de un gradiente desde un área de alta concentración hasta un área de baja. No requiere consumo de energía, ya que procede por sí solo. Así es como funciona la bomba de sodio y potasio, el cambio de oxígeno y dióxido de carbono durante la respiración, la liberación de glucosa a la sangre, etc. Un fenómeno muy común es la difusión facilitada. Este proceso implica la presencia de algún tipo de sustancia auxiliar que capta el compuesto deseado y lo arrastra a lo largo de un canal proteico o a través de una capa lipídica hacia el interior de la célula.
2. El transporte activo implica el gasto de energía en los procesos de absorción y excreción a través de la membrana. Hay dos formas principales: exocitosis: la eliminación de moléculas e iones al exterior. La endocitosis es la captura y paso de partículas sólidas y líquidas al interior de la célula. A su vez, el segundo método de transporte activo incluye dos tipos de proceso. Fagocitosis, que implica la ingestión de moléculas sólidas, sustancias, compuestos e iones por una vesícula de membrana y su transporte al interior de la célula. Durante este proceso se forman grandes vesículas. La pinocitosis, por otro lado, implica absorber gotas de líquidos, disolventes y otras sustancias y transportarlas al interior de la célula. Implica la formación de pequeñas burbujas.

Ambos procesos (pinocitosis y fagocitosis) desempeñan un papel importante no solo en el transporte de compuestos y líquidos, sino también en la protección de la célula de restos de células muertas, microorganismos y compuestos nocivos. Podemos decir que estos métodos de transporte activo también son opciones para la protección inmunológica de la célula y sus estructuras frente a diversos peligros.

La gran mayoría de los organismos que viven en la Tierra están formados por células que son muy similares en su composición química, estructura y funciones vitales. El metabolismo y la conversión de energía ocurren en cada célula. La división celular es la base de los procesos de crecimiento y reproducción de los organismos. Así, la célula es una unidad de estructura, desarrollo y reproducción de los organismos.

Una célula sólo puede existir como un sistema integral, indivisible en partes. La integridad celular está garantizada por membranas biológicas. Una célula es un elemento de un sistema de rango superior: un organismo. Las partes y orgánulos de una célula, que constan de moléculas complejas, representan sistemas integrales de rango inferior.

Una célula es un sistema abierto conectado al medio ambiente por el metabolismo y la energía. Es un sistema funcional en el que cada molécula realiza funciones específicas. La célula tiene estabilidad, capacidad de autorregularse y autorreproducirse.

La célula es un sistema autónomo. El sistema genético de control de una célula está representado por macromoléculas complejas: ácidos nucleicos (ADN y ARN).

En 1838-1839 Los biólogos alemanes M. Schleiden y T. Schwann resumieron el conocimiento sobre la célula y formularon la posición principal de la teoría celular, cuya esencia es que todos los organismos, tanto vegetales como animales, están formados por células.

En 1859, R. Virchow describió el proceso de división celular y formuló una de las disposiciones más importantes de la teoría celular: "Cada célula proviene de otra célula". Las nuevas células se forman como resultado de la división de la célula madre y no a partir de una sustancia no celular, como se pensaba anteriormente.

El descubrimiento de los huevos de los mamíferos por el científico ruso K. Baer en 1826 llevó a la conclusión de que la célula es la base del desarrollo de los organismos multicelulares.

La teoría celular moderna incluye las siguientes disposiciones:

1) célula: la unidad de estructura y desarrollo de todos los organismos;

2) las células de organismos de diferentes reinos de la naturaleza viva son similares en estructura, composición química, metabolismo y manifestaciones básicas de la actividad vital;

3) se forman nuevas células como resultado de la división de la célula madre;

4) en un organismo multicelular, las células forman tejidos;

5) los órganos están formados por tejidos.

Con la introducción de métodos modernos de investigación biológica, física y química en la biología, ha sido posible estudiar la estructura y el funcionamiento de varios componentes de la célula. Uno de los métodos para estudiar las células es microscopía. Un microscopio óptico moderno aumenta los objetos 3000 veces y permite ver los orgánulos celulares más grandes, observar el movimiento del citoplasma y la división celular.

Inventado en los años 40. Siglo XX Un microscopio electrónico ofrece aumentos de decenas y cientos de miles de veces. Un microscopio electrónico utiliza una corriente de electrones en lugar de luz y campos electromagnéticos en lugar de lentes. Por lo tanto, un microscopio electrónico produce imágenes claras con aumentos mucho mayores. Con la ayuda de un microscopio de este tipo fue posible estudiar la estructura de los orgánulos celulares.

La estructura y composición de los orgánulos celulares se estudia mediante el método. centrifugación. Los tejidos triturados con membranas celulares destruidas se colocan en tubos de ensayo y se hacen girar en una centrífuga a alta velocidad. El método se basa en el hecho de que diferentes organoides celulares tienen diferente masa y densidad. Los orgánulos más densos precipitan in vitro cuando bajas velocidades centrifugación, menos densa - a alta. Estas capas se estudian por separado.

Ampliamente utilizado método de cultivo de células y tejidos, que consiste en que a partir de una o varias células en un medio nutritivo especial se puede obtener un grupo del mismo tipo de células animales o vegetales e incluso cultivar una planta entera. Con este método, puede obtener una respuesta a la pregunta de cómo se forman varios tejidos y órganos del cuerpo a partir de una célula.

Los principios básicos de la teoría celular fueron formulados por primera vez por M. Schleiden y T. Schwann. Una célula es una unidad de estructura, actividad vital, reproducción y desarrollo de todos los organismos vivos. Para el estudio de las células se utilizan métodos de microscopía, centrifugación, cultivo de células y tejidos, etc.

Las células de hongos, plantas y animales tienen mucho en común no sólo en la composición química, sino también en la estructura. Al examinar una célula bajo un microscopio, se ven en ella varias estructuras: organoides. Cada orgánulo realiza funciones específicas. Hay tres partes principales en una célula: la membrana plasmática, el núcleo y el citoplasma (Figura 1).

Membrana de plasma separa la célula y su contenido del medio ambiente. En la Figura 2 se ve: la membrana está formada por dos capas de lípidos y las moléculas de proteínas penetran el espesor de la membrana.

Función principal de la membrana plasmática. transporte. Asegura el flujo de nutrientes hacia la célula y la eliminación de productos metabólicos.

Una propiedad importante de la membrana es permeabilidad selectiva, o semipermeabilidad, permite que la célula interactúe con el medio ambiente: solo determinadas sustancias entran y salen de él. Pequeñas moléculas de agua y algunas otras sustancias penetran en la célula por difusión, en parte a través de los poros de la membrana.

Los azúcares, los ácidos orgánicos y las sales se disuelven en el citoplasma, la savia celular de las vacuolas de una célula vegetal. Además, su concentración en la célula es significativamente mayor que en ambiente. Cuanto mayor es la concentración de estas sustancias en la célula, más agua absorbe. Se sabe que la célula consume agua constantemente, por lo que la concentración de savia celular aumenta y el agua vuelve a entrar en la célula.

La entrada de moléculas más grandes (glucosa, aminoácidos) a la célula está garantizada por proteínas transportadoras de membrana que, combinadas con las moléculas de las sustancias transportadas, las transportan a través de la membrana. Este proceso involucra enzimas que descomponen el ATP.

Figura 1. Diagrama generalizado de la estructura de una célula eucariota.
(para ampliar la imagen, haga clic en la imagen)

Figura 2. Estructura de la membrana plasmática.
1 - proteínas perforantes, 2 - proteínas sumergidas, 3 - proteínas externas

Figura 3. Diagrama de pinocitosis y fagocitosis.

Moléculas aún más grandes de proteínas y polisacáridos ingresan a la célula mediante fagocitosis (del griego. fagos- devorando y cometas- vaso, célula) y gotas de líquido - por pinocitosis (del griego. pinot- bebo y cometas) (Figura 3).

Las células animales, a diferencia de las vegetales, están rodeadas por una “capa” suave y flexible formada principalmente por moléculas de polisacáridos que, uniéndose a algunas proteínas y lípidos de la membrana, rodean la célula desde el exterior. La composición de los polisacáridos es específica de diferentes tejidos, por lo que las células se “reconocen” entre sí y se conectan entre sí.

Las células vegetales no tienen esa “capa”. Tienen una membrana plasmática llena de poros encima de ellos. membrana celular, compuesto predominantemente de celulosa. A través de los poros, los hilos de citoplasma se extienden de una célula a otra, conectando las células entre sí. Así se consigue la comunicación entre las células y se consigue la integridad del organismo.

La membrana celular de las plantas desempeña el papel de un esqueleto fuerte y protege a la célula del daño.

La mayoría de las bacterias y todos los hongos tienen una membrana celular, solo que su composición química es diferente. En los hongos consiste en una sustancia parecida a la quitina.

Las células de hongos, plantas y animales tienen una estructura similar. Una célula tiene tres partes principales: el núcleo, el citoplasma y la membrana plasmática. La membrana plasmática está compuesta de lípidos y proteínas. Asegura la entrada de sustancias a la célula y su liberación de la célula. En las células de las plantas, los hongos y la mayoría de las bacterias hay una membrana celular encima de la membrana plasmática. Realiza una función protectora y desempeña el papel de esqueleto. En las plantas, la pared celular está formada por celulosa y en los hongos, por una sustancia parecida a la quitina. Las células animales están cubiertas de polisacáridos que proporcionan contactos entre células de un mismo tejido.

¿Sabes que la parte principal de la célula es citoplasma. Se compone de agua, aminoácidos, proteínas, carbohidratos, ATP e iones de sustancias inorgánicas. El citoplasma contiene el núcleo y los orgánulos de la célula. En él, las sustancias pasan de una parte de la célula a otra. El citoplasma asegura la interacción de todos los orgánulos. Aquí tienen lugar reacciones químicas.

Todo el citoplasma está impregnado de finos microtúbulos proteicos que forman citoesqueleto celular, gracias a lo cual mantiene una forma constante. El citoesqueleto celular es flexible, ya que los microtúbulos pueden cambiar de posición, moverse desde un extremo y acortarse desde el otro. Entran a la celda diferentes sustancias. ¿Qué les pasa en la jaula?

En los lisosomas, pequeñas vesículas de membrana redondas (ver Fig. 1), las moléculas de sustancias orgánicas complejas se descomponen en moléculas más simples con la ayuda de enzimas hidrolíticas. Por ejemplo, las proteínas se descomponen en aminoácidos, los polisacáridos en monosacáridos, las grasas en glicirina y ácidos grasos. Para esta función, los lisosomas a menudo se denominan "estaciones digestivas" de la célula.

Si se destruye la membrana de los lisosomas, las enzimas que contienen pueden digerir la propia célula. Por lo tanto, a los lisosomas a veces se les llama “armas que matan células”.

La oxidación enzimática de pequeñas moléculas de aminoácidos, monosacáridos, ácidos grasos y alcoholes formados en los lisosomas a dióxido de carbono y agua comienza en el citoplasma y termina en otros orgánulos. mitocondrias. Las mitocondrias son orgánulos esféricos, filiformes o con forma de bastón, delimitados del citoplasma por dos membranas (Fig. 4). La membrana exterior es lisa y la interior forma pliegues. cristas, que aumentan su superficie. La membrana interna contiene enzimas que participan en la oxidación de sustancias orgánicas a dióxido de carbono y agua. Esto libera energía que la célula almacena en moléculas de ATP. Por lo tanto, las mitocondrias se denominan “centrales eléctricas” de la célula.

En la célula, las sustancias orgánicas no solo se oxidan, sino que también se sintetizan. La síntesis de lípidos y carbohidratos se lleva a cabo en el retículo endoplásmico (EPS (Fig. 5) y proteínas, en los ribosomas. ¿Qué es EPS? Se trata de un sistema de túbulos y cisternas, cuyas paredes están formadas por una membrana. Impregnan todo el citoplasma. Las sustancias se mueven a través de los canales del RE a diferentes partes de la célula.

Hay EPS liso y rugoso. En la superficie del RE liso, los carbohidratos y lípidos se sintetizan con la participación de enzimas. La rugosidad del ER viene dada por los pequeños cuerpos redondos ubicados en él: ribosomas(ver Fig. 1), que participan en la síntesis de proteínas.

La síntesis de sustancias orgánicas también ocurre en plastidios, que se encuentran únicamente en las células vegetales.

Arroz. 4. Esquema de la estructura de las mitocondrias.
1.- membrana exterior; 2.- membrana interna; 3.- pliegues de la membrana interna - crestas.

Arroz. 5. Esquema de la estructura de EPS en bruto.

Arroz. 6. Diagrama de la estructura de un cloroplasto.
1.- membrana exterior; 2.- membrana interna; 3.- contenido interno del cloroplasto; 4.- Pliegues de la membrana interna, reunidos en “pilas” y formando grana.

En plastidios incoloros - leucoplastos(del griego leucocitos- blanco y plastos- creado) se acumula almidón. Los tubérculos de patata son muy ricos en leucoplastos. Los colores amarillo, naranja y rojo se dan a frutas y flores. cromoplastos(del griego cromo- color y plastos). Sintetizan pigmentos involucrados en la fotosíntesis. carotenoides. En la vida vegetal, es especialmente importante. cloroplastos(del griego cloros- verdoso y plastos) - plastidios verdes. En la Figura 6 se ve que los cloroplastos están cubiertos por dos membranas: la exterior y la interior. La membrana interna forma pliegues; entre los pliegues hay burbujas dispuestas en pilas - granos. Los granas contienen moléculas de clorofila, que participan en la fotosíntesis. Cada cloroplasto tiene alrededor de 50 granos dispuestos en forma de tablero de ajedrez. Esta disposición asegura la máxima iluminación de cada rostro.

En el citoplasma se pueden acumular proteínas, lípidos y carbohidratos en forma de granos, cristales y gotitas. Estos inclusión- repuesto nutrientes, que son consumidos por la célula según sea necesario.

En las células vegetales, algunos de los nutrientes de reserva, así como los productos de descomposición, se acumulan en la savia celular de las vacuolas (ver Fig. 1). Pueden representar hasta el 90% del volumen de una célula vegetal. Las células animales tienen vacuolas temporales que no ocupan más del 5% de su volumen.

Arroz. 7. Esquema de la estructura del complejo de Golgi.

En la Figura 7 se ve un sistema de cavidades rodeadas por una membrana. Este complejo de Golgi, que realiza diversas funciones en la célula: participa en la acumulación y transporte de sustancias, su eliminación de la célula, la formación de lisosomas y la membrana celular. Por ejemplo, las moléculas de celulosa ingresan a la cavidad del complejo de Golgi y, mediante vesículas, se mueven hacia la superficie celular y entran en la membrana celular.

La mayoría de las células se reproducen por división. Participando en este proceso centro celular. Consta de dos centriolos rodeados por un citoplasma denso (ver Fig. 1). Al comienzo de la división, los centriolos se mueven hacia los polos de la célula. De ellos emanan hilos de proteínas que se conectan a los cromosomas y aseguran su distribución uniforme entre las dos células hijas.

Todos los orgánulos celulares están estrechamente interconectados. Por ejemplo, las moléculas de proteínas se sintetizan en los ribosomas, se transportan a través de los canales del RE a diferentes partes de la célula y las proteínas se destruyen en los lisosomas. Las moléculas recién sintetizadas se utilizan para construir estructuras celulares o se acumulan en el citoplasma y las vacuolas como nutrientes de reserva.

La célula está llena de citoplasma. El citoplasma contiene el núcleo y varios orgánulos: lisosomas, mitocondrias, plastidios, vacuolas, RE, centro celular, complejo de Golgi. Se diferencian en su estructura y funciones. Todos los orgánulos del citoplasma interactúan entre sí, asegurando el funcionamiento normal de la célula.

Tabla 1. ESTRUCTURA CELULAR

El papel más importante en la actividad vital y la división de las células de hongos, plantas y animales pertenece al núcleo y a los cromosomas que se encuentran en él. La mayoría de las células de estos organismos tienen un solo núcleo, pero también hay células multinucleadas, como las células musculares. El núcleo está situado en el citoplasma y tiene forma redonda u ovalada. Está cubierto por una concha formada por dos membranas. La envoltura nuclear tiene poros a través de los cuales se produce el intercambio de sustancias entre el núcleo y el citoplasma. El núcleo está lleno de jugo nuclear, en el que se encuentran los nucléolos y los cromosomas.

Nucléolos- Estos son "talleres para la producción" de ribosomas, que se forman a partir de ARN ribosomales formados en el núcleo y proteínas sintetizadas en el citoplasma.

La función principal del núcleo (almacenamiento y transmisión de información hereditaria) está asociada con cromosomas. Cada tipo de organismo tiene su propio conjunto de cromosomas: un determinado número, forma y tamaño.

Todas las células del cuerpo, excepto las sexuales, se llaman somático(del griego soma- cuerpo). Las células de un organismo de la misma especie contienen el mismo conjunto de cromosomas. Por ejemplo, en los humanos, cada célula del cuerpo contiene 46 cromosomas, en la mosca de la fruta Drosophila, 8 cromosomas.

Las células somáticas suelen tener un doble juego de cromosomas. Se llama diploide y se denota por 2 norte. Entonces, una persona tiene 23 pares de cromosomas, es decir, 2 norte= 46. Las células sexuales contienen la mitad de cromosomas. ¿Es soltero o haploide, kit. La persona tiene 1 norte = 23.

Todos los cromosomas de las células somáticas, a diferencia de los cromosomas de las células germinales, están emparejados. Los cromosomas que forman un par son idénticos entre sí. Los cromosomas apareados se llaman homólogo. Cromosomas que pertenecen a diferentes parejas y varían en forma y tamaño, llamados no homólogo(Figura 8).

En algunas especies el número de cromosomas puede ser el mismo. Por ejemplo, el trébol rojo y los guisantes tienen 2 norte= 14. Sin embargo, sus cromosomas difieren en forma, tamaño y composición de nucleótidos de las moléculas de ADN.

Arroz. 8. Conjunto de cromosomas en las células de Drosophila.

Arroz. 9. Estructura cromosómica.

Para comprender el papel de los cromosomas en la transmisión de información hereditaria, es necesario familiarizarse con su estructura y composición química.

Los cromosomas de una célula que no se divide parecen hilos largos y delgados. Antes de la división celular, cada cromosoma consta de dos cadenas idénticas: cromátida, que están conectados entre las cinturas de la cintura - (Fig. 9).

Los cromosomas están formados por ADN y proteínas. Debido a que la composición de nucleótidos del ADN varía entre especies, la composición de los cromosomas es única para cada especie.

Todas las células, excepto las bacterianas, tienen un núcleo en el que se encuentran los nucléolos y los cromosomas. Cada especie se caracteriza por un determinado conjunto de cromosomas: número, forma y tamaño. En las células somáticas de la mayoría de los organismos el conjunto de cromosomas es diploide, en las células sexuales es haploide. Los cromosomas emparejados se llaman homólogos. Los cromosomas están formados por ADN y proteínas. Las moléculas de ADN aseguran el almacenamiento y la transmisión de información hereditaria de una célula a otra y de un organismo a otro.

Después de haber trabajado en estos temas, debería poder:

1. Explique en qué casos se debe utilizar un microscopio óptico (estructura) o un microscopio electrónico de transmisión.
2. Describir la estructura de la membrana celular y explicar la relación entre la estructura de la membrana y su capacidad para intercambiar sustancias entre la célula y su entorno.
3. Definir los procesos: difusión, difusión facilitada, transporte activo, endocitosis, exocitosis y ósmosis. Indique las diferencias entre estos procesos.
4. Nombrar las funciones de las estructuras e indicar en qué células (vegetales, animales o procarióticas) se ubican: núcleo, membrana nuclear, nucleoplasma, cromosomas, membrana plasmática, ribosoma, mitocondria, pared celular, cloroplasto, vacuola, lisosoma, retículo endoplásmico liso. (agranular) y rugosa (granular), centro celular, aparato de Golgi, cilio, flagelo, mesosoma, pili o fimbria.
5. Nombra al menos tres signos por los que se puede distinguir una célula vegetal de una animal.
6. Enumere las diferencias más importantes entre las células procariotas y eucariotas.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Myagkova A.N. "Biología General". Moscú, "Ilustración", 2000

• Tema 1. "Membrana plasmática". §1, §8 págs. 5;20
• Tema 2. "Jaula". §8-10 págs. 20-30
• Tema 3. "Célula procariota. Virus". §11 págs. 31-34