지구상의 모든 생명체가 셀 수 없이 많은 ""유기물인 세포로 구성되어 있다는 것은 비밀이 아닙니다. 세포는 차례로 세포의 생명에 매우 중요한 역할을하는 막인 특수 보호 껍질로 둘러싸여 있으며 세포막의 기능은 단지 세포를 보호하는 데 국한되지 않고 복합체를 나타냅니다. 세포의 재생산, 영양, 재생에 관여하는 메커니즘.
세포막이란 무엇입니까?
"막"이라는 단어 자체는 라틴어에서 "필름"으로 번역됩니다. 그러나 막은 세포를 감싸는 일종의 필름이 아니라 서로 연결되어 서로 다른 특성을 갖는 두 필름의 조합입니다. 실제로 세포막은 각 세포를 이웃 세포와 분리하는 3층의 지단백질(지방-단백질) 막입니다. 환경, 그리고 세포와 환경 사이의 통제된 교환을 수행하는 것이 세포막이 무엇인지에 대한 학문적 정의입니다.
막의 중요성은 매우 큽니다. 왜냐하면 막은 한 세포를 다른 세포와 분리할 뿐만 아니라 세포가 다른 세포 및 환경과 상호 작용할 수 있도록 보장하기 때문입니다.
세포막 연구의 역사
1925년에 두 명의 독일 과학자 고르터(Gorter)와 그렌델(Grendel)이 세포막 연구에 중요한 기여를 했습니다. 그때 그들은 빨간색에 대한 복잡한 생물학적 실험을 수행했습니다. 혈액 세포- 과학자들이 적혈구의 빈 껍질인 소위 "그림자"를 얻은 적혈구. 이 껍질은 하나의 스택에 쌓여 표면적을 측정하고 그 안의 지질 양도 계산했습니다. 얻은 지질의 양을 토대로 과학자들은 지질이 세포막의 이중층에 정확하게 포함되어 있다는 결론에 도달했습니다.
1935년에 또 다른 세포막 연구자 쌍인 이번에는 미국인 Daniel과 Dawson이 일련의 오랜 실험 끝에 세포막의 단백질 함량을 확립했습니다. 막의 표면장력이 왜 이렇게 높은지 설명할 다른 방법은 없었습니다. 과학자들은 샌드위치 형태의 세포막 모델을 교묘하게 제시했는데, 빵의 역할은 균질한 지질 단백질 층에 의해 이루어지며, 그 사이에는 기름 대신 공허함이 있습니다.
1950년 전자 공학의 출현과 함께 Daniel과 Dawson의 이론은 실제 관찰을 통해 확인되었습니다. 세포막의 현미경 사진에서 지질과 단백질 머리 층과 그 사이의 빈 공간이 명확하게 보였습니다.
1960년 미국의 생물학자 J. 로버트슨(J. Robertson)은 세포막의 3층 구조에 관한 이론을 개발했습니다. 오랫동안유일한 진실로 간주되었지만 과학이 발전함에 따라 그 무오성에 대한 의구심이 생기기 시작했습니다. 예를 들어, 관점에서 볼 때 세포가 전체 "샌드위치"를 통해 필요한 영양분을 운반하는 것은 어렵고 노동 집약적입니다.
그리고 1972년에야 미국 생물학자인 S. Singer와 G. Nicholson은 세포막의 새로운 유체 모자이크 모델을 사용하여 로버트슨 이론의 불일치를 설명할 수 있었습니다. 특히 세포막의 구성이 균일하지 않고 비대칭이며 액체로 채워져 있다는 사실을 발견했습니다. 또한 세포는 끊임없이 움직입니다. 그리고 세포막의 일부인 악명 높은 단백질은 구조와 기능이 다릅니다.
세포막의 특성과 기능
이제 세포막이 수행하는 기능을 살펴 보겠습니다.
세포막의 장벽 기능은 실제 경계 수비대 역할을 하는 막으로, 세포 경계를 지키고 유해하거나 단순히 부적절한 분자가 통과하는 것을 지연시키고 허용하지 않습니다.
세포막의 수송 기능 - 막은 세포 입구의 국경 수비대일 뿐만 아니라 일종의 세관 검문소이기도 하며, 유용한 물질은 이를 통해 다른 세포 및 환경과 지속적으로 교환됩니다.
매트릭스 기능 - 서로에 대한 위치를 결정하고 이들 사이의 상호 작용을 조절하는 것은 세포막입니다.
기계적 기능 - 한 세포를 다른 세포로 제한하는 동시에 세포를 서로 올바르게 연결하여 균질한 조직으로 형성하는 역할을 합니다.
세포막의 보호 기능은 세포의 보호막을 구축하는 기초입니다. 자연적으로 이 기능의 예로는 막의 보호 기능으로 인해 단단한 나무, 촘촘한 껍질, 보호 껍질 등이 있을 수 있습니다.
효소 기능은 세포의 특정 단백질이 수행하는 또 다른 중요한 기능입니다. 예를 들어, 이 기능 덕분에 장 상피에서 소화 효소의 합성이 발생합니다.
또한 이 모든 것 외에도 세포 교환은 세포막을 통해 발생하며, 이는 세 가지 다른 반응으로 발생할 수 있습니다.
- 식균작용은 막에 내장된 식세포가 다양한 영양소를 포착하고 소화하는 세포 교환입니다.
- Pinocytosis는 세포막과 접촉하는 액체 분자를 세포막에 포획하는 과정입니다. 이를 위해 막 표면에 특수 덩굴손이 형성되어 액체 한 방울을 둘러싸는 것처럼 보이며 기포를 형성한 후 막에 의해 "삼켜집니다".
- 세포외유출은 역과정세포가 막을 통해 분비 기능액을 표면으로 방출할 때.
세포막의 구조
세포막에는 세 가지 종류의 지질이 있습니다.
- 인지질(지방과 인의 결합),
- 당지질(지방과 탄수화물의 조합),
- 콜레스테롤
인지질과 당지질은 차례로 두 개의 긴 소수성 꼬리가 뻗어 있는 친수성 머리로 구성됩니다. 콜레스테롤은 꼬리 사이의 공간을 차지하여 꼬리가 구부러지는 것을 방지하는데, 이 모든 것이 어떤 경우에는 특정 세포의 막을 매우 단단하게 만듭니다. 이 모든 것 외에도 콜레스테롤 분자는 세포막의 구조를 구성합니다.
하지만 그럴 수도 있겠지만, 중요한 부분세포막의 구조는 단백질이거나 오히려 다른 중요한 역할을 하는 다른 단백질입니다. 막에 포함된 단백질의 다양성에도 불구하고 이를 하나로 묶는 것이 있습니다. 환형 지질은 모든 막 단백질 주위에 위치합니다. 환형 지질은 단백질에 대한 일종의 보호 껍질 역할을 하는 특수 구조의 지방으로, 이것이 없으면 단순히 작동하지 않습니다.
세포막의 구조는 3개의 층으로 이루어져 있습니다. 세포막의 기본은 균질한 액체 이중질층입니다. 단백질이 모자이크처럼 양면을 덮고 있습니다. 위에서 설명한 기능 외에도 막의 액체층을 통과할 수 없는 물질이 막을 통과하는 독특한 채널의 역할도 하는 것은 단백질입니다. 예를 들어 칼륨 이온과 나트륨 이온이 포함되며, 막을 통과하기 위해 자연은 세포막에 특수 이온 채널을 제공합니다. 즉, 단백질은 세포막의 투과성을 보장합니다.
현미경으로 세포막을 보면 작은 구형 분자로 형성된 지질층이 있는데, 그 위에 단백질이 바다 위에 떠 있는 것처럼 보입니다. 이제 세포막을 구성하는 물질이 무엇인지 알았습니다.
세포막 영상
마지막으로 세포막에 관한 교육영상입니다.
동물세포의 세포외막(혈장막, 세포막, 원형질막)외부(즉, 세포질과 접촉하지 않는 쪽)는 막 단백질(당단백질)에 공유 결합되고 지질(당지질)에 덜 부착된 올리고당 사슬 층으로 덮여 있습니다. 이 탄수화물 막 코팅을 글리코칼릭스.글리코칼릭스의 목적은 아직 명확하지 않습니다. 이 구조가 세포 간 인식 과정에 참여한다는 가정이 있습니다.
식물 세포에서외부 세포막 위에는 구멍이 있는 조밀한 셀룰로오스 층이 있으며, 이를 통해 세포질 다리를 통해 이웃 세포 간의 통신이 이루어집니다.
세포 내 버섯 Plasmalemma 상단 - 조밀한 층 키틴.
유 박테리아 – 무레이나.
생물학적 막의 특성
1. 자기 조립 능력파괴적인 영향을 받은 후. 이 특성은 인지질 분자의 물리화학적 특성에 의해 결정됩니다. 인지질 분자는 수용액에서 함께 모여 분자의 친수성 끝 부분이 바깥쪽으로 펼쳐지고 소수성 끝 부분은 안쪽으로 펼쳐집니다. 단백질은 미리 만들어진 인지질 층에 만들어질 수 있습니다. 자가 조립 능력은 세포 수준에서 중요합니다.
2. 반투과성(이온과 분자 전달의 선택성). 세포 내 이온 및 분자 구성의 일정성을 유지합니다.
3. 막 유동성. 막은 단단한 구조가 아니며 지질과 단백질 분자의 회전 및 진동 운동으로 인해 끊임없이 변동합니다. 이는 막에서 효소 및 기타 화학 공정의 더 높은 속도를 보장합니다.
4. 막 조각에는 자유단이 없습니다., 거품이 가까워지면서.
외부 세포막의 기능(형질렘마)
Plasmalemma의 주요 기능은 다음과 같습니다: 1) 장벽, 2) 수용체, 3) 교환, 4) 수송.
1. 장벽 기능.이는 Plasmalemma가 세포의 내용물을 제한하여 세포와 분리한다는 사실로 표현됩니다. 외부 환경, 그리고 세포내 막은 세포질을 별도의 반응으로 나눕니다. 구획.
2. 수용체 기능. Plasmalemma의 가장 중요한 기능 중 하나는 단백질 또는 당단백질 성질을 갖는 막에 존재하는 수용체 장치를 통해 세포와 외부 환경의 통신(연결)을 보장하는 것입니다. Plasmalemma의 수용체 형성의 주요 기능은 외부 신호를 인식하는 것입니다. 덕분에 세포는 분화 과정에서 올바른 방향으로 배열되고 조직을 형성합니다. 다양한 활동 규제 시스템, 면역 반응의 형성.
교환 기능생물학적 촉매인 생물학적 막의 효소 단백질 함량에 따라 결정됩니다. 이들의 활성은 환경의 pH, 온도, 압력, 기질과 효소 자체의 농도에 따라 달라집니다. 효소는 주요 반응의 강도를 결정합니다. 신진 대사뿐만 아니라 그들의방향.
막의 수송 기능.막은 다양한 화학물질이 세포 안팎으로 선택적으로 침투할 수 있게 해줍니다. 세포 내 적절한 pH와 적절한 이온 농도를 유지하려면 물질의 운반이 필요하며, 이는 세포 효소의 효율성을 보장합니다. 수송은 에너지원이자 다양한 세포 구성 요소를 형성하는 물질인 영양소를 공급합니다. 세포에서 독성 폐기물 제거, 다양한 유용한 물질의 분비 및 신경 및 근육 활동에 필요한 이온 구배 생성이 이에 달려 있습니다. 물질 이동 속도의 변화는 생물 에너지 과정, 물-소금의 교란을 초래할 수 있습니다. 신진 대사, 흥분성 및 기타 과정. 이러한 변화의 교정은 많은 약물의 작용의 기초가 됩니다.
물질이 세포에 들어가고 세포에서 외부 환경으로 나가는 두 가지 주요 방법이 있습니다.
수동 전송,
활동적인 운송.
수동 전송 ATP 에너지 소비 없이 화학적 또는 전기화학적 농도 구배를 따릅니다. 운반된 물질의 분자에 전하가 없으면 수동 운반의 방향은 막 양쪽의 이 물질 농도 차이(화학적 농도 구배)에 의해서만 결정됩니다. 분자가 전하를 띠면 그 수송은 화학적 농도 구배와 전기 구배(막 전위) 모두에 의해 영향을 받습니다.
두 기울기가 함께 전기화학적 기울기를 구성합니다. 물질의 수동 수송은 단순 확산과 촉진 확산의 두 가지 방식으로 수행될 수 있습니다.
단순 확산으로염 이온과 물은 선택적 채널을 통해 침투할 수 있습니다. 이러한 채널은 영구적으로 또는 짧은 시간 동안만 열려 있는 종단간 수송 경로를 형성하는 특정 막횡단 단백질에 의해 형성됩니다. 채널에 해당하는 다양한 크기와 전하의 분자가 선택적인 채널을 통과합니다.
간단한 확산의 또 다른 방법이 있습니다. 이것은 지용성 물질과 물이 쉽게 통과하는 지질 이중층을 통한 물질의 확산입니다. 지질 이중층은 전하를 띤 분자(이온)가 통과하지 못하며 동시에 전하를 띠지 않은 작은 분자는 자유롭게 확산될 수 있으며 분자가 작을수록 더 빨리 운반됩니다. 지질 이중층을 통한 물의 확산 속도가 다소 높은 것은 분자 크기가 작고 전하가 부족하기 때문입니다.
촉진 확산으로물질의 운반에는 "탁구" 원리에 따라 작동하는 운반체인 단백질이 포함됩니다. 단백질은 두 가지 구조적 상태로 존재합니다. "퐁(pong)" 상태에서는 운반된 물질의 결합 부위가 이중층 외부에 열려 있고, "핑(ping)" 상태에서는 동일한 부위가 반대편에 열려 있습니다. 이 과정은 되돌릴 수 있습니다. 주어진 순간에 물질의 결합 부위가 어느 쪽에서 열리는지는 이 물질의 농도 구배에 따라 달라집니다.
이러한 방식으로 당과 아미노산이 막을 통과합니다.
촉진 확산을 사용하면 단순 확산에 비해 물질의 이동 속도가 크게 증가합니다.
담체 단백질 외에도 일부 항생제(예: 그라미시딘 및 발리노마이신)가 촉진 확산에 관여합니다.
이온 수송을 제공하기 때문에 다음과 같이 불립니다. 이온 운반체.
세포 내 물질의 능동 수송.이러한 유형의 운송에는 항상 에너지가 필요합니다. 능동수송에 필요한 에너지원은 ATP이다. 이러한 유형의 운송의 특징은 두 가지 방식으로 수행된다는 것입니다.
ATPases라는 효소를 사용합니다.
막 포장으로 운송(세포내이입).
안에 외부 세포막에는 ATPase와 같은 효소 단백질이 포함되어 있습니다.그 기능은 능동 수송을 제공하는 것입니다. 농도 구배에 반대되는 이온.이온 전달을 제공하므로 이 프로세스를 이온 펌프라고 합니다.
동물 세포에는 네 가지 주요 이온 전달 시스템이 알려져 있습니다. 그 중 세 개는 생물학적 막을 통한 전달을 제공합니다: Na + 및 K +, Ca +, H + 및 네 번째 - 미토콘드리아 호흡 사슬 기능 중 양성자 전달.
활성 이온 전달 메커니즘의 예는 다음과 같습니다. 동물 세포의 나트륨-칼륨 펌프.이는 세포 내 나트륨 및 칼륨 이온의 농도를 일정하게 유지하는데, 이는 환경 내 이러한 물질의 농도와 다릅니다. 일반적으로 세포 내에는 환경보다 나트륨 이온이 적고 칼륨 이온이 더 많습니다.
결과적으로 단순 확산의 법칙에 따라 칼륨은 세포 밖으로 나가는 경향이 있고 나트륨은 세포 안으로 확산되는 경향이 있습니다. 단순 확산과 달리 나트륨-칼륨 펌프는 지속적으로 나트륨을 세포 밖으로 펌핑하고 칼륨을 도입합니다. 나트륨 3분자가 방출될 때마다 칼륨 2분자가 세포 내로 유입됩니다.
나트륨-칼륨 이온의 이러한 수송은 막 전체 두께를 관통하는 방식으로 막에 국한된 효소인 종속 ATPase에 의해 보장됩니다. 나트륨과 ATP는 막 내부에서 이 효소로 들어가고 칼륨은 외부에서 들어갑니다.
막을 통과하는 나트륨과 칼륨의 이동은 나트륨-칼륨 의존성 ATPase가 겪는 형태 변화의 결과로 발생하며, 이는 세포 내부 나트륨 농도 또는 환경 내 칼륨 농도가 증가할 때 활성화됩니다.
이 펌프에 에너지를 공급하려면 ATP 가수분해가 필요합니다. 이 과정은 동일한 효소인 나트륨-칼륨 의존성 ATPase에 의해 보장됩니다. 더욱이, 휴식 중인 동물 세포가 소비하는 ATP의 1/3 이상이 나트륨-칼륨 펌프 작동에 소비됩니다.
나트륨-칼륨 펌프의 적절한 기능을 위반하면 다양한 심각한 질병이 발생합니다.
이 펌프의 효율성은 50%를 초과하는데, 이는 인간이 만든 가장 진보된 기계로는 달성할 수 없는 수준입니다.
많은 능동 수송 시스템은 ATP의 직접적인 가수분해보다는 이온 구배에 저장된 에너지에 의해 구동됩니다. 이들 모두는 공동수송 시스템(저분자량 화합물의 수송 촉진)으로 작동합니다. 예를 들어, 일부 당과 아미노산의 동물 세포로의 능동 수송은 나트륨 이온 구배에 의해 결정되며, 나트륨 이온 구배가 높을수록 포도당 흡수 속도는 더 빨라집니다. 그리고 반대로 세포간 공간의 나트륨 농도가 현저히 감소하면 포도당 수송이 중단됩니다. 이 경우 나트륨은 나트륨 의존성 포도당 수송 단백질에 결합해야 하며, 여기에는 두 개의 결합 부위(하나는 포도당용, 다른 하나는 나트륨용)가 있습니다. 세포를 관통하는 나트륨 이온은 포도당과 함께 운반체 단백질의 세포 내 도입을 촉진합니다. 포도당과 함께 세포로 들어가는 나트륨 이온은 나트륨 농도 구배를 유지함으로써 간접적으로 포도당 수송을 제어하는 나트륨-칼륨 의존성 ATPase에 의해 다시 펌핑됩니다.
막 포장으로 물질을 운반합니다.생체고분자의 큰 분자는 위에서 설명한 물질을 세포로 운반하는 메커니즘 중 어느 것에도 실제로 혈장을 통과할 수 없습니다. 그들은 세포에 의해 포획되어 막 포장으로 흡수됩니다. 세포내이입. 후자는 공식적으로 식균작용과 음세포작용으로 구분됩니다. 세포가 입자상 물질을 흡수하는 양은 다음과 같습니다. 식균작용, 그리고 액체 - 음세포증. 세포내이입 중에는 다음 단계가 관찰됩니다.
세포막의 수용체로 인해 흡수된 물질의 수용;
기포(소포) 형성으로 인한 막 함입;
에너지 소비로 막에서 세포내이입 소포의 분리 - 식세포 형성막 무결성의 복원;
포식소체와 리소좀의 융합 및 형성 포식리소좀 (소화액포) 흡수된 입자의 소화가 발생하는 경우;
포식리소좀에서 소화되지 않은 물질을 세포에서 제거( 세포외유출).
동물의 세계에서는 세포내이입많은 단세포 유기체(예: 아메바)의 특징적인 영양 방법이며, 다세포 유기체 중에서 이러한 유형의 음식물 입자 소화는 장강의 내배엽 세포에서 발견됩니다. 포유동물과 인간의 경우 세포내이입 능력이 있는 세망-조직-내피 세포 시스템을 가지고 있습니다. 예로는 혈액 백혈구와 간 쿠퍼 세포가 있습니다. 후자는 소위 간의 사인곡선 모세혈관을 형성하고 혈액에 부유하는 다양한 이물질을 포착합니다. 세포외유출-이것은 또한 다른 세포, 조직 및 기관의 기능에 필요한 다세포 유기체의 세포에서 분비되는 기질을 제거하는 방법입니다.
세포막
세포막의 이미지. 작은 파란색과 흰색 공은 인지질의 소수성 "머리"에 해당하고, 여기에 붙어 있는 선은 친수성 "꼬리"에 해당합니다. 그림에는 통합 막 단백질(빨간색 소구체 및 노란색 나선체)만 표시됩니다. 막 내부의 노란색 타원형 점 - 콜레스테롤 분자 노란색-녹색 구슬 사슬 밖의막 - 글리코칼릭스를 형성하는 올리고당 사슬
생물학적 막에는 또한 다양한 단백질이 포함됩니다: 일체형(막을 관통함), 반일체형(한쪽 끝이 외부 또는 내부 지질층에 잠겨 있음), 표면(외부 또는 지질층에 인접) 내부면막). 일부 단백질은 세포막과 세포 내부의 세포골격, 그리고 외부의 세포벽(있는 경우) 사이의 접촉점입니다. 일부 통합 단백질은 이온 채널, 다양한 운반체 및 수용체 역할을 합니다.
기능
- 장벽 - 환경과 함께 조절되고, 선택적이고, 수동적이고, 능동적인 대사를 보장합니다. 예를 들어, 퍼옥시솜 막은 세포에 위험한 과산화물로부터 세포질을 보호합니다. 선택적 투과성은 다른 원자나 분자에 대한 막의 투과성이 크기, 전하 및 분자에 따라 달라짐을 의미합니다. 화학적 특성. 선택적 투과성은 세포와 세포 구획이 환경으로부터 분리되고 필요한 물질이 공급되도록 보장합니다.
- 수송 - 세포 안팎으로 물질의 수송이 막을 통해 발생합니다. 막을 통한 수송은 영양분 전달, 최종 대사 산물 제거, 다양한 물질 분비, 이온 구배 생성, 세포 효소 기능에 필요한 세포 내 최적 이온 농도 유지를 보장합니다.
어떤 이유로든 인지질 이중층을 통과할 수 없지만(예: 친수성 특성으로 인해, 내부 막이 소수성이어서 친수성 물질이 통과하는 것을 허용하지 않거나 크기가 크기 때문에) 세포에 필요한 입자 , 특수 담체 단백질(수송체) 및 채널 단백질을 통해 또는 세포내이입을 통해 막을 침투할 수 있습니다.
수동 수송에서 물질은 확산에 의한 농도 구배를 따라 에너지를 소비하지 않고 지질 이중층을 통과합니다. 이 메커니즘의 변형은 특정 분자가 물질이 막을 통과하도록 돕는 촉진 확산입니다. 이 분자에는 한 가지 유형의 물질만 통과할 수 있는 채널이 있을 수 있습니다.
능동수송은 농도 구배에 반하여 발생하므로 에너지가 필요합니다. 막에는 칼륨 이온(K+)을 세포 안으로 적극적으로 펌핑하고 세포 밖으로 나트륨 이온(Na+)을 펌프질하는 ATPase를 포함하여 특수 펌프 단백질이 있습니다. - 매트릭스 - 막 단백질의 특정 상대 위치와 방향, 최적의 상호 작용을 보장합니다.
- 기계적 - 세포의 자율성, 세포 내 구조 및 다른 세포 (조직 내)와의 연결을 보장합니다. 세포벽은 기계적 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 하며, 동물에서는 세포간 물질입니다.
- 에너지 - 엽록체의 광합성과 미토콘드리아의 세포 호흡 동안 에너지 전달 시스템은 단백질도 참여하는 막에서 작동합니다.
- 수용체 - 막에 위치한 일부 단백질은 수용체(세포가 특정 신호를 인식하는 데 도움이 되는 분자)입니다.
예를 들어, 혈액 내에서 순환하는 호르몬은 이러한 호르몬에 해당하는 수용체를 갖고 있는 표적 세포에만 작용합니다. 신경전달물질( 화학 물질, 신경 자극의 전도 보장) 또한 표적 세포의 특수 수용체 단백질에 결합합니다. - 효소 - 막 단백질은 종종 효소입니다. 예를 들어, 장 상피 세포의 원형질막에는 소화 효소가 포함되어 있습니다.
- 생체 전위의 생성 및 전도 구현.
막의 도움으로 세포 내에서 일정한 이온 농도가 유지됩니다. 세포 내부의 K+ 이온 농도는 외부보다 훨씬 높고 Na+ 농도는 훨씬 낮습니다. 이는 매우 중요합니다. 막의 전위차 유지 및 신경 자극 생성. - 세포 표식 - 세포막에 표지 역할을 하는 항원이 있습니다. 즉, 세포를 식별할 수 있는 "표지"입니다. 이들은 "안테나" 역할을 하는 당단백질(즉, 분지형 올리고당 측쇄가 부착된 단백질)입니다. 수많은 측쇄 구성으로 인해 각 세포 유형에 대한 특정 마커를 만드는 것이 가능합니다. 표지의 도움으로 세포는 다른 세포를 인식하고 예를 들어 장기와 조직의 형성에서 다른 세포와 협력하여 활동할 수 있습니다. 이는 또한 면역 체계가 외부 항원을 인식할 수 있게 해줍니다.
생체막의 구조와 구성
막은 인지질, 당지질, 콜레스테롤의 세 가지 종류의 지질로 구성됩니다. 인지질과 당지질(탄수화물이 부착된 지질)은 전하를 띤 친수성 머리에 연결된 두 개의 긴 소수성 탄화수소 꼬리로 구성됩니다. 콜레스테롤은 지질의 소수성 꼬리 사이의 자유 공간을 차지하고 구부러지는 것을 방지하여 막에 강성을 부여합니다. 따라서 콜레스테롤 함량이 낮은 막은 더 유연하고, 콜레스테롤 함량이 높은 막은 더 단단하고 부서지기 쉽습니다. 콜레스테롤은 또한 극성 분자가 세포에서 세포로 이동하는 것을 방지하는 "마개" 역할도 합니다. 막의 중요한 부분은 막을 관통하고 막의 다양한 특성을 담당하는 단백질로 구성됩니다. 이들의 구성과 방향은 막에 따라 다릅니다.
세포막은 종종 비대칭입니다. 즉, 층의 지질 구성이 다르며, 개별 분자가 한 층에서 다른 층으로 전이됩니다(소위 플립플롭) 어렵습니다.
막 소기관
이들은 막에 의해 유리질과 분리된 세포질의 닫힌 단일 또는 상호 연결된 섹션입니다. 단일 막 소기관에는 소포체, 골지체, 리소좀, 액포, 과산화소체가 포함됩니다. 이중막 - 핵, 미토콘드리아, 색소체. 다양한 세포 소기관의 막 구조는 지질과 막 단백질의 구성이 다릅니다.
선택적 투과성
세포막은 선택적 투과성을 가지고 있습니다. 포도당, 아미노산, 지방산, 글리세롤 및 이온은 세포막을 통해 천천히 확산되며 막 자체는 어느 정도 이 과정을 적극적으로 조절합니다. 일부 물질은 통과하지만 다른 물질은 통과하지 않습니다. 물질이 세포 안으로 들어가거나 세포에서 외부로 제거되는 네 가지 주요 메커니즘은 확산, 삼투, 능동 수송 및 세포외이입 또는 세포내이입입니다. 처음 두 프로세스는 본질적으로 수동적입니다. 즉, 에너지 소비가 필요하지 않습니다. 마지막 두 개는 에너지 소비와 관련된 활성 프로세스입니다.
수동 수송 중 막의 선택적 투과성은 특수 채널, 즉 통합 단백질에 기인합니다. 그들은 막을 관통하여 일종의 통로를 형성합니다. K, Na 및 Cl 원소에는 자체 채널이 있습니다. 농도 구배에 따라 이러한 요소의 분자는 세포 안팎으로 이동합니다. 자극을 받으면 나트륨 이온 채널이 열리고 갑자기 나트륨 이온이 세포로 유입됩니다. 이 경우 막 전위의 불균형이 발생합니다. 그 후 막 전위가 복원됩니다. 칼륨 채널은 항상 열려 있어 칼륨 이온이 천천히 세포 안으로 들어갈 수 있습니다.
또한보십시오
문학
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- Ivanov V.G., Berestovsky T.N.생물학적 막의 지질 이중층. -M .: Nauka, 1982.
- 루빈 A.B.생물물리학, 교과서 2권. - 제3판이 수정되고 확장되었습니다. - M .: 모스크바 대학 출판사, 2004. -
세포막 (또한 세포막, 원형질막 또는 원형질막)은 단백질과 지질로 구성된 탄성 분자 구조입니다. 셀의 내용을 외부 환경과 분리하여 무결성을 보장합니다. 세포와 환경 사이의 교환을 조절합니다. 세포내막은 세포를 특정 환경 조건이 유지되는 특수한 폐쇄 구획, 즉 구획 또는 세포 소기관으로 나눕니다.
세포에 하나가 있는 경우(보통 식물 세포에 있음) 세포막을 덮습니다.
세포막은 지질 클래스 분자의 이중층(이중층)으로, 대부분이 소위 복합 지질입니다. 인지질. 지질 분자에는 친수성("머리") 부분과 소수성("꼬리") 부분이 있습니다. 막이 형성되면 분자의 소수성 부분은 안쪽으로 향하고 친수성 부분은 바깥쪽으로 향합니다. 생물학적 막에는 다양한 단백질도 포함됩니다.
- 일체형(막을 관통함),
- 반 일체형 (외부 또는 내부 지질층의 한쪽 끝이 잠겨 있음),
- 표면(막의 외부 또는 내부 측면에 인접).
일부 단백질은 세포막과 세포 내부의 세포골격, 그리고 세포 외부의 세포벽 사이의 접촉점입니다.
막 기능:
- 장벽(Barrier) - 환경에 대해 조절되고 선택적이며 수동적이며 능동적인 신진대사를 제공합니다.
- 수송 - 세포 안팎으로 물질의 수송은 막을 통해 발생합니다. 막을 통한 수송은 세포 효소의 기능에 필요한 영양분 전달, 대사 최종 산물 제거, 다양한 물질 분비, 이온 구배 생성, 세포 내 최적 pH 및 이온 농도 유지를 보장합니다.
- 매트릭스 - 막 단백질의 특정 상대 위치와 방향, 최적의 상호 작용을 보장합니다.
- 기계적 - 세포의 자율성, 세포 내 구조 및 다른 세포(조직 내)와의 연결을 보장합니다. 세포벽은 기계적 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
- 에너지 - 엽록체의 광합성과 미토콘드리아의 세포 호흡 중에 에너지 전달 시스템은 단백질도 참여하는 막에서 작동합니다.
막은 세 가지 종류의 지질로 구성됩니다.
- 인지질,
- 당지질,
- 콜레스테롤
인지질과 당지질(탄수화물이 부착된 지질)은 전하를 띤 친수성 "머리"에 연결된 두 개의 긴 소수성 탄화수소 "꼬리"로 구성됩니다.
콜레스테롤지질의 소수성 꼬리 사이의 자유 공간을 차지하고 구부러지는 것을 방지하여 막에 강성을 부여합니다. 따라서 콜레스테롤 함량이 낮은 막은 더 유연하고, 콜레스테롤 함량이 높은 막은 더 단단하고 부서지기 쉽습니다. 콜레스테롤은 또한 극성 분자가 세포에서 세포로 이동하는 것을 방지하는 "마개" 역할도 합니다.
멤브레인의 중요한 부분은 다음과 같습니다. 단백질,그것을 관통하고 막의 다양한 특성을 담당합니다. 이들의 구성과 방향은 막에 따라 다릅니다. 단백질 옆에는 환형 지질이 있습니다. 이들은 더 정돈되어 있고 이동성이 적고 포화 지방산을 더 많이 함유하고 있으며 단백질과 함께 막에서 방출됩니다. 환형 지질이 없으면 막 단백질이 기능하지 않습니다.
세포막은 흔히 비대칭,즉, 층은 지질 구성이 다르며 외부 층에는 주로 포스파티딜이노시톨, 포스파티딜콜린, 스핑고미엘린 및 당지질이 포함되어 있고 내부 층에는 포스파티딜세린, 포스파티딜에탄올아민 및 포스파티딜이노시톨이 포함되어 있습니다. 한 층에서 다른 층으로의 개별 분자의 전이(소위 플립플롭)는 어렵지만 약 6개월에 한 번씩 또는 플립파제 단백질과 원형질막의 스크램블레이즈를 통해 자발적으로 발생할 수 있습니다. 포스파티딜세린이 외층에 나타나면 이는 대식세포가 세포를 파괴하라는 신호입니다.
막 소기관- 이것은 막에 의해 유리질과 분리된 세포질의 닫힌 단일 또는 상호 연결된 섹션입니다. 단일 막 소기관에는 소포체, 골지체, 리소좀, 액포, 과산화소체가 포함됩니다. 이중막 - 핵, 미토콘드리아, 색소체. 다양한 세포 소기관의 막 구조는 지질과 막 단백질의 구성이 다릅니다.
세포막은 선택적 투과성: 포도당, 아미노산, 지방산, 글리세롤 및 이온은 이를 통해 천천히 확산되고 막 자체는 어느 정도 이 과정을 적극적으로 조절합니다. 일부 물질은 통과하지만 다른 물질은 통과하지 않습니다. 물질이 세포 안으로 들어가거나 세포에서 외부로 제거되는 네 가지 주요 메커니즘은 확산, 삼투, 능동 수송, 세포외이입 또는 세포내이입입니다. 처음 두 프로세스는 본질적으로 수동적입니다. 즉, 에너지 소비가 필요하지 않습니다. 마지막 두 개는 에너지 소비와 관련된 활성 프로세스입니다.
수동 수송 중 막의 선택적 투과성은 특수 채널, 즉 통합 단백질에 기인합니다. 그들은 막을 관통하여 일종의 통로를 형성합니다. K, Na 및 Cl 원소에는 자체 채널이 있습니다. 농도 구배에 따라 이러한 요소의 분자는 세포 안팎으로 이동합니다. 자극을 받으면 나트륨 이온 채널이 열리고 갑자기 나트륨 이온이 세포로 유입됩니다. 이 경우 막 전위의 불균형이 발생합니다. 그 후 막 전위가 복원됩니다. 칼륨 채널은 항상 열려 있어 칼륨 이온이 천천히 세포 안으로 들어갈 수 있습니다.
세포막.세포막은 세포의 내용물을 외부 환경과 분리하여 무결성을 보장합니다. 세포와 환경 사이의 교환을 조절합니다. 세포내막은 세포를 특정 환경 조건이 유지되는 특수한 폐쇄 구획, 즉 구획 또는 세포 소기관으로 나눕니다.
구조.
세포막은 지질(지방) 종류의 분자로 이루어진 이중층(이중층)으로, 대부분이 소위 복합 지질인 인지질입니다. 지질 분자에는 친수성("머리") 부분과 소수성("꼬리") 부분이 있습니다. 막이 형성되면 분자의 소수성 부분은 안쪽으로 향하고 친수성 부분은 바깥쪽으로 향합니다. 막은 다른 유기체에서 매우 유사한 구조입니다. 막의 두께는 7-8 nm입니다. (10~9미터)
친수성- 물질이 물에 젖는 능력.
소수성- 물질이 물에 젖지 않는 현상.생물학적 막에는 다양한 단백질도 포함됩니다.
- 일체형(막을 관통함)
- 반일체형(한 쪽 끝이 외부 또는 내부 지질층에 잠겨 있음)
- 표면(막의 외부 또는 내부 측면에 인접).
일부 단백질은 세포막과 세포 내부의 세포골격, 그리고 외부의 세포벽(있는 경우) 사이의 접촉점입니다.세포골격- 세포 내부의 세포 틀.
기능.
1) 배리어- 환경과 함께 조절되고, 선택적이고, 수동적이고, 능동적인 대사를 제공합니다.
2) 운송- 세포 안팎으로 물질의 이동은 막을 통해 발생합니다.매트릭스 - 막 단백질의 특정 상대적 위치와 방향, 최적의 상호 작용을 보장합니다.
3) 기계적- 세포의 자율성, 세포내 구조 및 다른 세포(조직 내)와의 연결을 보장합니다.세포간 물질은 기계적 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
4) 수용체- 막에 위치한 일부 단백질은 수용체(세포가 특정 신호를 인식하는 데 도움이 되는 분자)입니다.
예를 들어, 혈액 내에서 순환하는 호르몬은 이러한 호르몬에 해당하는 수용체를 갖고 있는 표적 세포에만 작용합니다. 신경전달물질(신경 자극의 전도를 보장하는 화학 물질)은 또한 표적 세포의 특수 수용체 단백질과 결합합니다.
호르몬- 생물학적 활성 신호 화학 물질.
5) 효소- 막 단백질은 종종 효소입니다. 예를 들어, 장 상피 세포의 원형질막에는 소화 효소가 포함되어 있습니다.
6) 생체전위의 생성 및 전도 구현.
막의 도움으로 세포 내에서 일정한 이온 농도가 유지됩니다. 세포 내부의 K+ 이온 농도는 외부보다 훨씬 높고 Na+의 농도는 훨씬 낮습니다. 이는 매우 중요합니다. 막의 전위차 유지 및 신경 자극 생성.신경 충격 – 신경섬유를 따라 전달되는 흥분파.
7) 셀 마킹- 막에는 표지 역할을 하는 항원이 있습니다. 즉, 세포를 식별할 수 있게 해주는 "표지"입니다. 이들은 "안테나" 역할을 하는 당단백질(즉, 분지형 올리고당 측쇄가 부착된 단백질)입니다. 수많은 측쇄 구성으로 인해 각 세포 유형에 대한 특정 마커를 만드는 것이 가능합니다. 표지의 도움으로 세포는 다른 세포를 인식하고 예를 들어 장기와 조직의 형성에서 다른 세포와 협력하여 활동할 수 있습니다. 이는 또한 면역 체계가 외부 항원을 인식할 수 있게 해줍니다.
투과성의 특징.
세포막은 선택적으로 투과 가능합니다. 세포막은 다양한 방식으로 천천히 침투합니다.
또한 막 자체는 어느 정도 이 과정을 적극적으로 조절합니다. 일부 물질은 통과하지만 다른 물질은 통과하지 않습니다. 물질이 세포 안으로 들어가거나 세포에서 외부로 제거되는 네 가지 주요 메커니즘이 있습니다.
- 포도당은 에너지의 주요 원천입니다.
- 아미노산은 신체의 모든 단백질을 구성하는 구성 요소입니다.
- 지방산 – 구조적, 에너지적 및 기타 기능.
- 글리세롤 – 신체가 수분을 보유하게 하고 소변 생성을 줄입니다.
- 이온은 반응을 위한 효소입니다.
수동 투과성 메커니즘:
1) 확산.
이 메커니즘의 변형은 특정 분자가 물질이 막을 통과하도록 돕는 촉진 확산입니다. 이 분자에는 한 가지 유형의 물질만 통과할 수 있는 채널이 있을 수 있습니다.
확산-한 물질의 분자가 다른 물질의 분자 사이에 상호 침투하는 과정.
삼투– 용매 분자의 반투막을 통해 더 높은 농도의 용질을 향해 일방적으로 확산되는 과정입니다.
정상 혈액 세포를 둘러싸고 있는 막은 물 분자, 산소, 혈액에 용해된 일부 영양분 및 세포 노폐물만 투과할 수 있습니다.
활성 투과성 메커니즘:
1) 능동 운송.
활성 운송– 저농도 영역에서 고농도 영역으로 물질이 이동하는 것.
능동수송은 농도가 낮은 곳에서 농도가 높은 곳으로 일어나기 때문에 에너지가 필요하다. 막에는 ATP를 에너지로 사용하여 칼륨 이온(K+)을 세포 안으로 적극적으로 펌핑하고 나트륨 이온(Na+)을 세포 밖으로 내보내는 특수 펌프 단백질이 있습니다.
ATP– 모든 생화학적 과정을 위한 보편적인 에너지원입니다. .(더 늦게)
2) 세포내이입.
어떤 이유로 세포막을 통과할 수 없지만 세포에 필요한 입자는 세포내이입에 의해 막을 통과할 수 있습니다.
세포내이입– 캡처 프로세스 외부 재료셀.
수동 수송 중 막의 선택적 투과성은 특수 채널, 즉 통합 단백질에 기인합니다. 그들은 막을 관통하여 일종의 통로를 형성합니다. K, Na 및 Cl 원소에는 자체 채널이 있습니다. 농도 구배에 따라 이러한 요소의 분자는 세포 안팎으로 이동합니다. 자극을 받으면 나트륨 이온 채널이 열리고 갑자기 나트륨 이온이 세포로 유입됩니다. 이 경우 막 전위의 불균형이 발생합니다. 그 후 막 전위가 복원됩니다. 칼륨 채널은 항상 열려 있어 칼륨 이온이 천천히 세포 안으로 들어갈 수 있습니다.
막 구조
침투성
활성 운송
삼투
세포내이입
