Plazmas membrānas funkcijas. Vielu transportēšanas mehānismi caur plazmlemmu. Plazmalemmas receptoru funkcija. Plazmas membrānas uzbūve

Aktīvs

(ar enerģijas patēriņu)

Vienkārša difūzija

(bez olbaltumvielām)

Enerģijas avots - ATP

Atvieglota difūzija

(ietver olbaltumvielas)

Cita veida avoti

Caur kanālu proteīnā

Apvērsuma ceļā

proteīns ar vielu

Rīsi. 4. Vielu transportēšanas veidu klasifikācija caur membrānu.

Ar aktīvu pārnesi caur membrānu pārvietojas neorganiskie joni, aminoskābes un cukuri, un gandrīz visas ārstnieciskās vielas ar polārām molekulām - para-aminobenzoskābe, sulfonamīdi, jods, sirds glikozīdi, B vitamīni, kortikosteroīdu hormoni utt.

Lai skaidri ilustrētu vielu pārneses procesu caur membrānu, mēs piedāvājam (ar nelielām izmaiņām) 5. attēlu, kas ņemts no B. Alberta un citu zinātnieku, kas tiek uzskatīti par līderiem šūnu attīstībā, grāmatas “Šūnu molekulārā bioloģija” (1983). teoriju

Transportētā molekula

Kanāla proteīns

olbaltumvielu transportētājs

Elektroķīmiskie lipīdi

divslāņu gradients

Vienkārša difūzija Atvieglota difūzija

Pasīvais transports Aktīvais transports

5. attēls. Daudzas mazas neuzlādētas molekulas brīvi iziet cauri lipīdu divslānim. Uzlādētas molekulas, lielas neuzlādētas molekulas un dažas mazas neuzlādētas molekulas iziet cauri membrānām caur kanāliem vai porām vai ar īpašu transporterproteīnu palīdzību. Pasīvā transportēšana vienmēr ir vērsta pret elektroķīmisko gradientu uz līdzsvara nodibināšanu. Aktīvā transportēšana notiek pret elektroķīmisko gradientu un prasa enerģiju.

transmembrānu transports, atspoguļo galvenos vielu pārnešanas veidus caur membrānu. Jāatzīmē, ka olbaltumvielas, kas iesaistītas transmembrānas transportēšanā, pieder pie integrālām olbaltumvielām un visbiežāk tās attēlo viens komplekss proteīns.

Augstas molekulmasas olbaltumvielu molekulu un citu lielu molekulu pārnešana caur membrānu šūnā tiek veikta ar endocitozi (pinocitozi, fagocitozi un endocitozi), un no šūnas ar eksocitozi. Visos gadījumos šie procesi atšķiras no iepriekšminētajiem ar to, ka transportētā viela (daļiņa, ūdens, mikroorganismi u.c.) vispirms tiek iepakota membrānā un tādā veidā tiek pārnesta šūnā vai atbrīvota no šūnas. Iepakošanas process var notikt gan uz plazmas membrānas virsmas, gan šūnas iekšpusē.

b. Informācijas pārnešana caur plazmas membrānu.

Papildus olbaltumvielām, kas iesaistītas vielu pārnešanā cauri membrānai, ir identificēti vairāku proteīnu kompleksi kompleksi. Telpiski atdalītas, tās vieno viena galīga funkcija. Kompleksie proteīnu komplekti ietver proteīnu kompleksu, kas atbild par ļoti spēcīgas bioloģiski aktīvās vielas - cAMP (cikliskā adenozīna monofosfāta) - ražošanu šūnā. Šis proteīnu ansamblis satur gan virsmas, gan integrālās olbaltumvielas. Piemēram, uz membrānas iekšējās virsmas ir virsmas proteīns, ko sauc par G proteīnu. Šis proteīns uztur attiecības starp diviem blakus esošajiem integrālajiem proteīniem - proteīnu, ko sauc par adrenalīna receptoru, un enzīma proteīnu - adenilāta ciklāzi. Adrenerģiskais receptors spēj savienoties ar adrenalīnu, kas no asinīm nonāk starpšūnu telpā un kļūst satraukts. Šo ierosmi G-proteīns pārraida uz adenilāta ciklazi, enzīmu, kas spēj ražot aktīvo vielu - cAMP. Pēdējais iekļūst šūnas citoplazmā un aktivizē tajā dažādus enzīmus. Piemēram, tiek aktivizēts enzīms, kas sadala glikogēnu glikozē. Glikozes veidošanās izraisa mitohondriju aktivitātes palielināšanos un ATP sintēzes palielināšanos, kas kā enerģijas nesējs nonāk visos šūnu nodalījumos, uzlabojot lizosomu, nātrija-kālija un kalcija membrānas sūkņu, ribosomu utt. galu galā palielinot gandrīz visu orgānu, īpaši muskuļu, dzīvībai svarīgo aktivitāti. Šis piemērs, kaut arī ļoti vienkāršots, parāda, kā membrānas darbība ir saistīta ar citu šūnas elementu darbu. Ikdienas līmenī šī sarežģītā shēma izskatās diezgan vienkārša. Iedomājieties, ka suns pēkšņi uzbruka cilvēkam. Iegūtā baiļu sajūta noved pie adrenalīna izdalīšanās asinīs. Pēdējais saistās ar adrenerģiskajiem receptoriem uz plazmas membrānas, tādējādi mainot receptora ķīmisko struktūru. Tas, savukārt, noved pie izmaiņām G-proteīna struktūrā. Izmainītais G-proteīns kļūst spējīgs aktivizēt adenilāta ciklāzi, kas uzlabo cAMP veidošanos. Pēdējais stimulē glikozes veidošanos no glikogēna. Rezultātā tiek uzlabota energoietilpīgās ATP molekulas sintēze. Paaugstināta enerģijas veidošanās cilvēka muskuļos izraisa ātru un spēcīgu reakciju uz suņa uzbrukumu (lidojums, aizsardzība, cīņa utt.).

PLAZMAS MEMBRANE - (šūnu membrānas plazmlemma), bioloģiskā membrāna, kas aptver augu un dzīvnieku šūnu protoplazmu. Piedalās vielmaiņas regulēšanā starp šūnu un tās vidi.

Šūnu membrāna (arī citolemma, plazmlemma vai plazmas membrāna) ir elastīga molekulāra struktūra, kas sastāv no olbaltumvielām un lipīdiem. Šūnu siena, ja šūnai tāda ir (parasti augu šūnām ir), pārklāj šūnas membrānu. Šūnu membrāna ir dubultslānis (divslānis) no lipīdu klases molekulām, no kurām lielākā daļa ir tā sauktie kompleksie lipīdi - fosfolipīdi. Lipīdu molekulām ir hidrofilā ("galva") un hidrofobā ("aste") daļa. Kad veidojas membrānas, molekulu hidrofobie apgabali pagriežas uz iekšu, bet hidrofilie apgabali pagriežas uz āru.

Šūnu membrānas struktūra

Daži izņēmumi, iespējams, ir arhejas, kuru membrānas veido glicerīns un terpenoīdu spirti. Daži proteīni ir saskares punkti starp šūnas membrānu un citoskeletu šūnas iekšpusē un šūnas sienu (ja tāda ir) ārpusē.

Skatiet, kas ir “plazmas membrāna” citās vārdnīcās:

Eksperimenti ar mākslīgajām bilipīda plēvēm ir parādījuši, ka tām ir augsts virsmas spraigums, daudz augstāks nekā šūnu membrānās. J. Robertsons 1960. gadā formulēja vienotas bioloģiskās membrānas teoriju, kas postulēja visu šūnu membrānu trīsslāņu struktūru.

Saskaņā ar šo modeli, proteīni membrānā neveido nepārtrauktu slāni uz virsmas, bet tiek sadalīti integrālā, daļēji integrālā un perifērā. Piemēram, peroksisomu membrāna aizsargā citoplazmu no peroksīdiem, kas ir bīstami šūnai. Selektīva caurlaidība nozīmē, ka membrānas caurlaidība pret dažādiem atomiem vai molekulām ir atkarīga no to lieluma, elektriskais lādiņš un ķīmiskās īpašības.

Šī mehānisma variants ir atvieglota difūzija, kurā noteikta molekula palīdz vielai iziet cauri membrānai. Piemēram, hormoni, kas cirkulē asinīs, iedarbojas tikai uz mērķa šūnām, kurām ir šiem hormoniem atbilstoši receptori. Neirotransmiteri ( ķīmiskās vielas, nodrošinot nervu impulsu vadīšanu) arī saistās ar mērķa šūnu īpašiem receptoru proteīniem.

Ar marķieru palīdzību šūnas var atpazīt citas šūnas un darboties ar tām saskaņoti, piemēram, veidojot orgānus un audus. Membrānas sastāv no trīs lipīdu klasēm: fosfolipīdiem, glikolipīdiem un holesterīna.

Holesterīns piešķir membrānai stingrību, aizņemot brīvo vietu starp lipīdu hidrofobajām astēm un neļaujot tām saliekties. Tāpēc membrānas ar zemu holesterīna saturu ir elastīgākas, bet tās ar augstu holesterīna saturu ir stingrākas un trauslākas. Holesterīns kalpo arī kā "aizbāznis", kas neļauj polārajām molekulām pārvietoties no šūnas uz šūnu. Svarīga membrānas daļa sastāv no olbaltumvielām, kas tajā iekļūst un ir atbildīgas par dažādām membrānu īpašībām.

Membrānas metabolisma iezīmes

Blakus olbaltumvielām ir gredzenveida lipīdi – tie ir sakārtotāki, mazāk kustīgi, satur vairāk piesātināto taukskābju un izdalās no membrānas kopā ar proteīnu. Bez gredzenveida lipīdiem membrānas proteīni nedarbojas. Membrānas selektīvā caurlaidība pasīvās transportēšanas laikā ir saistīta ar īpašiem kanāliem - integrētiem proteīniem. Tie iekļūst membrānā tieši cauri, veidojot sava veida eju.

Salīdzinot ar koncentrācijas gradientu, šo elementu molekulas pārvietojas šūnā un no tās. Kad kairina, atveras nātrija jonu kanāli, un nātrija joni pēkšņi nonāk šūnā. Tas kalpo ne tikai kā mehāniska barjera, bet, pats galvenais, ierobežo zemas un augstas molekulmasas vielu brīvu divvirzienu plūsmu šūnā un no tās. Turklāt plazmlemma darbojas kā struktūra, kas “atpazīst” dažādas ķīmiskās vielas un regulē šo vielu selektīvu transportēšanu šūnā.

Plazmas membrānas mehānisko stabilitāti nosaka ne tikai pašas membrānas īpašības, bet arī blakus esošā glikokaliksa un citoplazmas kortikālā slāņa īpašības. Ārējā virsma Plazmas membrāna ir pārklāta ar 3-4 nm biezu irdenu šķiedrainu vielas slāni - glikokaliksu.

Šajā gadījumā daži membrānas transporta proteīni veido molekulārus kompleksus, kanālus, caur kuriem joni iziet cauri membrānai ar vienkāršu difūziju. Citos gadījumos speciāli membrānas transporta proteīni selektīvi saistās ar vienu vai otru jonu un transportē to pa membrānu.

PLAZMAS MEMBRĀNA - blīvākas konsistences šūnas citoplazmas ārējais slānis. Enkuru savienojumi vai kontakti ne tikai savieno blakus esošo šūnu plazmas membrānas, bet arī sazinās ar citoskeleta fibrilārajiem elementiem. Piemēram, zarnu epitēlija šūnu plazmas membrānas satur gremošanas enzīmus.

1. Barjera- nodrošina regulētu, selektīvu, pasīvu un aktīvu vielmaiņu ar vidi.

Šūnu membrānām ir selektīva caurlaidība: pa tām lēnām izkliedējas glikoze, aminoskābes, taukskābes, glicerīns un joni, pašas membrānas aktīvi regulē šo procesu – dažas vielas iziet cauri, bet citas ne.

2. Transports- vielu transportēšana uz šūnu un no tās notiek caur membrānu. Transports caur membrānām nodrošina: barības vielu piegādi, vielmaiņas galaproduktu izvadīšanu, dažādu vielu sekrēciju, jonu gradientu izveidi, atbilstoša pH un jonu koncentrācijas uzturēšanu šūnā, kas nepieciešamas šūnu enzīmu funkcionēšanai.

Ir četri galvenie mehānismi vielu iekļūšanai šūnā vai to izvadīšanai no šūnas uz āru:

a) Pasīvs (difūzija, osmoze) (nav nepieciešama enerģija)

Difūzija

Vienas vielas molekulu vai atomu sadalījums starp citas vielas molekulām vai atomiem, kas noved pie to koncentrācijas spontānas izlīdzināšanas visā aizņemtajā tilpumā. Dažās situācijās vienai no vielām jau ir izlīdzināta koncentrācija un tiek runāts par vienas vielas difūziju citā. Šajā gadījumā viela tiek pārnesta no augstas koncentrācijas zonas uz zemas koncentrācijas zonu (pa koncentrācijas gradienta vektoru (2.4. att.).

Rīsi. 2.4. Difūzijas procesa diagramma

Osmoze

Šķīdinātāju molekulu vienvirziena difūzijas process caur puscaurlaidīgu membrānu uz augstāku izšķīdušās vielas koncentrāciju no tilpuma ar zemāku šķīdinātāja koncentrāciju (2.5. att.).

Rīsi. 2.5. Osmozes procesa diagramma

b) Aktīvais transports (nepieciešami enerģijas izdevumi)

Nātrija-kālija sūknis- nātrija jonu (no šūnas) un kālija jonu (šūnas iekšpusē) aktīvās savienotās transmembrānas transportēšanas mehānisms, kas nodrošina koncentrācijas gradientu un transmembrānu potenciālu starpību. Pēdējais kalpo par pamatu daudzām šūnu un orgānu funkcijām: dziedzeru šūnu sekrēcijai, muskuļu kontrakcijai, nervu impulsu vadīšanai utt. (2.6. att.).

Rīsi. 2.6. Kālija-nātrija sūkņa darbības shēma

Pirmajā posmā Na + /K + -ATPāzes enzīms piesaista trīs Na + jonus membrānas iekšējai pusei. Šie joni maina ATPāzes aktīvā centra konformāciju. Pēc tam ferments spēj hidrolizēt vienu ATP molekulu. Pēc hidrolīzes izdalītā enerģija tiek tērēta nesēja konformācijas maiņai, kā rezultātā membrānas ārējā pusē parādās trīs Na + joni un PO 4 3− jons (fosfāts). Šeit Na + joni tiek atdalīti, un PO 4 3− tiek aizstāts ar diviem K + joniem. Pēc tam ferments atgriežas sākotnējā formā, un parādās K + joni iekšā membrānas. Šeit K+ joni tiek atdalīti, un nesējs atkal ir gatavs darbam.

Rezultātā ekstracelulārajā vidē tiek radīta augsta Na + jonu koncentrācija, un šūnā - liela K + koncentrācija. Šo koncentrācijas starpību izmanto šūnās, vadot nervu impulsu.

c) endocitoze (fagocitoze, pinocitoze)

Fagocitoze(šūnas ēšana) ir cietu priekšmetu, piemēram, eikariotu šūnu, baktēriju, vīrusu, mirušo šūnu palieku uc, absorbcijas process šūnā. Ap absorbēto objektu veidojas liela intracelulāra vakuola (fagosoma). Fagosomu izmērs ir no 250 nm un vairāk. Saplūstot fagosomai ar primāro lizosomu, veidojas sekundārā lizosoma. Skābā vidē hidrolītiskie enzīmi sadala makromolekulas, kas iesprostoti sekundārajā lizosomā. Pēc tam sadalīšanās produkti (aminoskābes, monosaharīdi un citas derīgās vielas) tiek transportēti caur lizosomu membrānu šūnas citoplazmā. Fagocitoze ir ļoti izplatīta. Augsti organizētiem dzīvniekiem un cilvēkiem fagocitozes procesam ir aizsargājoša loma. Leikocītu un makrofāgu fagocītiskajai aktivitātei ir liela nozīme, lai pasargātu organismu no patogēno mikrobu un citu nevēlamu daļiņu iekļūšanas tajā. Fagocitozi pirmo reizi aprakstīja krievu zinātnieks I. I. Mečņikovs (2.7. att.)

Pinocitoze(šūnas dzeršana) ir šķidrās fāzes absorbcijas process no vides, kurā ir šķīstošas ​​vielas, tostarp lielas molekulas (olbaltumvielas, polisaharīdi utt.). Pinocitozes laikā no membrānas šūnā tiek atbrīvoti mazi pūslīši, ko sauc par endosomām. Tās ir mazākas par fagosomām (to izmērs ir līdz 150 nm) un parasti nesatur lielas daļiņas. Pēc endosomas veidošanās tai tuvojas primārā lizosoma, un šīs divas membrānas pūslīši saplūst. Iegūto organellu sauc par sekundāro lizosomu. Pinocitozes procesu pastāvīgi veic visas eikariotu šūnas. (7. att.)

Receptoru izraisīta endocitoze - aktīvs konkrēts process, kurā šūnas membrāna izspiežas šūnā, veidojot apmales bedrītes. Apmales bedres intracelulārā puse satur adaptīvu proteīnu komplektu. Makromolekulas, kas saistās ar specifiskiem receptoriem uz šūnas virsmas, iziet uz iekšu daudz ātrāk nekā vielas, kas iekļūst šūnās ar pinocitozi.

Rīsi. 2.7. Endocitoze

d) eksocitoze (negatīva fagocitoze un pinocitoze)

Šūnu process, kurā intracelulāri pūslīši (membrānas pūslīši) saplūst ar šūnu ārējo membrānu. Eksocitozes laikā izdalās sekrēcijas pūslīšu (eksocitozes pūslīšu) saturs, un to membrāna saplūst ar šūnas membrānu. Tādā veidā no šūnas tiek atbrīvoti gandrīz visi lielmolekulārie savienojumi (olbaltumvielas, peptīdu hormoni utt.). (2.8. att.)

Rīsi. 2.8. Eksocitozes shēma

3. Biopotenciālu ģenerēšana un vadīšana- ar membrānas palīdzību šūnā tiek uzturēta nemainīga jonu koncentrācija: K+ jona koncentrācija šūnā ir daudz augstāka nekā ārpusē, un Na+ koncentrācija ir daudz zemāka, kas ir ļoti svarīgi, jo nodrošina potenciālu starpības saglabāšanu uz membrānas un nervu impulsa ģenerēšanu.

4. Mehāniskais- nodrošina šūnas autonomiju, tās intracelulārās struktūras, kā arī saikni ar citām šūnām (audos).

5. Enerģija- fotosintēzes laikā hloroplastos un šūnu elpošanā mitohondrijās to membrānās darbojas enerģijas pārneses sistēmas, kurās piedalās arī olbaltumvielas;

6. Receptors- daži proteīni, kas atrodas membrānā, ir receptori (molekulas, ar kuru palīdzību šūna uztver noteiktus signālus).

7. Fermentatīvs- membrānas proteīni bieži ir fermenti. Piemēram, zarnu epitēlija šūnu plazmas membrānas satur gremošanas enzīmus.

8. Matrica- nodrošina membrānas proteīnu noteiktu relatīvo stāvokli un orientāciju, to optimālo mijiedarbību;

9. Šūnu marķēšana- uz membrānas ir antigēni, kas darbojas kā marķieri - "etiķetes", kas ļauj identificēt šūnu. Tie ir glikoproteīni (tas ir, olbaltumvielas ar tiem pievienotām sazarotām oligosaharīdu sānu ķēdēm), kas spēlē "antenu" lomu. Ar marķieru palīdzību šūnas var atpazīt citas šūnas un darboties ar tām saskaņoti, piemēram, veidojot orgānus un audus. Tas arī ļauj imūnsistēmai atpazīt svešus antigēnus.

Šūnu ieslēgumi

Šūnu ieslēgumi ietver ogļhidrātus, taukus un olbaltumvielas. Visas šīs vielas uzkrājas šūnas citoplazmā dažāda izmēra un formas pilienu un graudu veidā. Tie periodiski tiek sintezēti šūnā un tiek izmantoti vielmaiņas procesā.

Citoplazma

Tā ir daļa no dzīvas šūnas (protoplasta) bez plazmas membrānas vai kodola. Citoplazmas sastāvā ietilpst: citoplazmas matrica, citoskelets, organellas un ieslēgumi (dažkārt ieslēgumi un vakuolu saturs netiek uzskatīti par citoplazmas dzīvo vielu). Norobežots no ārējā vide plazmas membrāna, citoplazma ir šūnu iekšējā pusšķidra vide. Eikariotu šūnu citoplazma satur kodolu un dažādas organellas. Tajā ir arī dažādi ieslēgumi – šūnu aktivitātes produkti, vakuoli, kā arī sīkas caurulītes un pavedieni, kas veido šūnas skeletu. Citoplazmas galvenās vielas sastāvā dominē olbaltumvielas.

Citoplazmas funkcijas

1) tajā notiek galvenie vielmaiņas procesi.

2) apvieno kodolu un visas organellas vienā veselumā, nodrošina to mijiedarbību.

3) kustīgums, aizkaitināmība, vielmaiņa un vairošanās.

Mobilitāte izpaužas dažādas formas:

Šūnu citoplazmas intracelulāra kustība.

Amēboīdu kustība. Šis kustības veids izpaužas kā pseidopodiju veidošanās citoplazmā pret konkrētu stimulu vai prom no tā. Šī kustības forma ir raksturīga amēbai, asins leikocītiem un arī dažām audu šūnām.

Mirgojoša kustība. Tas parādās sīku protoplazmas izaugumu - skropstu un flagellas (ciliātu, daudzšūnu dzīvnieku epitēlija šūnu, spermas uc) sitienu veidā.

Kontraktīvā kustība. To nodrošina īpašas miofibrilu organellas klātbūtne citoplazmā, kuras saīsināšana vai pagarināšana veicina šūnas kontrakciju un relaksāciju. Spēja sarauties visvairāk attīstīta muskuļu šūnās.

Uzbudināmība izpaužas kā šūnu spēja reaģēt uz kairinājumu, mainot vielmaiņu un enerģiju.

Citoskelets

Viena no eikariotu šūnas raksturīgajām iezīmēm ir skeleta veidojumu klātbūtne tās citoplazmā mikrotubulu un proteīnu šķiedru saišķu veidā. Citoskeleta elementi, kas cieši saistīti ar ārējo citoplazmas membrānu un kodola apvalku, veido sarežģītus audumus citoplazmā.

Citoskeletu veido mikrotubulas, mikrofilamenti un mikrotrabekulārā sistēma. Citoskelets nosaka šūnas formu, piedalās šūnu kustībās, pašas šūnas dalīšanā un kustībā, kā arī organellu intracelulārajā transportā.

Mikrotubulas ir atrodami visās eikariotu šūnās un ir dobi, nesazaroti cilindri, kuru diametrs nepārsniedz 30 nm, bet sieniņu biezums ir 5 nm. To garums var sasniegt vairākus mikrometrus. Viegli sadalāms un saliekams. Mikrotubulu siena galvenokārt sastāv no proteīna tubulīna spirālveida apakšvienībām (2.09. att.)

Mikrotubulu funkcijas:

1) veic atbalsta funkciju;

2) veido vārpstu; nodrošināt hromosomu novirzīšanos uz šūnas poliem; atbildīgs par šūnu organellu kustību;

3) piedalīties intracelulārajā transportā, sekrēcijā un šūnu sieniņu veidošanā;

4) ir strukturālā sastāvdaļa skropstas, flagellas, bazālie ķermeņi un centrioli.

Mikrofilamenti ir attēloti ar pavedieniem ar diametru 6 nm, kas sastāv no aktīna proteīna, kas ir tuvu muskuļu aktīnam. Aktīns veido 10-15% no kopējā šūnu proteīna. Lielākajā daļā dzīvnieku šūnu tieši zem plazmas membrānas veidojas blīvs aktīna pavedienu un saistīto proteīnu tīkls.

Papildus aktīnam šūnā atrodami arī miozīna pavedieni. Tomēr to skaits ir daudz mazāks. Aktīna un miozīna mijiedarbība izraisa muskuļu kontrakciju. Mikrofilamenti ir saistīti ar visas šūnas vai tās atsevišķu struktūru kustību tajā. Dažos gadījumos kustību nodrošina tikai aktīna pavedieni, citos aktīns kopā ar miozīnu.

Mikrofilamentu funkcijas

1) mehāniskā izturība

2) ļauj šūnai mainīt formu un kustēties.

Rīsi. 2.09. Citoskelets

Organellas (vai organellas)

Ir sadalīti bezmembrānas, vienmembrānas un dubultmembrānas.

UZ nemembrānas organellas Eikariotu šūnās ietilpst organellas, kurām nav savas slēgtas membrānas, proti: ribosomas un organellas, kas veidotas uz tubulīna mikrotubulu bāzes - šūnu centrs (centrioles) Un kustības organelli (karogs un skropstas). Lielākajā daļā vienšūnu organismu šūnās un lielākajā daļā augstāko (sauszemes) augu centriolu nav.

UZ vienas membrānas organellas attiecas: Endoplazmatiskais tīkls, Golgi aparāts, lizosomas, peroksisomas, sferosomas, vakuoli un daži citi. Visas vienas membrānas organellas ir savstarpēji savienotas vienā šūnu sistēmā. Augu šūnām ir īpašas lizosomas, dzīvnieku šūnās ir īpašas vakuoli: gremošanas, ekskrēcijas, saraušanās, fagocītu, autofagocītu u.c.

UZ dubultās membrānas organellas attiecas mitohondriji un plastidi.

Nemembrānas organellas

A) Ribosomas- organellas, kas atrodamas visu organismu šūnās. Tās ir mazas organellas, kuras attēlo lodveida daļiņas, kuru diametrs ir aptuveni 20 nm. Ribosomas sastāv no divām nevienāda izmēra apakšvienībām – lielas un mazas. Ribosomas satur olbaltumvielas un ribosomu RNS (rRNS). Ir divi galvenie ribosomu veidi: eikariotu (80S) un prokariotu (70S).

Atkarībā no atrašanās vietas šūnā citoplazmā atrodas brīvas ribosomas, kas sintezē olbaltumvielas un pievienotās ribosomas - ribosomas, kas ar lielām apakšvienībām savienotas ar ER membrānu ārējo virsmu, sintezējot olbaltumvielas, kas nonāk Golgi kompleksā un pēc tam tiek izdalītas šūna. Olbaltumvielu biosintēzes laikā ribosomas var apvienoties kompleksos – poliribosomās (polisomās).

Eikariotu ribosomas veidojas kodolā. Pirmkārt, rRNS tiek sintezētas uz nukleolārās DNS, kuras pēc tam pārklāj ar ribosomu proteīniem, kas nāk no citoplazmas, tiek sadalīti līdz vajadzīgajam izmēram un veido ribosomu apakšvienības. Kodolā nav pilnībā izveidotu ribosomu. Apakšvienību kombinācija veselā ribosomā notiek citoplazmā, parasti olbaltumvielu biosintēzes laikā.

Ribosomas ir atrodamas visu organismu šūnās. Katrs sastāv no divām daļiņām, mazām un lielām. Ribosomas satur olbaltumvielas un RNS.

Funkcijas

proteīnu sintēze.

Sintezētie proteīni vispirms uzkrājas endoplazmatiskā retikuluma kanālos un dobumos un pēc tam tiek transportēti uz organellām un šūnu vietām. EPS un ribosomas, kas atrodas uz tā membrānām, ir viens aparāts proteīnu biosintēzei un transportēšanai (2.10.-2.11. att.).

Rīsi. 2.10. Ribosomu struktūra

Rīsi. 2.11. Ribosomu struktūra

B) Šūnu centrs (centrioles)

Centriols ir cilindrs (0,3 µm garš un 0,1 µm diametrā), kura sieniņu veido deviņas trīs sapludinātu mikrotubulu grupas (9 tripleti), kas noteiktos intervālos ir savstarpēji savienotas ar šķērssavienojumiem. Bieži centrioli tiek apvienoti pa pāriem, kur tie atrodas taisnā leņķī viens pret otru. Ja centriole atrodas ciliuma vai flagelluma pamatnē, tad to sauc par bazālo ķermeni.

Gandrīz visās dzīvnieku šūnās ir centriolu pāris, kas ir šūnu centra vidējais elements.

Pirms dalīšanās centrioli novirzās uz pretpoliem un pie katra no tiem parādās meitas centriole. No centrioliem, kas atrodas dažādos šūnas polos, veidojas mikrocaurules, kas aug viena pret otru.

Funkcijas

1) veido mitotisku vārpstu, kas atvieglo ģenētiskā materiāla vienmērīgu sadalījumu starp meitas šūnām,

2) ir citoskeleta organizācijas centrs. Daži vārpstas pavedieni ir pievienoti hromosomām.

Centrioli ir citoplazmas organoīdi, kas paši replikējas. Tie rodas esošo dublēšanās rezultātā. Tas notiek, kad centrioli atdalās. Nenobriedušais centriols satur 9 atsevišķas mikrotubulas; Acīmredzot katrs mikrotubulis ir veidne nobriedušam centriolam raksturīgu tripletu montāžai (2.12. att.).

Cetrioli ir atrodami zemāko augu (aļģu) šūnās.

Rīsi. 2.12. Šūnu centra centrioli

Vienas membrānas organellas

D) Endoplazmatiskais tīkls (ER)

Visa citoplazmas iekšējā zona ir piepildīta ar daudziem maziem kanāliem un dobumiem, kuru sienas ir membrānas, kas pēc struktūras ir līdzīgas plazmas membrānai. Šie kanāli sazarojas, savienojas viens ar otru un veido tīklu, ko sauc par endoplazmas tīklu. Endoplazmatiskais tīkls ir neviendabīgs savā struktūrā. Ir zināmi divi tā veidi - granulēts Un gluda.

Uz granulētā tīkla kanālu un dobumu membrānām ir daudz mazu apaļu ķermeņu - ribosomas, kas piešķir membrānām raupju izskatu. Gludā endoplazmatiskā retikuluma membrānām uz virsmas nav ribosomu. EPS veic daudzas dažādas funkcijas.

Funkcijas

Granulētā endoplazmatiskā retikuluma galvenā funkcija ir līdzdalība proteīnu sintēzē, kas notiek ribosomās. Lipīdu un ogļhidrātu sintēze notiek uz gludā endoplazmatiskā tīkla membrānām. Visi šie sintēzes produkti uzkrājas kanālos un dobumos, un pēc tam tiek transportēti uz dažādām šūnas organellām, kur tie tiek patērēti vai uzkrājas citoplazmā kā šūnu ieslēgumi. EPS savieno galvenās šūnas organellus savā starpā (2.13. att.).

Rīsi. 2.13. Endoplazmatiskā tīkla (ER) jeb retikuluma struktūra

D) Golgi aparāts

Šīs organellas struktūra ir līdzīga augu un dzīvnieku organismu šūnās, neskatoties uz tās formas daudzveidību. Veic daudzas svarīgas funkcijas.

Vienas membrānas organelles. Tās ir saplacinātu “cisternu” krāvumi ar paplašinātām malām, ar kurām saistīta mazu vienas membrānas pūslīšu (Golgi pūslīšu) sistēma. Golgi pūslīši galvenokārt ir koncentrēti pusē, kas atrodas blakus ER, un gar skursteņu perifēriju. Tiek uzskatīts, ka tie pārnes olbaltumvielas un lipīdus uz Golgi aparātu, kura molekulas, pārvietojoties no tvertnes uz tvertni, tiek ķīmiski pārveidotas.

Visas šīs vielas vispirms uzkrājas, kļūst ķīmiski sarežģītas un pēc tam lielu un mazu burbuļu veidā nonāk citoplazmā un tiek vai nu izmantotas pašā šūnā tās dzīves laikā, vai arī izņemtas no tās un izmantotas organismā. (2.14.-2.15. att.).

Rīsi. 2.14. Golgi aparāta uzbūve

Funkcijas:

Olbaltumvielu, lipīdu, ogļhidrātu modifikācija un uzkrāšana;

Ienākošo organisko vielu iepakošana membrānas burbuļos (vezikulās);

Lizosomu veidošanās vieta;

Sekrēcijas funkcija, tāpēc Golgi aparāts ir labi attīstīts sekrēcijas šūnās.

Rīsi. 2.15. Golgi komplekss

E) Lizosomas

Tie ir mazi apaļi ķermeņi. Lizosomas iekšpusē ir fermenti, kas sadala olbaltumvielas, taukus, ogļhidrātus un nukleīnskābes. Lizosomas pietuvojas citoplazmā nonākušai pārtikas daļiņai, saplūst ar to, un veidojas viena gremošanas vakuole, kuras iekšpusē atrodas lizosomu enzīmu ieskauta pārtikas daļiņa.

Lizosomu enzīmi tiek sintezēti uz neapstrādātā ER un pārvietojas uz Golgi aparātu, kur tie tiek modificēti un iepakoti lizosomu membrānas pūslīšos. Lizosoma var saturēt no 20 līdz 60 dažādi veidi hidrolītiskie enzīmi. Vielu sadalīšanu, izmantojot fermentus sauc līze.

Ir primārās un sekundārās lizosomas. Lizosomas, kas rodas no Golgi aparāta, sauc par primārajām.

Sekundārās sauc par lizosomām, kas veidojas primāro lizosomu saplūšanas rezultātā ar endocītu vakuoliem. Šajā gadījumā tie sagremo vielas, kas šūnā nonāk fagocitozes vai pinocitozes ceļā, tāpēc tās var saukt par gremošanas vakuoliem.

Lizosomu funkcijas:

1) endocitozes laikā šūnas uztverto vielu vai daļiņu sagremošana (baktērijas, citas šūnas),

2) autofagija - šūnai nevajadzīgu struktūru iznīcināšana, piemēram, nomainot vecos organellus ar jaunām, vai sagremot olbaltumvielas un citas vielas, kas rodas pašā šūnā,

3) autolīze - šūnas pašsagremošanās, kas noved pie tās nāves (dažreiz šis process nav patoloģisks, bet pavada organisma attīstību vai dažu specializētu šūnu diferenciāciju) (2.16.-2.17. att.).

Piemērs: Kurkulim pārtopot par vardi, astes šūnās esošās lizosomas to sagremo: aste pazūd, un šajā procesā radušās vielas uzsūcas un izmanto citas ķermeņa šūnas.

Rīsi. 2.16. Lizosomu veidošanās

Rīsi. 2.17. Lizosomu darbība

G) Peroksisomas

Organellas, kas pēc uzbūves līdzīgas lizosomām, pūslīši ar diametru līdz 1,5 mikroniem ar viendabīgu matricu, kas satur apmēram 50 enzīmus.

Katalāze izraisa ūdeņraža peroksīda 2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2 sadalīšanos un novērš lipīdu peroksidāciju

Peroksisomas veidojas, pumpuroties no iepriekš esošām, t.i. pieder pie pašreplicējošām organellām, neskatoties uz to, ka tās nesatur DNS. Tie aug, pateicoties enzīmu uzņemšanai, peroksisomālie enzīmi veidojas uz rupjā ER un hialoplazmā (2.18. att.).

Rīsi. 2.18. Peroksisoma (kristālisks nukleoīds centrā)

H) Vakuoli

Vienas membrānas organellas. Vakuoli ir "konteineri", kas piepildīti ar organisko un neorganisko vielu ūdens šķīdumiem. Vakuolu veidošanā piedalās ER un Golgi aparāti.

Jaunās augu šūnas satur daudz mazu vakuolu, kas, šūnām augot un diferencējoties, saplūst viena ar otru un veido vienu lielu centrālo vakuolu.

Centrālā vakuola var aizņemt līdz 95% no nobriedušas šūnas tilpuma, kodols un organoīdi tiek virzīti uz šūnas membrānu. Membrānu, kas ierobežo augu vakuolu, sauc tonoplasts.

Šķidrumu, kas aizpilda augu vakuolu, sauc par šūnu sulu. Šūnu sula satur ūdenī šķīstošu organisko un neorganiskie sāļi, monosaharīdi, disaharīdi, aminoskābes, galīgie vai toksiskie vielmaiņas produkti (glikozīdi, alkaloīdi), daži pigmenti (antocianīni).

Cukurus un olbaltumvielas visbiežāk uzglabā no organiskām vielām. Cukuri bieži ir šķīdumu veidā, olbaltumvielas nonāk ER pūslīšu un Golgi aparāta veidā, pēc tam vakuoli tiek dehidrēti, pārvēršoties aleurona graudos.

Dzīvnieku šūnās ir mazi gremošanas un autofagijas vakuoli, kas pieder pie sekundāro lizosomu grupas un satur hidrolītiskos enzīmus. Vienšūnu dzīvniekiem ir arī saraušanās vakuoli, kas veic osmoregulācijas un ekskrēcijas funkciju.

Funkcijas

Augos

1) šķidruma uzkrāšanās un turgora uzturēšana,

2) rezerves barības vielu un minerālsāļu uzkrāšanās,

3) ziedu un augļu krāsošana, tādējādi piesaistot apputeksnētājus un augļu un sēklu izplatītājus.

Dzīvniekiem:

4) gremošanas vakuoli - iznīcina organiskās makromolekulas;

5) kontraktilie vakuoli regulē šūnas osmotisko spiedienu un izvada no šūnas nevajadzīgās vielas

6) fagocītu vakuoli veidojas imūno šūnu antigēnu fagocitozes laikā

7) autofagocītiskās vakuolas veidojas imūnšūnu pašu audu fagocitozes laikā

Divu membrānu organelli (mitohondriji un plastidi)

Šīs organellas ir daļēji autonomas, jo tām ir sava DNS un savs proteīnu sintēzes aparāts. Mitohondriji ir atrodami gandrīz visās eikariotu šūnās. Plastīdi ir atrodami tikai augu šūnās.

I) Mitohondriji

Tās ir organellas, kas piegādā enerģiju vielmaiņas procesiem šūnā. Hialoplazmā mitohondriji parasti izplatās difūzi, bet specializētajās šūnās koncentrējas tajās zonās, kur ir vislielākā nepieciešamība pēc enerģijas. Piemēram, muskuļu šūnās liels skaits mitohondriju koncentrējas gar kontraktilajām fibrilām, gar spermas zizli, nieru kanāliņu epitēlijā, sinapses zonā utt. Šāds mitohondriju izvietojums nodrošina mazāku ATP zudumu. tās difūzijas laikā.

Ārējā membrāna atdala mitohondriju no citoplazmas, ir noslēgta uz sevi un neveido invaginācijas. Iekšējā membrāna ierobežo mitohondriju iekšējo saturu - matricu. Funkcija- daudzu invagināciju veidošanās - cristae, kuru dēļ palielinās iekšējo membrānu laukums. Cristae skaits un attīstības pakāpe ir atkarīga no funkcionālā aktivitāte audumi. Mitohondrijiem ir savs ģenētiskais materiāls (2.19. att.).

Mitohondriju DNS ir slēgta apļveida divpavedienu molekula cilvēka šūnās, tās izmērs ir 16 569 nukleotīdu pāri, kas ir aptuveni 105 reizes mazāks nekā DNS, kas atrodas kodolā. Mitohondrijiem ir sava proteīnu sintezēšanas sistēma, taču no mitohondriju mRNS tulkoto proteīnu skaits ir ierobežots. Mitohondriju DNS nevar kodēt visus mitohondriju proteīnus. Lielākā daļa mitohondriju proteīnu atrodas kodola ģenētiskajā kontrolē.

Rīsi. 2.19. Mitohondriju struktūra

Mitohondriju funkcijas

1) ATP veidošanās

2) proteīnu sintēze

3) dalība specifiskās sintēzēs, piemēram, steroīdo hormonu (virsnieru dziedzeru) sintēzē

4) izlietotajos mitohondrijos var uzkrāties arī izdalīšanās produkti un kaitīgās vielas, t.i. spēj uzņemties citu šūnu organellu funkcijas

K) Plastids

Plastīdi-organellas, kas raksturīgas tikai augiem.

Ir trīs plastidu veidi:

1) hloroplasti(zaļie plastidi);

2) hromoplasti(plastīds dzeltens, oranžs vai sarkans)

3) leikoplasti(bezkrāsaini plastidi).

Parasti šūnā tiek atrasts tikai viena veida plastids.

Hloroplasti

Šīs organellas ir atrodamas lapu šūnās un citos augu zaļajos orgānos, kā arī dažādās aļģēs. Augstākos augos vienā šūnā parasti ir vairāki desmiti hloroplastu. Hloroplastu zaļā krāsa ir atkarīga no hlorofila pigmenta satura tajos.

Hloroplasts ir galvenā augu šūnu organelle, kurā notiek fotosintēze, t.i., organisko vielu (ogļhidrātu) veidošanās no neorganiskām vielām (CO 2 un H 2 O), izmantojot enerģiju. saules gaisma. Hloroplasti pēc struktūras ir līdzīgi mitohondrijiem.

Hloroplastiem ir sarežģīta struktūra. Tos no hialoplazmas atdala divas membrānas - ārējās un iekšējās. Iekšējo saturu sauc stroma. Iekšējā membrāna hloroplasta iekšpusē veido sarežģītu, stingri sakārtotu membrānu sistēmu plakanu burbuļu veidā, ko sauc par tilakoīdi.

Tilakoīdi tiek savākti kaudzēs - graudi, kas atgādina monētu kolonnas . Granas ir savstarpēji savienotas ar stromas tilakoīdiem, kas iet caur tiem visā plastidā. (2.20.-2.22. att.). Hlorofils un hloroplasti veidojas tikai gaismā.

Rīsi. 2.20. Hloroplasti zem gaismas mikroskopa

Rīsi. 2.21. Hloroplasta uzbūve zem elektronu mikroskopa

Rīsi. 2.22. Hloroplastu shematiskā struktūra

Funkcijas

1) fotosintēze(organisko vielu veidošanās no neorganiskām vielām gaismas enerģijas ietekmē). Hlorofilam ir galvenā loma šajā procesā. Tas absorbē gaismas enerģiju un virza to uz fotosintēzes reakciju veikšanu. Hloroplastos, tāpat kā mitohondrijās, notiek ATP sintēze.

2) piedalīties aminoskābju un taukskābju sintēzē,

3) kalpot par cietes pagaidu rezervju glabātuvi.

Leikoplasti- mazi bezkrāsaini plastidi, kas atrodas no saules gaismas paslēptu orgānu šūnās (saknes, sakneņi, bumbuļi, sēklas). To struktūra ir līdzīga hloroplastu struktūrai (2.23. att.).

Taču atšķirībā no hloroplastiem leikoplastiem ir vāji attīstīta iekšējā membrānu sistēma, jo tie ir iesaistīti rezerves barības vielu - cietes, olbaltumvielu un lipīdu - sintēzē un uzkrāšanā. Gaismā leikoplasti var pārvērsties par hloroplastiem.

Rīsi. 2.23. Leikoplasta struktūra

Hromoplasti- plastidiem ir oranža, sarkana un dzeltena krāsa, ko izraisa karotinoīdu grupai piederošie pigmenti. Hromoplasti ir atrodami daudzu augu ziedlapu šūnās, nobriedušos augļos un reti sakņu dārzeņos, kā arī rudens lapas. Hromoplastu iekšējās membrānas sistēmas parasti nav (24. att.).

Rīsi. 2.24. Hromoplastu struktūra

Hromoplastu nozīme vēl nav pilnībā noskaidrota. Lielākā daļa no tiem ir novecojoši plastidi. Tie, kā likums, attīstās no hloroplastiem, savukārt hlorofils un iekšējās membrānas struktūra tiek iznīcināta plastidos un uzkrājas karotinoīdi. Tas notiek, kad augļi nogatavojas un lapas rudenī kļūst dzeltenas. Hromoplastu bioloģiskā nozīme ir tāda, ka tie nosaka spilgta krāsa ziedi un augļi, piesaistot kukaiņus savstarpējai apputeksnēšanai un citus dzīvniekus augļu izplatīšanai. Leikoplasti var arī pārveidoties par hromoplastiem.

Plastīdu funkcijas

Organisko vielu sintēze hlorofilā no vienkāršiem neorganiskiem savienojumiem: oglekļa dioksīds un ūdens saules gaismas kvantu klātbūtnē - fotosintēze, ATP sintēze fotosintēzes gaismas fāzē

Olbaltumvielu sintēze uz ribosomām (starp hloroplasta iekšējām membrānām atrodas DNS, RNS un ribosomas, tāpēc hloroplastos, kā arī mitohondrijās notiek šo organellu darbībai nepieciešamā proteīna sintēze).

Hromoplastu klātbūtne izskaidro ziedu, augļu un rudens lapu vainagu dzelteno, oranžo un sarkano krāsu.

Leikoplasti satur uzglabāšanas vielas (stublājos, saknēs, bumbuļos).

Hloroplasti, hromoplasti un leikoplasti spēj apmainīties ar šūnām. Tātad, kad augļi nogatavojas vai lapas maina krāsu rudenī, hloroplasti pārvēršas par hromoplastiem, bet leikoplasti var pārvērsties par hloroplastiem, piemēram, kad kartupeļu bumbuļi kļūst zaļi.

Evolūcijas izpratnē primārais, sākotnējais plastidu veids ir hloroplasti, no kuriem cēlušies pārējie divi plastidu veidi. Plastīdiem ir daudz kopīgas iezīmes ar mitohondrijiem, atšķirot tos no citām citoplazmas sastāvdaļām. Tas, pirmkārt, ir divu membrānu apvalks un relatīvā ģenētiskā autonomija savu ribosomu un DNS klātbūtnes dēļ. Šī organellu unikalitāte veidoja pamatu idejai, ka plastidu un mitohondriju priekšteči bija baktērijas, kuras evolūcijas procesā tika iebūvētas eikariotu šūnā un pakāpeniski pārvērtās par hloroplastiem un mitohondrijiem. (2.25. att.).

Rīsi. 2.25. Mitohondriju un hloroplastu veidošanās saskaņā ar simbioģenēzes teoriju

Šūna jau sen ir definēta kā visu dzīvo būtņu struktūrvienība. Un tā tiešām ir. Galu galā miljardiem šo struktūru, piemēram, ķieģeļu, veido augus un dzīvniekus, baktērijas un mikroorganismus, kā arī cilvēkus. Katrs orgāns, audi, ķermeņa sistēma – viss ir veidots no šūnām.

Tāpēc ir ļoti svarīgi zināt visus tā iekšējās struktūras, ķīmiskā sastāva un notiekošo bioķīmisko reakciju smalkumus. Šajā rakstā mēs apskatīsim, kas ir plazmas membrāna, kādas funkcijas tā veic un struktūra.

Šūnu organellas

Organelli ir mazākās struktūras daļas, kas atrodas šūnā un nodrošina tās struktūru un dzīvībai svarīgās funkcijas. Tie ietver daudz dažādu pārstāvju:

1. Plazmas membrāna.
2. Kodols un kodoli ar hromosomu materiālu.
3. Citoplazma ar ieslēgumiem.
4. Lizosomas.
5. Mitohondriji.
6. Ribosomas.
7. Vakuoli un hloroplasti, ja šūna ir augu.

Katrai no uzskaitītajām struktūrām ir sava sarežģīta struktūra, ko veido augstas molekulmasas vielas (HMC), tā veic stingri noteiktas funkcijas un piedalās bioķīmisko reakciju kompleksā, kas nodrošina visa organisma dzīvības funkcijas kopumā.

Membrānas vispārējā struktūra

Plazmas membrānas struktūra ir pētīta kopš 18. gadsimta. Toreiz pirmo reizi tika atklāta tā spēja selektīvi nodot vai saglabāt vielas. Attīstoties mikroskopijai, ir kļuvusi daudz iespējama membrānas smalkās struktūras un struktūras izpēte, un tāpēc šodien par to ir zināms gandrīz viss.

Tās galvenā nosaukuma sinonīms ir plasmalemma. Plazmas membrānas sastāvu attēlo trīs galvenie IUD veidi:

• olbaltumvielas;
• lipīdi;
• ogļhidrāti.

Šo savienojumu attiecība un atrašanās vieta var atšķirties dažādu organismu (augu, dzīvnieku vai baktēriju) šūnās.

Struktūras šķidruma mozaīkas modelis

Daudzi zinātnieki ir mēģinājuši izdarīt pieņēmumus par to, kā lipīdi un proteīni atrodas membrānā. Tomēr tikai 1972. gadā zinātnieki Singer un Nicholson ierosināja modeli, kas joprojām ir aktuāls un atspoguļo plazmas membrānas struktūru. To sauc par šķidro mozaīku, un tās būtība ir šāda: dažāda veida lipīdi ir izvietoti divos slāņos, kas ir orientēti ar molekulu hidrofobajiem galiem uz iekšu un hidrofilajiem galiem uz āru. Turklāt visa struktūra, tāpat kā mozaīka, ir caurstrāvota ar dažāda veida olbaltumvielu molekulām, kā arī nelielu daudzumu heksozes (ogļhidrātu).

Visa piedāvātā sistēma ir pastāvīgā dinamikā. Olbaltumvielas spēj ne tikai caur un cauri iekļūt bilipīda slānī, bet arī orientēties vienā no tā malām, iestrādājoties iekšā. Vai pat brīvi “staigāt” gar membrānu, mainot atrašanās vietu.

Mikroskopiskās analīzes dati sniedz pierādījumus, lai atbalstītu un pamatotu šo teoriju. Melnbaltās fotogrāfijās membrānas slāņi ir skaidri redzami, augšējais un apakšējais ir vienlīdz tumšs, bet vidējais ir gaišāks. Tika veikti arī vairāki eksperimenti, kas pierādīja, ka slāņu pamatā ir tieši lipīdi un proteīni.

Plazmas membrānas proteīni

Ja ņemam vērā lipīdu un olbaltumvielu procentuālo daudzumu augu šūnas membrānā, tas būs aptuveni vienāds - 40/40%. Dzīvnieku plazmalemmā līdz 60% veido olbaltumvielas, baktēriju plazmalemmā - līdz 50%.

Plazmas membrāna sastāv no dažāda veida olbaltumvielām, un arī katra no tām funkcijas ir specifiskas.

1. Perifērijas molekulas. Tie ir proteīni, kas ir orientēti uz lipīdu divslāņu iekšējās vai ārējās daļas virsmu. Galvenie mijiedarbības veidi starp molekulāro struktūru un slāni ir šādi:

• ūdeņraža saites;
• jonu mijiedarbība vai sāls tilti;
• elektrostatiskā pievilcība.

Pašas perifērās olbaltumvielas ir ūdenī šķīstoši savienojumi, tāpēc tos nav grūti atdalīt no plazmlemmas bez bojājumiem. Kādas vielas pieder šīm struktūrām? Visizplatītākais un daudzskaitlīgākais ir fibrilārais proteīna spektrs. Tas var būt līdz 75% visu membrānas proteīnu masā atsevišķās šūnu plazmalemmās.

Kāpēc tie ir vajadzīgi un kā no tiem ir atkarīga plazmas membrāna? Funkcijas ir šādas:

• šūnu citoskeleta veidošanās;
• nemainīgas formas saglabāšana;
• integrālo olbaltumvielu pārmērīgas mobilitātes ierobežošana;
• jonu transporta koordinēšana un īstenošana caur plazmlemmu;
• var saistīties ar oligosaharīdu ķēdēm un piedalīties receptoru signalizācijā no un uz membrānu.

2. Daļēji integrēti proteīni. Šādas molekulas ir tās, kas ir pilnībā vai daļēji iegremdētas lipīdu divslānī dažādos dziļumos. Piemēri ir bakteriorodopsīns, citohroma oksidāze un citi. Tos sauc arī par “noenkurotiem” proteīniem, tas ir, it kā piestiprināti slāņa iekšpusē. Ar ko viņi var saskarties un kā tie iesakņojas un noturas? Visbiežāk pateicoties īpašām molekulām, kas var būt miristīnskābes vai palmitīnskābes, izoprēni vai sterīni. Piemēram, daļēji integrēti proteīni, kas saistīti ar holesterīnu, ir atrodami dzīvnieku plazmalemmā. Tie vēl nav atrasti augos vai baktērijās.

3. Integrālie proteīni. Daži no svarīgākajiem plazmlemmā. Tās ir struktūras, kas veido kaut ko līdzīgu kanāliem, kas caur un cauri iekļūst abos lipīdu slāņos. Tieši pa šiem ceļiem šūnā nonāk daudzas molekulas, tās, kurām lipīdi nelaiž cauri. Tāpēc integrālo struktūru galvenā loma ir jonu kanālu veidošana transportēšanai.

Ir divu veidu lipīdu slāņa iespiešanās:

• monotopisks - vienreiz;
• politopisks - vairākās vietās.

Integrālo proteīnu šķirnes ietver glikoforīnu, proteolipīdus, proteoglikānus un citus. Visi no tiem nešķīst ūdenī un ir cieši iekļauti lipīdu slānī, tāpēc tos nav iespējams noņemt, nesabojājot plazmlemmas struktūru. Šiem proteīniem ir lodveida struktūra, to hidrofobais gals atrodas lipīdu slāņa iekšpusē, bet hidrofilais gals atrodas virs tā un var pacelties virs visas struktūras. Kādu mijiedarbību dēļ integrālie proteīni tiek turēti iekšā? Šajā gadījumā viņiem palīdz hidrofobiskā pievilcība taukskābju radikāļiem.

Tādējādi ir vairākas dažādas olbaltumvielu molekulas, kuras ietver plazmas membrāna. Šo molekulu struktūru un funkcijas var apvienot vairākos vispārīgos punktos.

1. Strukturālie perifērie proteīni.
2. Katalītisko enzīmu proteīni (daļēji integrāli un integrāli).
3. Receptors (perifērs, integrāls).
4. Transports (integrēts).

Plazmas lipīdi

Šķidrais lipīdu divslānis, kas veido plazmas membrānu, var būt ļoti kustīgs. Fakts ir tāds, ka dažādas molekulas var pārvietoties no augšējā slāņa uz apakšējo un otrādi, tas ir, struktūra ir dinamiska. Šādām pārejām zinātnē ir savs nosaukums - “flip-flop”. Tas tika izveidots no fermenta nosaukuma, kas katalizē molekulu pārkārtošanās procesus vienā monoslānī vai no augšējā uz apakšējo un otrādi, flipāzi.

Lipīdu daudzums, ko satur šūnas plazmas membrāna, ir aptuveni tāds pats kā olbaltumvielu skaits. Sugu daudzveidība ir plaša. Var izdalīt šādas galvenās grupas:

• fosfolipīdi;
• sfingofosfolipīdi;
• glikolipīdi;
• holesterīns

Pirmajā fosfolipīdu grupā ietilpst tādas molekulas kā glicerofosfolipīdi un sfingomielīni. Šīs molekulas veido membrānas divslāņa pamatu. Savienojumu hidrofobie gali ir vērsti slānī, hidrofilie gali ir vērsti uz āru. Savienojuma piemēri:

• fosfatidilholīns;
• fosfatidilserīns;
• kardiolipīns;
• fosfatidilinozitols;
• sfingomielīns;
• fosfatidilglicerīns;
• Fosfatidiletanolamīns.

Lai pētītu šīs molekulas, tiek izmantota metode, kas dažās daļās iznīcina membrānas slāni, izmantojot fosfolipāzi, īpašu enzīmu, kas katalizē fosfolipīdu sadalīšanās procesu.

Norādīto savienojumu funkcijas ir šādas:

1. Nodrošināt vispārējā struktūra un plazmlemmas divslāņu struktūra.
2. Tie saskaras ar proteīniem uz virsmas un slāņa iekšpusē.
3. Definējiet agregācijas stāvoklis, kas šūnas plazmas membrānai būs dažādos temperatūras apstākļos.
4. Tie piedalās dažādu molekulu plazmlemmas ierobežotajā caurlaidībā.
5. Veidlapa dažādi veidišūnu membrānu mijiedarbība savā starpā (desmosoma, spraugai līdzīga telpa, ciešs savienojums).

Sfingofosfolipīdi un membrānas glikolipīdi

Sfingomielīni vai sfingofosfolipīdi tajos ķīmiskā daba- aminospirta sfingozīna atvasinājumi. Kopā ar fosfolipīdiem tie piedalās membrānas bilipīdā slāņa veidošanā.

Glikolipīdi ietver glikokaliksu, vielu, kas lielā mērā nosaka plazmas membrānas īpašības. Tas ir želejveida savienojums, kas galvenokārt sastāv no oligosaharīdiem. Glikokalikss aizņem 10% no kopējās plazmlemmas masas. Plazmas membrāna, struktūra un funkcijas, ko tā veic, ir tieši saistītas ar šo vielu. Piemēram, glikokalikss veic:

• membrānas marķiera funkcija;
• receptors;
• daļiņu parietālās gremošanas procesi šūnā.

Jāņem vērā, ka glikokaliksa lipīda klātbūtne ir raksturīga tikai dzīvnieku šūnām, bet ne augu, baktēriju un sēnīšu šūnām.

Holesterīns (membrānas sterīns)

Tā ir svarīga šūnu divslāņa sastāvdaļa zīdītājiem. Tas nav atrodams ne augos, ne baktērijās vai sēnēs. No ķīmiskā viedokļa tas ir spirts, ciklisks, vienvērtīgs.

Tāpat kā citiem lipīdiem, tam ir amfifilas īpašības (molekulas hidrofila un hidrofoba gala klātbūtne). Membrānā tai ir svarīga loma kā divslāņu plūstamības ierobežotājam un regulatoram. Tas piedalās arī D vitamīna ražošanā un ir līdzdalībnieks dzimumhormonu veidošanā.

Augu šūnas satur fitosterīnus, kas nepiedalās dzīvnieku membrānu veidošanā. Saskaņā ar dažiem datiem ir zināms, ka šīs vielas nodrošina augu izturību pret noteikta veida slimībām.

Plazmas membrānu veido holesterīns un citi lipīdi kopējā mijiedarbībā, kompleksā.

Ogļhidrātu membrāna

Šī vielu grupa veido aptuveni 10% no kopējā plazmas membrānas savienojumu sastāva. Vienkāršā formā mono-, di- un polisaharīdi nav atrodami, bet tikai glikoproteīnu un glikolipīdu veidā.

Viņu funkcijas ir kontrolēt intra- un starpšūnu mijiedarbību, uzturēt noteiktu proteīnu molekulu struktūru un stāvokli membrānā, kā arī veikt uztveršanu.

Plazmalemmas galvenās funkcijas

Plazmas membrānai šūnā ir ļoti svarīga loma. Tās funkcijas ir daudzšķautņainas un svarīgas. Apskatīsim tos tuvāk.

1. Atdala šūnas saturu no apkārtējās vides un pasargā to no ārējām ietekmēm. Pateicoties membrānas klātbūtnei, tas tiek uzturēts nemainīgā līmenī ķīmiskais sastāvs citoplazma un tās saturs.
2. Plazmalemma satur vairākas olbaltumvielas, ogļhidrātus un lipīdus, kas piešķir un uztur šūnas specifisko formu.
3. Katrai šūnu organellei ir membrāna, ko sauc par membrānas pūslīšu (vezikulu).
4. Plasmalemmas komponentu sastāvs ļauj tai pildīt šūnas “sarga” lomu, veicot selektīvu transportēšanu tajā.
5. Receptori, fermenti, bioloģiski aktīvās vielas funkcionē šūnā un iekļūst tajā, sadarbojas ar tās virsmas membrānu tikai pateicoties membrānas olbaltumvielām un lipīdiem.
6. Caur plazmas membrānu tiek transportēti ne tikai dažāda rakstura savienojumi, bet arī dzīvībai svarīgi joni (nātrijs, kālijs, kalcijs un citi).
7. Membrāna uztur osmotisko līdzsvaru šūnas ārpusē un iekšpusē.
8. Ar plazmas membrānas palīdzību no citoplazmas uz organellām tiek pārnesti dažāda rakstura joni un savienojumi, elektroni un hormoni.
9. Caur to saules gaisma tiek absorbēta kvantu veidā un šūnas iekšpusē tiek pamodināti signāli.
10. Tieši šī struktūra rada darbības un atpūtas impulsus.
11. Šūnas un tās konstrukciju mehāniskā aizsardzība pret nelielām deformācijām un fizikālām ietekmēm.
12. Pateicoties membrānai, tiek veikta arī šūnu adhēzija, tas ir, saķere un turēšana tuvu viena otrai.

Šūnu plazmalemma un citoplazma ir ļoti cieši savstarpēji saistītas. Plazmas membrāna ir ciešā saskarē ar visām vielām un molekulām, joniem, kas iekļūst šūnā un brīvi atrodas viskozā iekšējā vidē. Šie savienojumi cenšas iekļūt visās šūnu struktūrās, bet barjera ir membrāna, kas caur sevi spēj veikt dažāda veida transportu. Vai arī vispār neizlaidiet dažus savienojumu veidus.

Transporta veidi pāri šūnu barjerai

Transportēšana pa plazmas membrānu tiek veikta vairākos veidos, kurus apvieno viens kopīgs faktors: fiziskā īpašība- vielu difūzijas likums.

1. Pasīvā transportēšana jeb difūzija un osmoze. Tas ietver jonu un šķīdinātāja brīvu kustību caur membrānu pa gradientu no augstas koncentrācijas zonas uz zemu. Nav nepieciešams enerģijas patēriņš, jo tas notiek pats par sevi. Šādi darbojas nātrija-kālija sūknis, skābekļa un oglekļa dioksīda maiņa elpošanas laikā, glikozes izdalīšanās asinīs utt. Ļoti izplatīta parādība ir atvieglota difūzija. Šis process nozīmē kāda veida palīgvielas klātbūtni, kas satver vēlamo savienojumu un velk to pa proteīna kanālu vai caur lipīdu slāni šūnā.
2. Aktīvā transportēšana ietver enerģijas patēriņu absorbcijas un izdalīšanās procesos caur membrānu. Ir divi galvenie veidi: eksocitoze - molekulu un jonu noņemšana ārpusē. Endocitoze ir cieto un šķidro daļiņu uztveršana un iekļūšana šūnā. Savukārt otrā aktīvā transporta metode ietver divu veidu procesus. Fagocitoze, kas ietver cietu molekulu, vielu, savienojumu un jonu uzņemšanu ar membrānas pūslīšu palīdzību un nogādāšanu šūnā. Šī procesa laikā veidojas lieli pūslīši. Savukārt pinocitoze ietver šķidrumu, šķīdinātāju un citu vielu pilienu uzņemšanu un nogādāšanu šūnā. Tas ietver mazu burbuļu veidošanos.

Abiem procesiem – pinocitozei un fagocitozei – ir liela nozīme ne tikai savienojumu un šķidrumu transportēšanā, bet arī šūnas aizsardzībā no atmirušo šūnu atkritumiem, mikroorganismiem un kaitīgiem savienojumiem. Var teikt, ka šīs aktīvās transporta metodes ir arī iespējas šūnas un tās struktūru imunoloģiskai aizsardzībai no dažādām briesmām.

Lielākā daļa uz Zemes dzīvojošo organismu sastāv no šūnām, kuru ķīmiskais sastāvs, struktūra un dzīvībai svarīgas funkcijas ir ļoti līdzīgas. Metabolisms un enerģijas pārveide notiek katrā šūnā. Šūnu dalīšanās ir organismu augšanas un vairošanās procesu pamatā. Tādējādi šūna ir organismu struktūras, attīstības un vairošanās vienība.

Šūna var pastāvēt tikai kā vienota sistēma, kas nav sadalāma daļās. Šūnu integritāti nodrošina bioloģiskās membrānas. Šūna ir augstāka ranga sistēmas elements – organisms. Šūnu daļas un organellas, kas sastāv no sarežģītām molekulām, ir zemākas pakāpes integrālas sistēmas.

Šūna ir atvērta sistēma, kas savienota ar vidi vielu un enerģijas apmaiņas ceļā. Tā ir funkcionāla sistēma, kurā katra molekula veic noteiktas funkcijas. Šūnai piemīt stabilitāte, spēja pašregulēties un pašvairot.

Šūna ir pašpārvaldes sistēma. Šūnas kontroles ģenētisko sistēmu pārstāv sarežģītas makromolekulas - nukleīnskābes (DNS un RNS).

1838.-1839.gadā Vācu biologi M. Šleidens un T. Švāns apkopoja zināšanas par šūnu un formulēja šūnu teorijas galveno nostāju, kuras būtība ir tāda, ka visi organismi, gan augu, gan dzīvnieku, sastāv no šūnām.

1859. gadā R. Virčovs aprakstīja šūnu dalīšanās procesu un formulēja vienu no svarīgākajiem šūnu teorijas noteikumiem: "Katra šūna nāk no citas šūnas." Jaunas šūnas veidojas mātes šūnas dalīšanās rezultātā, nevis no ne-šūnu vielas, kā tika uzskatīts iepriekš.

Krievu zinātnieka K. Bēra 1826. gadā atklājot zīdītāju olas, tika secināts, ka šūna ir daudzšūnu organismu attīstības pamatā.

Mūsdienu šūnu teorija ietver šādus noteikumus:

1) šūna - visu organismu struktūras un attīstības vienība;

2) organismu šūnas no dažādām dzīvās dabas valstībām ir līdzīgas pēc uzbūves, ķīmiskā sastāva, vielmaiņas un dzīvības darbības pamata izpausmēm;

3) mātes šūnas dalīšanās rezultātā veidojas jaunas šūnas;

4) daudzšūnu organismā šūnas veido audus;

5) orgānus veido audi.

Līdz ar modernu bioloģisko, fizikālo un ķīmisko pētījumu metožu ieviešanu bioloģijā ir radusies iespēja pētīt dažādu šūnas komponentu uzbūvi un darbību. Viena no šūnu izpētes metodēm ir mikroskopija. Mūsdienu gaismas mikroskops palielina objektus 3000 reižu un ļauj redzēt lielākās šūnu organellas, novērot citoplazmas kustību un šūnu dalīšanos.

Izgudrots 40. gados. XX gadsimts Elektronu mikroskops sniedz palielinājumu desmitiem un simtiem tūkstošu reižu. Elektronu mikroskopā gaismas vietā tiek izmantota elektronu plūsma, bet lēcu vietā — elektromagnētiskie lauki. Tāpēc elektronu mikroskops rada skaidrus attēlus ar daudz lielāku palielinājumu. Izmantojot šādu mikroskopu, bija iespējams izpētīt šūnu organellu uzbūvi.

Izmantojot metodi, tiek pētīta šūnu organellu struktūra un sastāvs centrifugēšana. Sasmalcinātus audus ar iznīcinātām šūnu membrānām ievieto mēģenēs un pagriež centrifūgā lielā ātrumā. Metode ir balstīta uz faktu, ka dažādiem šūnu organoīdiem ir atšķirīga masa un blīvums. Blīvākas organellas izgulsnējas in vitro, kad zemi ātrumi centrifugēšana, mazāk blīva - augstā līmenī. Šie slāņi tiek pētīti atsevišķi.

Plaši lietots šūnu un audu kultūras metode, kas sastāv no tā, ka no vienas vai vairākām šūnām uz speciālas barotnes var iegūt viena veida dzīvnieku vai augu šūnu grupu un izaudzēt pat veselu augu. Izmantojot šo metodi, var iegūt atbildi uz jautājumu, kā no vienas šūnas veidojas dažādi ķermeņa audi un orgāni.

Šūnu teorijas pamatprincipus pirmie formulēja M. Šleidens un T. Švāns. Šūna ir visu dzīvo organismu struktūras, dzīvībai svarīgās aktivitātes, vairošanās un attīstības vienība. Šūnu pētīšanai izmanto mikroskopijas metodes, centrifugēšanu, šūnu un audu kultūru u.c.

Sēņu, augu un dzīvnieku šūnām ir daudz kopīga ne tikai ķīmiskajā sastāvā, bet arī struktūrā. Pārbaudot šūnu mikroskopā, tajā ir redzamas dažādas struktūras - organoīdi. Katra organelle veic noteiktas funkcijas. Šūnā ir trīs galvenās daļas: plazmas membrāna, kodols un citoplazma (1. attēls).

Plazmas membrāna atdala šūnu un tās saturu no apkārtējās vides. 2. attēlā redzams: membrānu veido divi lipīdu slāņi, un olbaltumvielu molekulas iekļūst membrānas biezumā.

Plazmas membrānas galvenā funkcija transports. Tas nodrošina barības vielu ieplūšanu šūnā un vielmaiņas produktu izvadīšanu no tās.

Svarīga membrānas īpašība ir selektīva caurlaidība, vai daļēji caurlaidība, ļauj šūnai mijiedarboties ar vidi: tajā iekļūst un no tās tiek izņemtas tikai noteiktas vielas. Mazas ūdens molekulas un dažas citas vielas iekļūst šūnā difūzijas ceļā, daļēji caur membrānas porām.

Cukuri, organiskās skābes un sāļi tiek izšķīdināti citoplazmā, augu šūnas vakuolu šūnu sulā. Turklāt to koncentrācija šūnā ir ievērojami augstāka nekā iekšā vidi. Jo augstāka ir šo vielu koncentrācija šūnā, jo vairāk ūdens tā uzņem. Ir zināms, ka šūna pastāvīgi patērē ūdeni, kā rezultātā palielinās šūnu sulas koncentrācija un ūdens atkal nonāk šūnā.

Lielāku molekulu (glikozes, aminoskābju) iekļūšanu šūnā nodrošina membrānas transporta proteīni, kas, savienojoties ar transportējamo vielu molekulām, transportē tās pa membrānu. Šajā procesā tiek iesaistīti fermenti, kas noārda ATP.

1. attēls. Eikariotu šūnas uzbūves vispārināta diagramma.
(lai palielinātu attēlu, noklikšķiniet uz attēla)

2. attēls. Plazmas membrānas struktūra.
1 - caurdurošie proteīni, 2 - iegremdētie proteīni, 3 - ārējie proteīni

3. attēls. Pinocitozes un fagocitozes diagramma.

Pat lielākas olbaltumvielu un polisaharīdu molekulas iekļūst šūnā ar fagocitozi (no grieķu val. fagos- aprij un kitos- trauks, šūna) un šķidruma pilieni - ar pinocitozi (no grieķu valodas. pinot- Es dzeru un kitos) (3. attēls).

Dzīvnieku šūnas, atšķirībā no augu šūnām, ieskauj mīksts un elastīgs “mētelis”, ko veido galvenokārt polisaharīdu molekulas, kas, savienojoties ar dažiem membrānas proteīniem un lipīdiem, apņem šūnu no ārpuses. Polisaharīdu sastāvs ir raksturīgs dažādiem audiem, kuru dēļ šūnas “atpazīst” viena otru un savienojas viena ar otru.

Augu šūnām nav šāda “apvalka”. Virs tiem ir plazmas membrāna ar porām. šūnu membrānu, kas galvenokārt sastāv no celulozes. Caur porām citoplazmas pavedieni stiepjas no šūnas uz šūnu, savienojot šūnas viena ar otru. Tādā veidā tiek panākta saziņa starp šūnām un tiek panākta ķermeņa integritāte.

Šūnu membrāna augos spēlē spēcīga skeleta lomu un aizsargā šūnu no bojājumiem.

Lielākajai daļai baktēriju un visām sēnēm ir šūnu membrāna, atšķiras tikai tās ķīmiskais sastāvs. Sēnēs tas sastāv no hitīnam līdzīgas vielas.

Sēņu, augu un dzīvnieku šūnām ir līdzīga struktūra. Šūnai ir trīs galvenās daļas: kodols, citoplazma un plazmas membrāna. Plazmas membrāna sastāv no lipīdiem un olbaltumvielām. Tas nodrošina vielu iekļūšanu šūnā un to izdalīšanos no šūnas. Augu, sēnīšu un vairumā baktēriju šūnās virs plazmas membrānas atrodas šūnu membrāna. Tas veic aizsargfunkciju un spēlē skeleta lomu. Augos šūnu siena sastāv no celulozes, bet sēnēs - no hitīnam līdzīgas vielas. Dzīvnieku šūnas ir pārklātas ar polisaharīdiem, kas nodrošina kontaktus starp viena un tā paša audu šūnām.

Vai jūs zināt, ka galvenā šūnas daļa ir citoplazma. Tas sastāv no ūdens, aminoskābēm, olbaltumvielām, ogļhidrātiem, ATP un neorganisko vielu joniem. Citoplazma satur šūnas kodolu un organellus. Tajā vielas pārvietojas no vienas šūnas daļas uz otru. Citoplazma nodrošina visu organellu mijiedarbību. Šeit notiek ķīmiskās reakcijas.

Visa citoplazma ir caurstrāvota ar plānām olbaltumvielu mikrotubulām, kas veidojas šūnu citoskelets, pateicoties kam tas saglabā nemainīgu formu. Šūnu citoskelets ir elastīgs, jo mikrotubulas spēj mainīt savu stāvokli, pārvietoties no viena gala un saīsināt no otra. Viņi iekļūst šūnā dažādas vielas. Kas ar viņiem notiek būrī?

Lizosomās - mazās apaļās membrānas pūslīšos (skat. 1. att.) komplekso organisko vielu molekulas ar hidrolītisko enzīmu palīdzību tiek sadalītas vienkāršākās molekulās. Piemēram, olbaltumvielas sadalās aminoskābēs, polisaharīdi – monosaharīdos, tauki – glicirīnā un taukskābēs. Šai funkcijai lizosomas bieži sauc par šūnas “gremošanas stacijām”.

Ja lizosomu membrāna tiek iznīcināta, tajās esošie fermenti var sagremot pašu šūnu. Tāpēc lizosomas dažreiz sauc par "šūnu nogalināšanas ieročiem".

Mazo aminoskābju, monosaharīdu, taukskābju un spirtu molekulu, kas veidojas lizosomās, fermentatīvā oksidēšanās līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim sākas citoplazmā un beidzas citos organellos. mitohondriji. Mitohondriji ir stieņveida, pavedienveidīgi vai sfēriski organoīdi, kurus no citoplazmas norobežo divas membrānas (4. att.). Ārējā membrāna ir gluda, un iekšējā veido krokas - kristas, kas palielina tā virsmu. Iekšējā membrāna satur fermentus, kas piedalās organisko vielu oksidēšanā līdz oglekļa dioksīdam un ūdenim. Tas atbrīvo enerģiju, ko šūna uzglabā ATP molekulās. Tāpēc mitohondrijus sauc par šūnas “elektrostacijām”.

Šūnā organiskās vielas ne tikai oksidējas, bet arī sintezējas. Lipīdu un ogļhidrātu sintēze tiek veikta uz endoplazmatiskā tīkla – EPS (5. att.), bet proteīnu – uz ribosomām. Kas ir EPS? Šī ir cauruļu un cisternu sistēma, kuras sienas veido membrāna. Tie caurstrāvo visu citoplazmu. Vielas pārvietojas pa ER kanāliem uz dažādām šūnas daļām.

Ir gluda un raupja EPS. Uz gludās ER virsmas tiek sintezēti ogļhidrāti un lipīdi, piedaloties fermentiem. ER nelīdzenumu piešķir mazie apaļie ķermeņi, kas atrodas uz tā - ribosomas(sk. 1. att.), kas ir iesaistīti proteīnu sintēzē.

Organisko vielu sintēze notiek arī plastidi, kas atrodami tikai augu šūnās.

Rīsi. 4. Mitohondriju uzbūves shēma.
1.- ārējā membrāna; 2.- iekšējā membrāna; 3.- iekšējās membrānas krokas - cristae.

Rīsi. 5. Aptuvenās EPS struktūras shēma.

Rīsi. 6. Hloroplasta struktūras diagramma.
1.- ārējā membrāna; 2.- iekšējā membrāna; 3.- hloroplasta iekšējais saturs; 4.- iekšējās membrānas krokas, kas savāktas “kaudzēs” un veido grana.

Bezkrāsainos plastidos - leikoplasti(no grieķu val leikozes- balts un plastos- radīts) ciete uzkrājas. Kartupeļu bumbuļi ir ļoti bagāti ar leikoplastiem. Dzeltenas, oranžas un sarkanas krāsas piešķir augļiem un ziediem. hromoplasti(no grieķu val hroms- krāsa un plastos). Viņi sintezē pigmentus, kas iesaistīti fotosintēzē - karotinoīdi. Augu dzīvē tas ir īpaši svarīgi hloroplasti(no grieķu val hlors- zaļgani un plastos) - zaļās plastidas. 6. attēlā redzams, ka hloroplasti ir pārklāti ar divām membrānām: ārējo un iekšējo. Iekšējā membrāna veido krokas; starp krokām ir burbuļi, kas sakārtoti kaudzēs - graudi. Granas satur hlorofila molekulas, kas ir iesaistītas fotosintēzē. Katrā hloroplastā ir aptuveni 50 graudi, kas sakārtoti šaha galdiņa veidā. Šis izkārtojums nodrošina maksimālu katras sejas apgaismojumu.

Citoplazmā olbaltumvielas, lipīdi un ogļhidrāti var uzkrāties graudu, kristālu un pilienu veidā. Šīs iekļaušana- rezerves barības vielas, ko šūna patērē pēc vajadzības.

Augu šūnās daļa no rezerves barības vielām, kā arī sadalīšanās produkti uzkrājas vakuolu šūnu sulās (sk. 1. att.). Tie var veidot līdz pat 90% no augu šūnas tilpuma. Dzīvnieku šūnās ir pagaidu vakuoli, kas aizņem ne vairāk kā 5% no to tilpuma.

Rīsi. 7. Golgi kompleksa uzbūves shēma.

7. attēlā redzama dobumu sistēma, ko ieskauj membrāna. Šis Golgi komplekss, kas šūnā pilda dažādas funkcijas: piedalās vielu uzkrāšanā un transportēšanā, to izvadīšanā no šūnas, lizosomu un šūnas membrānas veidošanā. Piemēram, Golgi kompleksa dobumā nonāk celulozes molekulas, kuras, izmantojot pūslīšus, pārvietojas uz šūnas virsmu un tiek iekļautas šūnas membrānā.

Lielākā daļa šūnu vairojas dalīšanās ceļā. Piedaloties šajā procesā šūnu centrs. Tas sastāv no diviem centrioliem, ko ieskauj blīva citoplazma (sk. 1. att.). Dalīšanās sākumā centrioli virzās uz šūnas poliem. No tiem izplūst olbaltumvielu pavedieni, kas savienojas ar hromosomām un nodrošina to vienmērīgu sadalījumu starp abām meitas šūnām.

Visas šūnu organellas ir cieši savstarpēji saistītas. Piemēram, proteīnu molekulas tiek sintezētas ribosomās, tās pa ER kanāliem tiek transportētas uz dažādām šūnas daļām, un olbaltumvielas tiek iznīcinātas lizosomās. Tikko sintezētas molekulas tiek izmantotas, lai veidotu šūnu struktūras vai uzkrājas citoplazmā un vakuolās kā rezerves barības vielas.

Šūna ir piepildīta ar citoplazmu. Citoplazmā atrodas kodols un dažādas organellas: lizosomas, mitohondriji, plastidi, vakuoli, ER, šūnu centrs, Golgi komplekss. Tie atšķiras pēc struktūras un funkcijām. Visas citoplazmas organellas mijiedarbojas savā starpā, nodrošinot normālu šūnas darbību.

1. tabula. ŠŪNU STRUKTŪRA

Vissvarīgākā loma sēņu, augu un dzīvnieku šūnu dzīvē un dalīšanā ir kodolam un tajā esošajām hromosomām. Lielākajai daļai šo organismu šūnu ir viens kodols, taču ir arī daudzkodolu šūnas, piemēram, muskuļu šūnas. Kodols atrodas citoplazmā, un tam ir apaļa vai ovāla forma. Tas ir pārklāts ar apvalku, kas sastāv no divām membrānām. Kodola apvalkā ir poras, caur kurām notiek vielu apmaiņa starp kodolu un citoplazmu. Kodols ir piepildīts ar kodolsulu, kurā atrodas nukleoli un hromosomas.

Nucleoli- tās ir ribosomu “ražošanas darbnīcas”, kuras veidojas no kodolā izveidotajām ribosomu RNS un citoplazmā sintezētajām olbaltumvielām.

Kodola galvenā funkcija - iedzimtas informācijas uzglabāšana un pārraide - ir saistīta ar hromosomas. Katram organisma veidam ir savs hromosomu komplekts: noteikts skaits, forma un izmērs.

Tiek sauktas visas ķermeņa šūnas, izņemot dzimumšūnas somatisks(no grieķu val soma- ķermenis). Vienas un tās pašas sugas organisma šūnas satur vienu un to pašu hromosomu komplektu. Piemēram, cilvēkiem katrā ķermeņa šūnā ir 46 hromosomas, augļu mušai Drosophila - 8 hromosomas.

Somatiskajām šūnām, kā likums, ir dubults hromosomu komplekts. Tas tiek saukts diploīds un tiek apzīmēts ar 2 n. Tātad cilvēkam ir 23 hromosomu pāri, tas ir, 2 n= 46. Dzimuma šūnas satur uz pusi mazāk hromosomu. Vai tas ir viens, vai haploīds, komplekts. Personai ir 1 n = 23.

Visas somatisko šūnu hromosomas, atšķirībā no dzimumšūnu hromosomām, ir savienotas pārī. Hromosomas, kas veido vienu pāri, ir identiskas viena otrai. Sapārotas hromosomas sauc homologs. Hromosomas, kas pieder pie dažādi pāri un atšķiras pēc formas un izmēra, ko sauc nehomologs(8. att.).

Dažām sugām hromosomu skaits var būt vienāds. Piemēram, sarkanajam āboliņam un zirņiem ir 2 n= 14. Tomēr to hromosomas atšķiras pēc formas, lieluma un DNS molekulu nukleotīdu sastāva.

Rīsi. 8. Hromosomu kopums Drosophila šūnās.

Rīsi. 9. Hromosomu uzbūve.

Lai izprastu hromosomu lomu iedzimtības informācijas pārraidē, ir jāiepazīstas ar to uzbūvi un ķīmisko sastāvu.

Nedalošas šūnas hromosomas izskatās kā gari plāni pavedieni. Pirms šūnu dalīšanās katra hromosoma sastāv no diviem identiskiem pavedieniem - hromatīds, kas ir savienoti starp jostasvietām - (9. att.).

Hromosomas sastāv no DNS un olbaltumvielām. Tā kā DNS nukleotīdu sastāvs dažādās sugās atšķiras, hromosomu sastāvs katrai sugai ir unikāls.

Katrā šūnā, izņemot baktēriju šūnas, ir kodols, kurā atrodas nukleoli un hromosomas. Katrai sugai ir raksturīgs noteikts hromosomu kopums: skaits, forma un izmērs. Lielākajā daļā organismu somatiskajās šūnās hromosomu kopums ir diploīds, dzimumšūnās – haploīds. Pārī savienotās hromosomas sauc par homologām. Hromosomas sastāv no DNS un olbaltumvielām. DNS molekulas nodrošina iedzimtas informācijas uzglabāšanu un pārnešanu no šūnas uz šūnu un no organisma uz organismu.

Izstrādājot šīs tēmas, jums vajadzētu būt iespējai:

1. Paskaidrojiet, kādos gadījumos jāizmanto gaismas mikroskops (struktūra) vai transmisijas elektronu mikroskops.
2. Aprakstiet šūnas membrānas uzbūvi un izskaidrojiet attiecības starp membrānas uzbūvi un tās spēju apmainīties ar vielām starp šūnu un tās vidi.
3. Definējiet procesus: difūzija, atvieglotā difūzija, aktīvais transports, endocitoze, eksocitoze un osmoze. Norādiet atšķirības starp šiem procesiem.
4. Nosauciet struktūru funkcijas un norādiet, kurās šūnās (augu, dzīvnieku vai prokariotu) tās atrodas: kodols, kodola membrāna, nukleoplazma, hromosomas, plazmas membrāna, ribosoma, mitohondrijs, šūnu siena, hloroplasts, vakuola, lizosoma, gluds endoplazmatiskais tīkls (agranulāri) un raupji (granulēti), šūnu centrs, Golgi aparāts, ciliums, flagellum, mezosoma, pili vai fimbrija.
5. Nosauciet vismaz trīs pazīmes, pēc kurām augu šūnu var atšķirt no dzīvnieka šūnas.
6. Uzskaitiet svarīgākās atšķirības starp prokariotu un eikariotu šūnām.

Ivanova T.V., Kalinova G.S., Mjagkova A.N. "Vispārīgā bioloģija". Maskava, "Apgaismība", 2000

• Tēma 1. "Plazmas membrāna." §1, §8, 5. lpp.;20
• 2. tēma. "Būris". §8-10 20.-30.lpp
• 3. tēma. "Prokariotu šūna. Vīrusi." §11 31.-34.lpp