Membrana cellulare
definizione
Le cellule sono le unità più piccole e coerenti che compongono organi e tessuti. Ogni cellula è circondata da una membrana cellulare, una barriera costituita da uno speciale doppio strato di particelle di grasso, il cosiddetto doppio strato lipidico. I doppi strati lipidici possono essere immaginati come due film di grasso impilati uno sopra l'altro che, a causa delle loro proprietà chimiche, non possono separarsi l'uno dall'altro e quindi formano un'unità molto stabile. Le membrane cellulari svolgono molte funzioni diverse: sono utilizzate per la comunicazione, la protezione e come stazione di controllo per le cellule.
Quali sono le diverse membrane cellulari?
Non solo la cellula stessa è circondata da una membrana, ma anche gli organelli cellulari. Gli organelli cellulari sono piccole aree all'interno della cellula, delimitate da membrane, ognuna delle quali ha il proprio compito. Differiscono nelle loro proteine, che sono incorporate nelle membrane e agiscono come trasportatori per le sostanze che devono essere trasportate attraverso la membrana.
La membrana mitocondriale interna è una forma speciale della membrana cellulare.I mitocondri sono organelli importanti per la cellula per generare energia. Sono stati assorbiti solo successivamente nella cellula umana nel corso dell'evoluzione. Pertanto hanno due membrane a doppio strato lipidico. Quella esterna è quella umana classica, quella interna la membrana specifica per il mitocondrio. Contiene cardiolipina, un acido grasso che è incorporato nel film di grasso e può essere trovato solo nella membrana interna e in nessun altro.
Il corpo umano contiene solo cellule circondate da una membrana cellulare. Tuttavia, ci sono anche cellule, come i batteri, che sono anche circondate da una parete cellulare. I termini parete cellulare e membrana cellulare non possono quindi essere utilizzati come sinonimi. Le pareti cellulari sono notevolmente più spesse e stabilizzano ulteriormente la membrana cellulare. Le pareti cellulari non sono necessarie nel corpo umano, poiché molte singole cellule possono unirsi per formare forti associazioni. I batteri, d'altra parte, sono cellule unicellulari, cioè consistono solo di una singola cellula, che sarebbe significativamente più debole senza la parete cellulare.
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Struttura della membrana cellulare
Le membrane cellulari separano aree diverse l'una dall'altra. Per fare questo, devono soddisfare molte esigenze diverse: prima di tutto, le membrane cellulari sono costituite da un doppio strato di due film di grasso, che a loro volta sono composti da singoli acidi grassi. Gli acidi grassi sono costituiti da un solubile in acqua, idrofilo Testa e da un insolubile in acqua, idrofobo Coda. Le teste si attaccano l'una all'altra su un piano, in modo che la massa delle code punti tutte in una direzione. D'altra parte, un'altra serie di acidi grassi si accumula nello stesso schema. Si crea così il doppio strato, che è delimitato all'esterno dalle testate e in questo modo all'interno idrofobo L'area, cioè un'area in cui l'acqua non può penetrare, crea.
A seconda delle molecole che compongono la testa di un acido grasso, hanno nomi diversi e proprietà diverse, ma queste svolgono solo un ruolo subordinato. Gli acidi grassi possono essere insaturi o saturi, a seconda della coda e della sua struttura chimica. Gli acidi grassi insaturi sono notevolmente più rigidi e provocano una diminuzione della fluidità della membrana, mentre gli acidi grassi saturi aumentano la fluidità. La fluidità è una misura della mobilità e deformabilità del doppio strato lipidico. A seconda del compito e delle condizioni della cellula, sono richiesti diversi gradi di mobilità e rigidità, che possono essere raggiunti attraverso l'incorporazione aggiuntiva dell'uno o dell'altro tipo di acido grasso.
Inoltre, il colesterolo può essere incorporato nella membrana, che abbassa massicciamente la fluidità e quindi stabilizza la membrana. A causa di questa struttura, solo sostanze molto piccole e insolubili in acqua possono facilmente superare la membrana.
Tuttavia, poiché sostanze notevolmente più grandi e insolubili in acqua devono attraversare la membrana per essere trasportate dentro o fuori dalla cellula, sono necessari proteine e canali di trasporto. Questi sono immagazzinati nella membrana tra gli acidi grassi. Poiché questi canali sono percorribili per alcune molecole e non per altre, si parla di una Semi-permeabilità la membrana cellulare, cioè una permeabilità parziale.
L'ultimo elemento costitutivo delle membrane cellulari sono i recettori. I recettori sono anche grandi proteine che vengono prodotte principalmente nella cellula stessa e quindi incorporate nella membrana. Puoi estenderli completamente o essere supportati solo all'esterno. A causa della loro struttura chimica, i trasportatori, i canali e i recettori rimangono saldamente all'interno e sulla membrana e non possono essere facilmente staccati da essa. Tuttavia, possono essere spostati lateralmente in posizioni diverse all'interno della membrana, a seconda di dove sono necessari.
Infine, possono ancora esserci catene di zucchero all'esterno delle membrane cellulari, nella terminologia tecnica Glicocalice chiamato. Ad esempio, sono la base del sistema del gruppo sanguigno. Poiché la membrana cellulare è composta da così tanti elementi costitutivi diversi che possono anche variare la loro posizione esatta, è anche nota come modello di mosaico liquido.
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Spessore della membrana cellulare
Le membrane cellulari hanno uno spessore di circa 7 nm, cioè estremamente sottili, ma comunque robuste e insormontabili per la maggior parte delle sostanze. Le aree della testa hanno uno spessore di circa 2 nm ciascuna durante il idrofobo L'area della coda misura 3 nm di larghezza. Questo valore difficilmente varia tra i diversi tipi di cellule del corpo umano.
Quali sono i componenti della membrana cellulare?
Fondamentalmente, la membrana cellulare è costituita da un doppio strato di fosfolipidi. I fosfolipidi sono elementi costitutivi costituiti da una testa che ama l'acqua, cioè idrofila, e da una coda, formata da due acidi grassi. La parte composta da acidi grassi è idrofobica, il che significa che respinge l'acqua.
Nel doppio strato di fosfolipidi, i componenti idrofobici puntano l'uno verso l'altro. Le parti idrofile indicano l'esterno e l'interno della cellula. Questa struttura della membrana consente di separare due ambienti acquosi l'uno dall'altro.
La membrana cellulare contiene anche sfingolipidi e colesterolo. Queste sostanze regolano la struttura e la fluidità della membrana cellulare. La fluidità è una misura di quanto bene le proteine possono muoversi nella membrana cellulare. Maggiore è la fluidità di una membrana cellulare, più facile è il movimento delle proteine al suo interno.
Inoltre, ci sono molte proteine differenti nella membrana cellulare. Queste proteine vengono utilizzate per trasportare sostanze attraverso la membrana o per interagire con l'ambiente. Questa interazione può essere ottenuta attraverso un legame diretto tra cellule vicine o attraverso sostanze messaggere che si legano alle proteine di membrana.
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Fosfolipidi nella membrana cellulare
I fosfolipidi sono il componente principale della membrana cellulare. I fosfolipidi sono anfifilici. Ciò significa che sono costituiti da una parte idrofila e una idrofobica. Questa proprietà dei fosfolipidi permette di separare l'interno della cellula dall'ambiente.
Esistono diverse forme di fosfolipidi. La spina dorsale idrofila dei fosfolipidi è costituita dalla glicerina o dalla sfingosina. Entrambe le forme hanno in comune il fatto che due catene di idrocarburi idrofobici sono attaccate alla struttura di base.
Colesterolo nella membrana cellulare
Il colesterolo è contenuto nella membrana cellulare per regolare la fluidità. Una fluidità costante è molto importante per mantenere i processi di trasporto della membrana cellulare. Ad alte temperature, la membrana cellulare tende a diventare troppo fluida. I legami tra i fosfolipidi, che sono già deboli in circostanze normali, sono ancora più deboli alle alte temperature. Grazie alla sua struttura rigida, il colesterolo aiuta a mantenere una certa forza.
Sembra diverso a basse temperature. Qui la membrana può diventare troppo tesa. I fosfolipidi, che hanno acidi grassi saturi come componente idrofobo, diventano particolarmente solidi. Ciò significa che i fosfolipidi possono essere immagazzinati molto vicini l'uno all'altro. In questo caso, il colesterolo immagazzinato nella membrana cellulare provoca una maggiore fluidità, poiché il colesterolo contiene una struttura ad anello rigida e quindi funge da spaziatore.
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Funzioni della membrana cellulare
Come suggerisce la complessa struttura delle membrane cellulari, devono svolgere molte funzioni diverse che possono variare notevolmente a seconda del tipo e della posizione della cellula. Da un lato le membrane rappresentano generalmente una barriera, una funzione da non sottovalutare. Innumerevoli reazioni avvengono parallelamente nel nostro corpo in qualsiasi momento. Se avvenissero tutti nella stessa stanza, si influenzerebbero fortemente e persino si annullerebbero a vicenda. Un metabolismo regolato non sarebbe possibile e gli esseri umani così come esistono e funzionano nel loro insieme sarebbe inconcepibile.
Allo stesso tempo, servono come mezzo di trasporto per un'ampia varietà di sostanze che vengono trasportate attraverso la membrana per mezzo di trasportatori. Per poter lavorare insieme come un organo, le singole cellule devono essere in contatto tramite le loro membrane. Ciò si ottiene attraverso varie proteine di collegamento e recettori. Le cellule possono utilizzare i recettori per identificarsi a vicenda, comunicare tra loro e scambiarsi informazioni. Il glicocalice, ad esempio, funge da una delle tante caratteristiche distintive tra le cellule del corpo e quelle estranee. I recettori sono proteine che raccolgono segnali dall'esterno della cellula e li trasmettono al nucleo cellulare e quindi al "cervello" della cellula. A seconda delle proprietà chimiche della particella chimica che si è ancorata al recettore, si trova all'esterno della cellula, nella cellula o nella membrana cellulare.
Ma anche le cellule stesse possono trasmettere informazioni. I più famosi dei nostri corpi sono le cellule nervose. Affinché possano svolgere la loro funzione, le loro membrane devono essere in grado di condurre segnali elettrici. I segnali elettrici sorgono a causa di diverse cariche all'interno e all'esterno delle celle. Questa differenza di carica, nota anche come gradiente, deve essere mantenuta. In questo contesto, si parla di potenziale di membrana. Le membrane cellulari separano le aree caricate diversamente l'una dall'altra, ma allo stesso tempo contengono canali che consentono una breve inversione dei rapporti di carica in modo che la corrente effettiva e quindi le informazioni che devono essere trasmesse possano fluire. Questo fenomeno è anche chiamato potenziale d'azione.
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Processi di trasporto nella membrana cellulare
La membrana cellulare in quanto tale è impermeabile a molecole e ioni più grandi. Affinché avvenga uno scambio tra l'interno della cellula e l'ambiente, ci sono proteine nella membrana cellulare che trasportano varie molecole dentro e fuori la cellula.
Con queste proteine, viene fatta una distinzione tra i canali attraverso i quali una sostanza passa passivamente dentro o fuori dalla cellula lungo la differenza di concentrazione. Altre proteine devono generare energia per trasportare attivamente le sostanze attraverso la membrana cellulare.
Un'altra importante forma di trasporto sono le vescicole. Le vescicole sono piccole bolle che vengono pizzicate via dalla membrana cellulare. Le sostanze prodotte nella cellula possono essere rilasciate nell'ambiente attraverso queste vescicole. Inoltre, in questo modo possono essere rimosse anche le sostanze dall'ambiente della cellula.
Differenze nella membrana cellulare dei batteri - penicillina
La membrana cellulare di batteri difficilmente differisce da quella del corpo umano. La grande differenza tra le celle sta nel file parete cellulare aggiuntiva dei batteri. La parete cellulare si attacca all'esterno della membrana cellulare e in questo modo stabilizza e protegge il batterio, che senza di esso sarebbe vulnerabile. lei è fuori Murein, una particella di zucchero speciale, in cui possono essere incorporate altre proteine, come il Locomozione e riproduzione servire. penicillina può interrompere la sintesi della parete cellulare e quindi funziona battericida, cioè uccide il batterio. Ciò consente un'azione mirata contro i batteri patogeni senza allo stesso tempo distruggere le cellule del corpo.
