Welche Struktur und Bedeutung hat das Zytoplasma? Zytoplasma

Zytoplasma(Zytoplasma) ist ein komplexes kolloidales System, das aus Hyaloplasma, Membran- und Nichtmembranorganellen und Einschlüssen besteht.

Hyaloplasma (vom griechischen hyaline – transparent) ist ein komplexes kolloidales System bestehend aus verschiedenen Biopolymeren (Proteine, Nukleinsäuren, Polysaccharide), das in der Lage ist, von einem solähnlichen (flüssigen) Zustand in einen Gelzustand und zurück überzugehen.

¨Hyaloplasma besteht aus Wasser, darin gelösten organischen und anorganischen Verbindungen und einer Zytomatrix, dargestellt durch ein Trabekelnetz aus Proteinfasern mit einer Dicke von 2-3 nm.

„Die Funktion des Hyaloplasmas besteht darin, dass dieses Medium alle Zellstrukturen vereint und deren chemische Wechselwirkung untereinander gewährleistet.“

Die meisten intrazellulären Transportprozesse werden über das Hyaloplasma abgewickelt: die Übertragung von Aminosäuren, Fettsäuren, Nukleotiden und Zuckern. Im Hyaloplasma findet ein ständiger Ionenfluss zur und von der Plasmamembran, zu den Mitochondrien, dem Zellkern und den Vakuolen statt. Hyaloplasma macht etwa 50 % des Gesamtvolumens des Zytoplasmas aus.

Organellen und Einschlüsse. Organellen sind dauerhafte und obligatorische Mikrostrukturen für alle Zellen, die die Ausführung lebenswichtiger Zellfunktionen sicherstellen.

Abhängig von ihrer Größe werden Organellen unterteilt in:

1) mikroskopisch – sichtbar unter einem Lichtmikroskop;

submikroskopisch – mit einem Elektronenmikroskop unterscheidbar.

Basierend auf dem Vorhandensein einer Membran in der Zusammensetzung der Organellen werden sie unterschieden:

1) Membran;

Nicht-Membran.

Je nach Verwendungszweck werden alle Organellen unterteilt in:

Membranorganellen

Mitochondrien

Mitochondrien sind mikroskopisch kleine Membranorganellen mit allgemeinem Zweck.

¨Abmessungen – Dicke 0,5 Mikrometer, Länge von 1 bis 10 Mikrometer.

¨Form – oval, länglich, unregelmäßig.

¨Struktur – das Mitochondrium wird von zwei etwa 7 nm dicken Membranen begrenzt:

1)Äußere glatte Mitochondrienmembran(membrana mitochondrialis externa), die das Mitochondrium vom Hyaloplasma trennt. Es hat gleichmäßige Konturen und ist so geschlossen, dass es eine Tasche darstellt.

Innere Mitochondrienmembran(memrana mitochondrialis interna), das Auswüchse und Falten (Cristae) innerhalb der Mitochondrien bildet und den inneren Inhalt der Mitochondrien – die Matrix – begrenzt. Das Innere des Mitochondriums ist mit einer elektronendichten Substanz namens gefüllt

Die Matrix hat eine feinkörnige Struktur und enthält dünne Fäden mit einer Dicke von 2–3 nm und Körnchen mit einer Größe von etwa 15–20 nm. Die Stränge sind DNA-Moleküle und die kleinen Körnchen sind mitochondriale Ribosomen.

¨Mitochondrienfunktionen

1. Die Synthese und Akkumulation von Energie in Form von ATP erfolgt als Ergebnis der Prozesse der Oxidation organischer Substrate und der Phosphorylierung von ATP. Diese Reaktionen finden unter Beteiligung von in der Matrix lokalisierten Enzymen des Tricarbonsäurezyklus statt. Die Cristae-Membranen verfügen über Systeme für den weiteren Elektronentransport und die damit verbundene oxidative Phosphorylierung (Phosphorylierung von ADP zu ATP).

2. Proteinsynthese. Mitochondrien verfügen in ihrer Matrix über ein autonomes Proteinsynthesesystem. Dies sind die einzigen Organellen, die über eigene DNA-Moleküle verfügen, die frei von Histonproteinen sind. In der mitochondrialen Matrix kommt es auch zur Bildung von Ribosomen, die eine Reihe von Proteinen synthetisieren, die nicht vom Zellkern kodiert werden und zum Aufbau eigener Enzymsysteme dienen.

3. Regulierung des Wasserstoffwechsels.

Lysosomen

Lysosomen (Lisosomen) sind submikroskopische Membranorganellen mit allgemeinem Zweck.

¨Abmessungen – 0,2–0,4 Mikrometer

¨Form – oval, klein, kugelförmig.

¨Struktur – Lysosomen enthalten proteolytische Enzyme (mehr als 60 sind bekannt), die verschiedene Biopolymere abbauen können. Enzyme befinden sich in einem geschlossenen Membranbeutel, der ihr Eindringen in das Hyaloplasma verhindert.

Es gibt vier Arten von Lysosomen:

Primäre Lysosomen;

Sekundär (Heterophagosomen, Phagolysosomen);

Autophagosomen

Restkörper.

Primäre Lysosomen- Dies sind kleine Membranvesikel mit einer Größe von 0,2 bis 0,5 µm, gefüllt mit einer unstrukturierten Substanz, die hydrolytische Enzyme in einem inaktiven Zustand enthält (Marker – saure Phosphatase).

Sekundäre Lysosomen(Heterophagosomen) oder intrazelluläre Verdauungsvakuolen, die durch die Fusion primärer Lysosomen mit phagozytischen Vakuolen entstehen. Enzyme des primären Lysosoms beginnen mit Biopolymeren in Kontakt zu treten und diese in Monomere zu zerlegen. Letztere werden durch die Membran in das Hyaloplasma transportiert und dort wiederverwendet, also in verschiedene Stoffwechselprozesse einbezogen.

Autophagosomen (Autolysosomen)– kommen ständig in den Zellen von Protozoen, Pflanzen und Tieren vor. Aufgrund ihrer Morphologie werden sie als sekundäre Lysosomen klassifiziert, allerdings mit dem Unterschied, dass diese Vakuolen Fragmente oder sogar ganze zytoplasmatische Strukturen wie Mitochondrien, Plastiden, Ribosomen und Glykogengranula enthalten.

Restkörper(Telolysosom, Corpusculum Residual) – sind unverdaute Rückstände, die von einer biologischen Membran umgeben sind, eine kleine Menge hydrolytischer Enzyme enthalten, der Inhalt wird verdichtet und neu geordnet. In Restkörpern kommt es häufig zu einer Sekundärstrukturierung unverdauter Lipide und diese bilden Schichtstrukturen. Es kommt auch zu einer Ablagerung von Pigmentsubstanzen – einem Alterungspigment, das Lipofuscin enthält.

¨Funktion - Verdauung biogener Makromoleküle, Modifikation der von der Zelle synthetisierten Produkte mit Hilfe von Hydrolasen.

Zytoplasma - ein obligatorischer Teil der Zelle, der zwischen der Plasmamembran und dem Zellkern eingeschlossen ist und darstellt Hyaloplasma - die Hauptsubstanz des Zytoplasmas, Organoide- permanente Bestandteile des Zytoplasmas und Aufnahme- temporäre Bestandteile des Zytoplasmas. Die chemische Zusammensetzung des Zytoplasmas ist vielfältig. Seine Basis ist Wasser (60-90 % der Gesamtmasse des Zytoplasmas). Das Zytoplasma ist reich an Proteinen; es kann Fette und fettähnliche Substanzen sowie verschiedene organische und anorganische Verbindungen enthalten. Das Zytoplasma reagiert alkalisch. Eines der charakteristischen Merkmale des Zytoplasmas ist die ständige Bewegung (Zyklose). Der Nachweis erfolgt vor allem durch die Bewegung von Zellorganellen, beispielsweise Chloroplasten. Wenn die Bewegung des Zytoplasmas stoppt, stirbt die Zelle, da sie ihre Funktionen nur dann erfüllen kann, wenn sie in ständiger Bewegung ist.

Die Hauptsubstanz des Zytoplasmas ist Hyaloplasma (Zytosol)- ist eine farblose, schleimige, dicke und transparente kolloidale Lösung. Darin finden alle Stoffwechselvorgänge statt, es sorgt für die Verbindung des Zellkerns und aller Organellen. Abhängig vom Vorherrschen des flüssigen Teils oder großer Moleküle im Hyaloplasma werden zwei Formen des Hyaloplasmas unterschieden: Sol - mehr flüssiges Hyaloplasma und Gel- dickeres Hyaloplasma. Zwischen ihnen sind gegenseitige Übergänge möglich: Das Gel geht leicht in ein Sol über und umgekehrt.

Zellmembranen Eukaryontische Organismen haben unterschiedliche Strukturen, aber die Plasmamembran grenzt immer an das Zytoplasma und auf ihrer Oberfläche bildet sich eine äußere Schicht. Bei Tieren heißt es Glykokalyx(gebildet durch Glykoproteine, Glykolipide, Lipoproteine), in Pflanzen - Zellwand aus einer dicken Schicht Faserfasern.

Membranstruktur. Alle biologischen Membranen haben gemeinsame Strukturmerkmale und Eigenschaften. Es ist derzeit allgemein anerkannt flüssiges Mosaikmodell Membranstruktur (Sandwichmodell). Die Membran basiert hauptsächlich auf einer gebildeten Lipiddoppelschicht Phospholipide. In einer Doppelschicht sind die Schwänze der Moleküle in der Membran einander zugewandt und die Polköpfe zeigen nach außen, in Richtung Wasser. Neben Lipiden enthält die Membran Proteine ​​(durchschnittlich 60 %). Sie bestimmen die meisten spezifischen Funktionen der Membran. Proteinmoleküle bilden keine durchgehende Schicht; sie werden unterschieden periphere Proteine- Proteine, die sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Lipiddoppelschicht befinden, semi-integrale Proteine- Proteine, die unterschiedlich tief in die Lipiddoppelschicht eingetaucht sind, Integral, oder Transmembranproteine- Proteine, die die Membran durchdringen und sowohl mit der äußeren als auch der inneren Umgebung der Zelle in Kontakt kommen.

Membranproteine ​​können verschiedene Funktionen erfüllen: Transport bestimmter Moleküle, Katalyse von Reaktionen auf Membranen, Aufrechterhaltung der Membranstruktur, Empfang und Umwandlung von Signalen aus der Umgebung.

Die Membran kann 2 bis 10 % Kohlenhydrate enthalten. Die Kohlenhydratkomponente von Membranen wird normalerweise durch Oligosaccharid- oder Polysaccharidketten repräsentiert, die mit Proteinmolekülen (Glykoproteinen) oder Lipiden (Glykolipiden) verbunden sind. Kohlenhydrate befinden sich hauptsächlich auf der Außenfläche der Membran. Kohlenhydrate übernehmen Rezeptorfunktionen der Membran. In tierischen Zellen bilden Glykoproteine ​​einen Supramembrankomplex - Glykokalyx, mit einer Dicke von mehreren zehn Nanometern. Darin findet die extrazelluläre Verdauung statt, viele Zellrezeptoren sind lokalisiert und offenbar erfolgt mit ihrer Hilfe die Zelladhäsion.

Protein- und Lipidmoleküle sind mobil und können sich hauptsächlich in der Membranebene bewegen. Die Dicke der Plasmamembran beträgt durchschnittlich 7,5 nm.

Membranfunktionen.

1. Sie trennen Zellinhalte von der äußeren Umgebung.

2. Regulieren Sie den Stoffwechsel zwischen Zelle und Umwelt.

3. Zellen werden in Kompartimente unterteilt, die für das Auftreten verschiedener Reaktionen ausgelegt sind.

4. Viele chemische Reaktionen finden auf enzymatischen Förderern statt, die sich auf den Membranen selbst befinden.

5. Sorgen Sie für die Kommunikation zwischen Zellen im Gewebe vielzelliger Organismen.

6. Auf den Membranen befinden sich Rezeptorbereiche zur Erkennung äußerer Reize.

Eine der Hauptfunktionen der Membran ist der Transport, der den Stoffaustausch zwischen der Zelle und der äußeren Umgebung gewährleistet. Membranen haben die Eigenschaft selektive Durchlässigkeit Das heißt, sie sind für einige Substanzen oder Moleküle gut durchlässig und für andere schlecht (oder völlig undurchdringlich). Für den Stofftransport durch die Membran gibt es verschiedene Mechanismen. Je nachdem, wie viel Energie für den Transport von Stoffen aufgewendet werden muss, werden sie unterschieden : passiver Transport- Stofftransport ohne Energieverbrauch; aktiver Transport - Transportmittel, das Energie benötigt.

Der passive Transport basiert auf Konzentrations- und Ladungsunterschieden. Beim passiven Transport bewegen sich Stoffe immer von einem Bereich höherer Konzentration zu einem Bereich niedrigerer Konzentration, also entlang eines Konzentrationsgradienten.

Unterscheiden drei Hauptmechanismen des passiven Transports:einfache Verbreitung- Transport von Stoffen direkt durch die Lipiddoppelschicht. Gase, unpolare oder kleine ungeladene polare Moleküle passieren es leicht. Je kleiner das Molekül und je fettlöslicher es ist, desto schneller dringt es in die Membran ein. Interessanterweise dringen polare Wassermoleküle sehr schnell in die Lipiddoppelschicht ein. Dies liegt daran, dass seine Moleküle klein und elektrisch neutral sind. Die Diffusion von Wasser durch Membranen nennt man durch Osmose.

Diffusion durch Membrankanäle. Geladene Moleküle und Ionen (Na +, K +, Ca 2+, C1~) können die Lipiddoppelschicht nicht durch einfache Diffusion passieren, sie dringen jedoch aufgrund der Anwesenheit spezieller kanalbildender Proteine, die Poren bilden, in die Membran ein . Der größte Teil des Wassers passiert die Membran durch Kanäle, die von Aquaporin-Proteinen gebildet werden.

Erleichterte Verbreitung- Transport von Stoffen mithilfe spezieller Transportproteine, die jeweils für den Transport bestimmter Moleküle oder Gruppen verwandter Moleküle verantwortlich sind. Sie interagieren mit einem Molekül der transportierten Substanz und bewegen es auf irgendeine Weise durch die Membran. Auf diese Weise werden Zucker, Aminosäuren, Nukleotide und viele andere polare Moleküle in die Zelle transportiert.

Notwendigkeit aktiver Transport tritt auf, wenn es notwendig ist, den Transport von Molekülen durch eine Membran gegen einen elektrochemischen Gradienten sicherzustellen. Dieser Transport erfolgt durch Trägerproteine, deren Aktivität Energie erfordert. Die Energiequelle sind ATP-Moleküle. Eines der am besten untersuchten aktiven Transportsysteme ist die Natrium-Kalium-Pumpe. Die Konzentration von K + innerhalb der Zelle ist viel höher als außerhalb und Na + – umgekehrt. Daher diffundiert K + passiv aus der Zelle durch die Wasserporen der Membran und Na + in die Zelle. Gleichzeitig ist es für die normale Funktion der Zelle wichtig, ein bestimmtes Verhältnis von K+- und Na+-Ionen im Zytoplasma und in der äußeren Umgebung aufrechtzuerhalten. Dies ist möglich, weil die Membran dank der Anwesenheit einer Natrium-Kalium-Pumpe aktiv Na+ aus der Zelle und K+ in die Zelle pumpt. Fast ein Drittel der für die Zellfunktion erforderlichen Energie wird für den Betrieb der Natrium-Kalium-Pumpe aufgewendet. In einem Betriebszyklus pumpt die Pumpe 3 Na+-Ionen aus der Zelle ab und pumpt 2 K+-Ionen hinein. K+ diffundiert passiv schneller aus der Zelle als Na+ in die Zelle.

Die Zelle verfügt über Mechanismen, mit denen sie große Partikel und Makromoleküle durch die Membran transportieren kann. Der Vorgang der Aufnahme von Makromolekülen durch eine Zelle nennt man Endozytose. Bei der Endozytose bildet die Plasmamembran eine Einstülpung, ihre Ränder verschmelzen und Strukturen, die durch eine einzelne Membran, die Teil der äußeren Zytoplasmamembran ist, vom Zytoplasma abgegrenzt werden, werden in das Zytoplasma eingeschnürt. Es gibt zwei Arten der Endozytose: Phagozytose- Einfangen und Absorbieren großer Partikel (z. B. Phagozytose von Lymphozyten, Protozoen usw.) und Pinozytose - der Prozess des Auffangens und Absorbierens von Flüssigkeitströpfchen mit darin gelösten Substanzen.

Exozytose- der Prozess der Entfernung verschiedener Substanzen aus der Zelle. Bei der Exozytose verschmilzt die Vesikelmembran mit der äußeren Zytoplasmamembran, der Inhalt der Vesikel wird aus der Zelle entfernt und ihre Membran wird in die äußere Zytoplasmamembran eingeschlossen.

Zellorganellen

Organellen (Organellen)- permanente Zellstrukturen, die dafür sorgen, dass die Zelle bestimmte Funktionen erfüllt. Jedes Organell hat eine spezifische Struktur und erfüllt bestimmte Funktionen.

Es gibt: Membranorganellen – mit einer Membranstruktur, und sie können einmembranig (endoplasmatisches Retikulum, Golgi-Apparat, Lysosomen, Vakuolen von Pflanzenzellen) und doppelmembranig (Mitochondrien, Plastiden, Kern) sein.

Neben Membranorganellen kann es auch Nichtmembranorganellen geben – solche, die keine Membranstruktur haben (Chromosomen, Ribosomen, Zellzentrum und Zentriolen, Zilien und Flagellen mit Basalkörpern, Mikrotubuli, Mikrofilamente).

Einzelne Membranorganellen:

1. Endoplasmatisches Retikulum (ER). Es handelt sich um ein System von Membranen, die Tanks und Kanäle bilden, die miteinander verbunden sind und einen einzigen Innenraum begrenzen – EPR-Hohlräume. Die Membranen sind einerseits mit der äußeren Zytoplasmamembran und andererseits mit der Außenhülle der Kernmembran verbunden. Es gibt zwei Arten von EPR: rau (körnig), enthält Ribosomen auf seiner Oberfläche und stellt eine Ansammlung abgeflachter Säcke dar, und glatt (agranulär), deren Membranen keine Ribosomen tragen.

Funktionen: teilt das Zytoplasma der Zelle in isolierte Kompartimente und sorgt so für die räumliche Abgrenzung vieler verschiedener parallel ablaufender Reaktionen, führt die Synthese und den Abbau von Kohlenhydraten und Lipiden durch (glattes ER) und sorgt für die Proteinsynthese (raues ER), sammelt sich in Kanälen und Hohlräumen an und transportiert dann Biosyntheseprodukte zu Zellorganellen.

2. Golgi-Apparat. Eine Organelle, die sich normalerweise in der Nähe des Zellkerns befindet (in tierischen Zellen oft in der Nähe des Zellzentrums). Es handelt sich um einen Stapel abgeflachter Zisternen mit verbreiterten Rändern, mit denen ein System kleiner Einzelmembranbläschen (Golgi-Vesikel) verbunden ist. Jeder Stapel besteht normalerweise aus 4-6 Tanks. Die Anzahl der Golgi-Stapel in einer Zelle liegt zwischen einem und mehreren Hundert.

Die wichtigste Funktion des Golgi-Komplexes ist die Entfernung verschiedener Sekrete (Enzyme, Hormone) aus der Zelle, daher ist er in sekretorischen Zellen gut entwickelt. Hier findet die Synthese komplexer Kohlenhydrate aus Einfachzuckern, die Reifung von Proteinen und die Bildung von Lysosomen statt.

3. Lysosomen. Die kleinsten Einzelmembran-Zellorganellen, bei denen es sich um Vesikel mit einem Durchmesser von 0,2–0,8 Mikrometern handelt, enthalten bis zu 60 hydrolytische Enzyme, die in einer leicht sauren Umgebung aktiv sind.

Die Bildung von Lysosomen erfolgt im Golgi-Apparat, wohin die darin synthetisierten Enzyme aus dem ER gelangen. Den Abbau von Stoffen mit Hilfe von Enzymen nennt man Lyse, daher der Name der Organelle.

Es gibt: primäre Lysosomen – Lysosomen, die vom Golgi-Apparat getrennt sind und Enzyme in inaktiver Form enthalten, und sekundäre Lysosomen – Lysosomen, die durch die Fusion primärer Lysosomen mit pinozytotischen oder phagozytotischen Vakuolen entstehen; In ihnen findet die Verdauung und Lyse der in die Zelle gelangenden Stoffe statt (daher werden sie oft Verdauungsvakuolen genannt).

Die Verdauungsprodukte werden vom Zellzytoplasma absorbiert, ein Teil des Materials bleibt jedoch unverdaut. Das sekundäre Lysosom, das dieses unverdaute Material enthält, wird Restkörper genannt. Durch Exozytose werden unverdaute Partikel aus der Zelle entfernt.

Manchmal kommt es zur Selbstzerstörung der Zelle unter Beteiligung von Lysosomen. Dieser Vorgang wird Autolyse genannt. Dies geschieht normalerweise bei bestimmten Differenzierungsprozessen (z. B. dem Ersatz von Knorpelgewebe durch Knochengewebe, dem Verschwinden des Schwanzes bei einer Kaulquappe von Fröschen).

4. Zilien und Flagellen. Besteht aus neun doppelten Mikrotubuli, die die Wand eines membranbedeckten Zylinders bilden; In seiner Mitte befinden sich zwei einzelne Mikrotubuli. Diese Struktur vom Typ 9+2 ist charakteristisch für Zilien und Flagellen in fast allen eukaryotischen Organismen, vom Protozoen bis zum Menschen.

Zilien und Flagellen werden im Zytoplasma durch Basalkörperchen verstärkt, die an der Basis dieser Organellen liegen. Jeder Basalkörper besteht aus neun Mikrotubuli-Tripletts; in seiner Mitte befinden sich keine Mikrotubuli.

5. Zu den Einzelmembranorganellen gehören auch Vakuolen, umgeben von einer Membran - Tonoplast. In Pflanzenzellen können sie bis zu 90 % des Zellvolumens einnehmen und sorgen aufgrund ihres hohen osmotischen Potentials und Turgors (intrazellulärer Druck) für den Wasserfluss in die Zelle. In tierischen Zellen sind die Vakuolen klein und werden durch Endozytose (phagozytotisch und pinozytotisch) gebildet. Nach der Fusion mit primären Lysosomen werden sie Verdauungsvakuolen genannt.

Doppelmembranorganellen:

1. Mitochondrien. Doppelmembranorganellen einer eukaryotischen Zelle, die den Körper mit Energie versorgen. Die Anzahl der Mitochondrien in einer Zelle variiert stark zwischen 1.000 und 100.000 und hängt von ihrer Stoffwechselaktivität ab. Durch Teilung kann sich die Zahl der Mitochondrien erhöhen, da diese Organellen über eine eigene DNA verfügen.

Die äußere Membran der Mitochondrien ist glatt, die innere Membran bildet zahlreiche Einstülpungen oder röhrenförmige Auswüchse – Cristas. Die Anzahl der Cristae kann je nach Funktion der Zelle zwischen mehreren zehn, mehreren hundert und sogar tausenden variieren. Sie vergrößern die Oberfläche der inneren Membran, auf der sich Enzymsysteme befinden, die an der Synthese von ATP-Molekülen beteiligt sind.

Der Innenraum der Mitochondrien ist gefüllt Matrix. Die Matrix enthält ein kreisförmiges Molekül aus mitochondrialer DNA, spezifischer mRNA, tRNA und Ribosomen (prokaryotischer Typ), die die autonome Biosynthese eines Teils der Proteine ​​durchführen, aus denen die innere Membran besteht. Diese Tatsachen stützen den Ursprung der Mitochondrien aus oxidierenden Bakterien (gemäß der Symbiogenese-Hypothese). Die meisten mitochondrialen Gene sind jedoch in den Zellkern verlagert, und die Synthese vieler mitochondrialer Proteine ​​findet im Zytoplasma statt. Darüber hinaus enthält es Enzyme, die ATP-Moleküle bilden. Mitochondrien sind in der Lage, sich durch Spaltung zu vermehren.

Die Funktionen der Mitochondrien sind der Sauerstoffabbau von Kohlenhydraten, Aminosäuren, Glycerin und Fettsäuren unter Bildung von ATP, die Synthese mitochondrialer Proteine.

2. Plastiden. Es gibt drei Haupttypen von Plastiden: Leukoplasten- farblose Plastiden in den Zellen ungefärbter Pflanzenteile, Chromoplasten- farbige Plastiden, meist gelb, rot und orange, Chloroplasten- grüne Plastiden. Plastiden werden aus Proplastiden gebildet – Doppelmembranvesikeln mit einer Größe von bis zu 1 Mikrometer.

Da Plastiden einen gemeinsamen Ursprung haben, sind gegenseitige Umwandlungen zwischen ihnen möglich. Am häufigsten kommt es zur Umwandlung von Leukoplasten in Chloroplasten (Grünwerden von Kartoffelknollen im Licht); der umgekehrte Vorgang findet im Dunkeln statt. Wenn Blätter gelb und Früchte rot werden, verwandeln sich Chloroplasten in Chromoplasten. Lediglich die Umwandlung von Chromoplasten in Leukoplasten oder Chloroplasten gilt als unmöglich.

Chloroplasten. Die Hauptfunktion ist die Photosynthese, d.h. In Chloroplasten werden im Licht durch die Umwandlung von Sonnenenergie in die Energie von ATP-Molekülen organische Substanzen aus anorganischen Substanzen synthetisiert. Die Chloroplasten höherer Pflanzen haben die Form einer bikonvexen Linse. Die äußere Membran ist glatt, während die innere eine gefaltete Struktur aufweist. Durch die Bildung von Vorsprüngen der Innenmembran entsteht ein System aus Lamellen und Thylakoiden. Innere Umgebung von Chloroplasten - Stroma enthält zirkuläre DNA und Ribosomen vom prokaryotischen Typ. Plastiden sind wie Mitochondrien zur autonomen Teilung fähig. Nach der Symbiogenese-Hypothese gibt es auch Hinweise darauf, dass Plastiden aus Cyanobakterien stammen.

Reis. Modernes (verallgemeinertes) Diagramm der Struktur einer Pflanzenzelle, zusammengestellt nach elektronenmikroskopischer Untersuchung verschiedener Pflanzenzellen: 1 - Golgi-Apparat; 2 - frei lokalisierte Ribosomen; 3 - Chloroplasten; 4 - Interzellularräume; 5 - Polyribosomen (mehrere miteinander verbundene Ribosomen); 6 - Mitochondrien; 7 - Lysosomen; 8 - körniges endoplasmatisches Retikulum; 9 - glattes endoplasmatisches Retikulum; 10 - Mikrotubuli; 11 - Plastiden; 12 - Plasmodesmen, die die Membran passieren; 13 - Zellmembran; 14 - Nukleolus; 15, 18 - Kernhülle; 16 – Poren in der Kernhülle; 17 - Plasmalemma; 19 - Hyaloplasma; 20 - Tonoplast; 21 - Vakuolen; 22 - Kern.

Reis. Membranstruktur

Reis. Die Struktur der Mitochondrien. Oben und in der Mitte - eine Ansicht eines Längsschnitts durch ein Mitochondrium (oben - ein Mitochondrium aus einer embryonalen Zelle einer Wurzelspitze; in der Mitte - aus einer Zelle eines erwachsenen Elodea-Blattes). Unten sehen Sie ein dreidimensionales Diagramm, in dem ein Teil der Mitochondrien weggeschnitten ist, sodass Sie ihre innere Struktur sehen können. 1 - äußere Membran; 2 - innere Membran; 3 - Cristae; 4 - Matrix.

Reis. Chloroplastenstruktur. Links - ein Längsschnitt durch den Chloroplasten: 1 - Grana, gebildet aus in Stapeln gefalteten Lamellen; 2 - Schale; 3 - Stroma (Matrix); 4 - Lamellen; 5 - im Chloroplasten gebildete Fetttropfen. Rechts ist ein dreidimensionales Diagramm der Lage und Beziehung von Lamellen und Grana im Chloroplasten: 1 – Grana; 2 - Lamellen.

2. Die Struktur des Zytoplasmas, seine chemische Zusammensetzung, Bedeutung. Struktur und Funktionen von Membranen.

Zytoplasma (Protoplasma) Der lebende Inhalt einer Zelle war bereits im 12. Jahrhundert bekannt. Der Begriff Protoplasma wurde erstmals vom tschechischen Wissenschaftler Purkinje (1839) vorgeschlagen.

Es gibt drei Schichten des Zytoplasmas: Plasmalemma, Hyaloplasma und Tonoplast.

Plasmalemma - Elementarmembran, die äußere Schicht des Zytoplasmas, angrenzend an die Membran. Seine Dicke beträgt etwa 80 A (A – Angström, 10–10 m). Besteht aus Phospholipiden, Proteinen, Lipoproteinen, Kohlenhydraten, anorganischen Ionen, Wasser. Es kann lamellare (geschichtete) und mizellare (Tröpfchen) Strukturen aufweisen. Am häufigsten besteht es aus 3 Schichten: einer bimolekularen Schicht aus Phospholipiden (35A), ihr Anteil beträgt 40 %, die Oberfläche ist auf beiden Seiten mit einer diskontinuierlichen Schicht aus Strukturproteinen (20 und 25A) bedeckt. An einigen Stellen an der Verbindung von Lamellen- und Mizellenstrukturen oder zwischen zwei Mizellen können sich die äußere und innere Schicht von Strukturproteinen schließen und hydrophile Proteinporen (7-10A) bilden, durch die Substanzen in gelöstem Zustand gelangen.

In die Membranmatrix sind Proteinmoleküle eingebaut, die keine enzymatische Aktivität aufweisen – spezifische selektive Ionenleitfähigkeitskanäle (Kalium, Natrium usw.). Schließlich kann die Membran Proteine ​​enthalten – Enzyme, die für den Eintritt hochmolekularer Substanzen in die Zelle sorgen. Alle diese Formationen – biochemische Poren – sorgen für die Haupteigenschaft von Membranen – die Halbdurchlässigkeit.

Das Plasmalemma weist zahlreiche Falten, Vertiefungen und Vorsprünge auf, wodurch sich seine Oberfläche um ein Vielfaches vergrößert.

Als Membran erfüllt das Plasmalemma wichtige und komplexe Funktionen: 1. Reguliert die Aufnahme und Abgabe von Stoffen durch die Zelle; 2. Wandelt, speichert und verbraucht Energie; 3. Stellt einen chemischen Konverter dar; beschleunigt die Umwandlung von Stoffen; 4. Empfängt und wandelt Licht, mechanische und chemische Signale von der Außenwelt um.

Somit steuert das Plasmalemma die Permeabilität der Zelle, die Prozesse der Aufnahme, Umwandlung, Sekretion und Ausscheidung von Stoffen.

Tonoplast - innere Membran, die den Zellsaft vom Zytoplasma trennt

Hyaloplasma. Stellt die Grundlage der zellulären Organisation dar und ist Ausdruck ihres Wesens als Lebewesen. Aus physikalisch-chemischer Sicht handelt es sich um ein komplexes heterogenes kolloidales System, in dem hochmolekulare Verbindungen in einer wässrigen Umgebung dispergiert sind. Im Durchschnitt enthält das Zytoplasma 70–80 % Wasser, 12 % Proteine, 1,5–2 % Nukleinsäuren, etwa 5 % Fett, 4–6 % Kohlenhydrate und 0,5–2 % anorganische Substanzen. Es kann in zwei Zuständen vorliegen: Sol und Gel. Sol- flüssiger Zustand, hat Viskosität, Gel- fester Zustand, hat Elastizität, Dehnbarkeit. Kann unter dem Einfluss von Temperatur, Wasserstoffionenkonzentration, Elektrolytzugabe und mechanischer Einwirkung reversible Sol-Gel-Übergänge durchführen.

Zytoplasma ist konstant Bewegung, was unter normalen Bedingungen sehr langsam und kaum wahrnehmbar ist. Eine Temperaturerhöhung, ein Licht- oder chemischer Reiz beschleunigen die Bewegung des Zytoplasmas und machen es im Lichtmikroskop sichtbar. Chloroplasten, die von der Strömung des viskosen Zytoplasmas weggetragen werden, helfen dabei, diese Bewegung zu erkennen. Es gibt zwei Arten der Bewegung des Zytoplasmas: kreisförmig (rotierend) und streifenförmig (zirkulierend). Wenn die Zellhöhle von einer großen Vakuole besetzt ist, bewegt sich das Zytoplasma nur entlang der Wände. Dies ist eine kreisförmige Bewegung. Es kann in den Blattzellen von Vallisneria und Elodea beobachtet werden. Wenn in einer Zelle mehrere Vakuolen vorhanden sind, verbinden sich die Zytoplasmastränge, die die Zelle durchqueren, in der Mitte, in der sich der Zellkern befindet. In diesen Strängen kommt es zu einer streifenförmigen Bewegung des Zytoplasmas. In den Zellen der Brennhaare der Brennnessel und in den Zellen der Haare junger Kürbistriebe kann man eine streifige Bewegung des Zytoplasmas beobachten.

Die Eigenschaften des Hyaloplasmas sind auch mit supramolekularen Strukturen proteinischer Natur verbunden. Dies sind Mikrotubuli und Mikrofilamente.

Mikrotubuli- hohle kleine Formationen mit einer elektronendichten Proteinwand. Sie sind an der Stoffleitung durch das Zytoplasma, an der Bewegung der Chromosomen und der Bildung mitotischer Spindelfäden beteiligt.

Mikrofilamente bestehen aus helikal angeordneten Proteinuntereinheiten, die Fasern oder ein dreidimensionales Netzwerk bilden, kontraktile Proteine ​​enthalten und die Bewegung von Hyaloplasma und daran befestigten Organellen fördern.

Hyaloplasma Als komplexes heterogenes kolloidales System aus Makromolekülen und supramolekularen Strukturen zeichnet es sich durch Wasserunlöslichkeit, Viskosität, Elastizität, die Fähigkeit zu umgekehrten Veränderungen, Undurchdringlichkeit durch die Poren natürlicher Membranen, große Grenzflächen, starke Lichtbrechung und eine sehr geringe Diffusion aus Rate.

Hyaloplasma-Organellen . Wie bereits erwähnt, enthält das Hyaloplasma eine große Anzahl supramolekularer Formationen, die zahlreiche Organellen darstellen.

Funktionen von Biomembranen

1) Barriere – sorgt für einen regulierten, selektiven, passiven und aktiven Stoffwechsel mit der Umwelt. Beispielsweise schützt die Peroxisomenmembran das Zytoplasma vor für die Zelle gefährlichen Peroxiden. Selektive Permeabilität bedeutet, dass die Permeabilität einer Membran für verschiedene Atome oder Moleküle von deren Größe, elektrischer Ladung und chemischen Eigenschaften abhängt. Die selektive Permeabilität sorgt dafür, dass die Zelle und Zellkompartimente von der Umgebung getrennt und mit den notwendigen Stoffen versorgt werden.

2) Transport – Substanzen werden durch die Membran in die Zelle hinein und aus ihr heraus transportiert. Der Transport durch Membranen gewährleistet: die Zufuhr von Nährstoffen, den Abtransport von Stoffwechselendprodukten, die Sekretion verschiedener Substanzen, die Bildung von Ionengradienten, die Aufrechterhaltung des richtigen pH-Werts und der Ionenkonzentration in der Zelle, die für den Betrieb zellulärer Enzyme erforderlich sind. aus irgendeinem Grund nicht in der Lage sind, die Phospholipid-Doppelschicht zu durchqueren (z. B. aufgrund hydrophiler Eigenschaften, da die Membran im Inneren hydrophob ist und keine hydrophilen Substanzen durchlässt, oder aufgrund ihrer Größe), aber für die Zelle notwendig , können durch spezielle Trägerproteine ​​(Transporter) und Kanalproteine ​​oder durch Endozytose in die Membran eindringen. Beim passiven Transport passieren Substanzen die Lipiddoppelschicht ohne Energieaufwand durch Diffusion. Eine Variante dieses Mechanismus ist die erleichterte Diffusion, bei der ein bestimmtes Molekül einer Substanz dabei hilft, die Membran zu passieren. Dieses Molekül verfügt möglicherweise über einen Kanal, der nur einen Stofftyp durchlässt. Der aktive Transport erfordert Energie, da er gegen einen Konzentrationsgradienten erfolgt. Auf der Membran befinden sich spezielle Pumpproteine, darunter die ATPase, die aktiv Kaliumionen (K+) in die Zelle pumpen und Natriumionen (Na+) aus ihr herauspumpen.

3) Matrix – sorgt für eine bestimmte relative Position und Orientierung der Membranproteine, ihre optimale Interaktion;

4) mechanisch – gewährleistet die Autonomie der Zelle, ihrer intrazellulären Strukturen sowie die Verbindung mit anderen Zellen (im Gewebe). Zellwände spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung der mechanischen Funktion und bei Tieren auch der Interzellularsubstanz.

5) Energie – während der Photosynthese in Chloroplasten und der Zellatmung in Mitochondrien funktionieren in ihren Membranen Energieübertragungssysteme, an denen auch Proteine ​​beteiligt sind;

6) Rezeptor – einige Proteine, die sich in der Membran befinden, sind Rezeptoren (Moleküle, mit deren Hilfe die Zelle bestimmte Signale wahrnimmt). Im Blut zirkulierende Hormone wirken beispielsweise nur auf Zielzellen, die über Rezeptoren verfügen, die diesen Hormonen entsprechen. Neurotransmitter (Chemikalien, die für die Weiterleitung von Nervenimpulsen sorgen) binden auch an spezielle Rezeptorproteine ​​in Zielzellen.

7) enzymatisch – Membranproteine ​​sind oft Enzyme. Beispielsweise enthalten die Plasmamembranen von Darmepithelzellen Verdauungsenzyme.

8) Umsetzung der Erzeugung und Leitung von Biopotentialen.

Mit Hilfe der Membran wird eine konstante Ionenkonzentration in der Zelle aufrechterhalten: Die Konzentration des K+-Ions innerhalb der Zelle ist viel höher als außerhalb, und die Konzentration von Na+ ist viel niedriger, was sehr wichtig ist, da dies gewährleistet die Aufrechterhaltung der Potentialdifferenz auf der Membran und die Erzeugung eines Nervenimpulses.

9) Zellmarkierung – auf der Membran befinden sich Antigene, die als Marker fungieren – „Markierungen“, die die Identifizierung der Zelle ermöglichen. Dabei handelt es sich um Glykoproteine ​​(also Proteine ​​mit daran befestigten verzweigten Oligosaccharid-Seitenketten), die die Rolle von „Antennen“ spielen. Aufgrund der unzähligen Konfigurationen der Seitenketten ist es möglich, für jeden Zelltyp einen spezifischen Marker herzustellen. Mit Hilfe von Markern können Zellen andere Zellen erkennen und mit ihnen zusammenarbeiten, beispielsweise bei der Bildung von Organen und Geweben. Dadurch kann das Immunsystem auch fremde Antigene erkennen.

Der von einer Membran begrenzte gelartige Inhalt der Zelle wird als Zytoplasma einer lebenden Zelle bezeichnet. Das Konzept wurde 1882 vom deutschen Botaniker Eduard Strassburger eingeführt.

Struktur

Zytoplasma ist die innere Umgebung jeder Zelle und charakteristisch für Zellen von Bakterien, Pflanzen, Pilzen und Tieren.
Zytoplasma besteht aus folgenden Komponenten:

• Hyaloplasma (Zytosole) – flüssige Substanz;
• zelluläre Einschlüsse – optionale Bestandteile der Zelle;
• Organellen – dauerhafte Bestandteile der Zelle;
• Zytoskelett – Zellgerüst.

Die chemische Zusammensetzung des Zytosols umfasst folgende Stoffe:

• Wasser - 85 %;
• Proteine ​​– 10 %
• organische Verbindungen - 5 %.

Zu den organischen Verbindungen gehören:

• Mineralsalze;
• Kohlenhydrate;
• Lipide;
• stickstoffhaltige Verbindungen;
• eine kleine Menge DNA und RNA;
• Glykogen (charakteristisch für tierische Zellen).

Reis. 1. Zusammensetzung des Zytoplasmas.

Das Zytoplasma enthält einen Vorrat an Nährstoffen (Fetttropfen, Polysaccharidkörner) sowie unlösliche Abfallprodukte der Zelle.

Das Zytoplasma ist farblos und bewegt und fließt ständig. Es enthält alle Organellen der Zelle und vermittelt deren Verbindung. Bei teilweiser Entfernung wird das Zytoplasma wiederhergestellt. Wenn das Zytoplasma vollständig entfernt ist, stirbt die Zelle.

Die Struktur des Zytoplasmas ist heterogen. Bedingt zuweisen zwei Schichten Zytoplasma:

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• Ektoplasma (Plasmagel) – eine äußere dichte Schicht, die keine Organellen enthält;
• Endoplasma (Plasmasol) – eine innere, flüssigere Schicht, die Organellen enthält.

Die Aufteilung in Ektoplasma und Endoplasma kommt bei Protozoen deutlich zum Ausdruck. Ektoplasma hilft der Zelle, sich zu bewegen.

Außen ist das Zytoplasma von einer Zytoplasmamembran oder einem Plasmalemma umgeben. Es schützt die Zelle vor Schäden, führt einen selektiven Stofftransport durch und sorgt für Zellreizbarkeit. Die Membran besteht aus Lipiden und Proteinen.

Lebensaktivität

Zytoplasma ist eine lebenswichtige Substanz, die an den Hauptprozessen der Zelle beteiligt ist:

• Stoffwechsel;
• Wachstum;
• Division.

Die Bewegung des Zytoplasmas wird Zyklose oder zytoplasmatischer Fluss genannt. Es kommt in eukaryontischen Zellen vor, auch beim Menschen. Während der Zyklose liefert das Zytoplasma Substanzen an alle Organellen der Zelle und führt so den Zellstoffwechsel durch. Das Zytoplasma bewegt sich unter Verbrauch von ATP durch das Zytoskelett.

Wenn das Volumen des Zytoplasmas zunimmt, wächst die Zelle. Der Vorgang der Teilung des Körpers einer eukaryontischen Zelle nach der Kernteilung (Karyokinese) wird Zytokinese genannt. Durch die Teilung des Körpers wird das Zytoplasma samt Organellen auf zwei Tochterzellen verteilt.

Reis. 2. Zytokinese.

Funktionen

Die Hauptfunktionen des Zytoplasmas in einer Zelle sind in der Tabelle beschrieben.

Die Trennung des Zytoplasmas von der Membran durch Osmose des austretenden Wassers wird Plasmolyse genannt. Der umgekehrte Prozess – die Deplasmolyse – findet statt, wenn ausreichend Wasser in die Zelle gelangt. Die Prozesse sind für jede Zelle außer tierischen Zellen charakteristisch.

Zytoplasma- ein obligatorischer Teil der Zelle, eingeschlossen zwischen der Plasmamembran und dem Zellkern; ist unterteilt in Hyaloplasma (die Hauptsubstanz des Zytoplasmas), Organellen (permanente Bestandteile des Zytoplasmas) und Einschlüsse (temporäre Bestandteile des Zytoplasmas). Chemische Zusammensetzung des Zytoplasmas: Die Basis ist Wasser (60-90 % der Gesamtmasse des Zytoplasmas), verschiedene organische und anorganische Verbindungen. Das Zytoplasma reagiert alkalisch. Ein charakteristisches Merkmal des Zytoplasmas einer eukaryontischen Zelle ist die ständige Bewegung ( Zyklose). Der Nachweis erfolgt vor allem durch die Bewegung von Zellorganellen, beispielsweise Chloroplasten. Wenn die Bewegung des Zytoplasmas stoppt, stirbt die Zelle, da sie ihre Funktionen nur dann erfüllen kann, wenn sie in ständiger Bewegung ist.

Hyaloplasma ( Zytosol) ist eine farblose, schleimige, dicke und transparente kolloidale Lösung. Darin finden alle Stoffwechselvorgänge statt, es sorgt für die Verbindung des Zellkerns und aller Organellen. Abhängig vom Vorherrschen des flüssigen Teils oder großer Moleküle im Hyaloplasma werden zwei Formen des Hyaloplasmas unterschieden: Sol- mehr flüssiges Hyaloplasma und Gel- dickeres Hyaloplasma. Zwischen ihnen sind gegenseitige Übergänge möglich: Das Gel wird zum Sol und umgekehrt.

Funktionen des Zytoplasmas:

1. Zusammenführung aller Zellkomponenten in einem einzigen System,
2. Umgebung für den Ablauf vieler biochemischer und physiologischer Prozesse,
3. Umgebung für die Existenz und Funktion von Organellen.

Zellmembranen

Zellmembranen begrenzen eukaryontische Zellen. In jeder Zellmembran können mindestens zwei Schichten unterschieden werden. Die innere Schicht grenzt an das Zytoplasma und wird durch dargestellt Plasmamembran(Synonyme - Plasmalemma, Zellmembran, Zytoplasmamembran), über der sich die äußere Schicht bildet. In einer tierischen Zelle ist es dünn und heißt Glykokalyx(gebildet durch Glykoproteine, Glykolipide, Lipoproteine), in einer Pflanzenzelle - dick, genannt Zellwand(gebildet aus Zellulose).

Alle biologischen Membranen haben gemeinsame Strukturmerkmale und Eigenschaften. Es ist derzeit allgemein anerkannt Fluidmosaikmodell der Membranstruktur. Die Basis der Membran ist eine Lipiddoppelschicht, die hauptsächlich aus Phospholipiden besteht. Phospholipide sind Triglyceride, bei denen ein Fettsäurerest durch einen Phosphorsäurerest ersetzt ist; Der Abschnitt des Moleküls, der den Phosphorsäurerest enthält, wird als hydrophiler Kopf bezeichnet, die Abschnitte, die die Fettsäurereste enthalten, werden als hydrophobe Schwänze bezeichnet. In der Membran sind Phospholipide streng geordnet angeordnet: Die hydrophoben Schwänze der Moleküle sind einander zugewandt und die hydrophilen Köpfe zeigen nach außen, zum Wasser hin.

Neben Lipiden enthält die Membran Proteine ​​(durchschnittlich ≈ 60 %). Sie bestimmen die meisten spezifischen Funktionen der Membran (Transport bestimmter Moleküle, Katalyse von Reaktionen, Empfang und Umwandlung von Signalen aus der Umgebung usw.). Es gibt: 1) periphere Proteine(befindet sich auf der äußeren oder inneren Oberfläche der Lipiddoppelschicht), 2) semi-integrale Proteine(in unterschiedlicher Tiefe in die Lipiddoppelschicht eingetaucht), 3) Integrale oder Transmembranproteine(Durchdringen Sie die Membran und berühren Sie dabei sowohl die äußere als auch die innere Umgebung der Zelle). Integrale Proteine ​​werden in einigen Fällen als kanalbildende Proteine ​​oder Kanalproteine ​​bezeichnet, da sie als hydrophile Kanäle betrachtet werden können, durch die polare Moleküle in die Zelle gelangen (die Lipidkomponente der Membran würde sie nicht durchlassen).

A – hydrophiler Phospholipidkopf; B – hydrophobe Phospholipidschwänze; 1 – hydrophobe Regionen der Proteine ​​E und F; 2 – hydrophile Regionen von Protein F; 3 – verzweigte Oligosaccharidkette, die an ein Lipid in einem Glykolipidmolekül gebunden ist (Glykolipide sind weniger verbreitet als Glykoproteine); 4 – verzweigte Oligosaccharidkette, die an ein Protein in einem Glykoproteinmolekül gebunden ist; 5 – hydrophiler Kanal (funktioniert als Pore, durch die Ionen und einige polare Moleküle passieren können).

Die Membran kann Kohlenhydrate enthalten (bis zu 10 %). Die Kohlenhydratkomponente von Membranen wird durch Oligosaccharid- oder Polysaccharidketten dargestellt, die mit Proteinmolekülen (Glykoproteinen) oder Lipiden (Glykolipiden) verbunden sind. Kohlenhydrate befinden sich hauptsächlich auf der Außenfläche der Membran. Kohlenhydrate übernehmen Rezeptorfunktionen der Membran. In tierischen Zellen bilden Glykoproteine ​​einen supramembranösen Komplex, die Glykokalyx, die mehrere zehn Nanometer dick ist. Es enthält viele Zellrezeptoren und mit seiner Hilfe kommt es zur Zelladhäsion.

Protein-, Kohlenhydrat- und Lipidmoleküle sind mobil und können sich in der Membranebene bewegen. Die Dicke der Plasmamembran beträgt etwa 7,5 nm.

Membranfunktionen

Membranen erfüllen folgende Funktionen:

1. Trennung des Zellinhalts von der äußeren Umgebung,
2. Regulierung des Stoffwechsels zwischen Zelle und Umwelt,
3. Unterteilung der Zelle in Kompartimente („Kompartimente“),
4. Ort der Lokalisierung von „enzymatischen Förderern“,
5. Gewährleistung der Kommunikation zwischen Zellen im Gewebe vielzelliger Organismen (Adhäsion),
6. Signalerkennung.

Das Wichtigste Membraneigenschaft— selektive Durchlässigkeit, d. h. Membranen sind für einige Substanzen oder Moleküle hochpermeabel und für andere schlecht (oder völlig undurchlässig). Diese Eigenschaft liegt der regulatorischen Funktion von Membranen zugrunde und sorgt für den Stoffaustausch zwischen der Zelle und der äußeren Umgebung. Der Vorgang, bei dem Stoffe durch die Zellmembran gelangen, wird als bezeichnet Transport von Stoffen. Es gibt: 1) Passiver Transport- der Prozess des Durchleitens von Stoffen ohne Energieverbrauch; 2) aktiver Transport- der Prozess des Durchgangs von Stoffen, der unter Energieaufwand erfolgt.

Bei Passiver Transport Stoffe bewegen sich von einem Bereich höherer Konzentration in einen Bereich niedrigerer, d.h. entlang des Konzentrationsgradienten. In jeder Lösung gibt es Lösungsmittel und gelöste Moleküle. Der Vorgang der Bewegung gelöster Stoffmoleküle wird als Diffusion bezeichnet, die Bewegung von Lösungsmittelmolekülen als Osmose. Wenn das Molekül geladen ist, wird sein Transport auch durch den elektrischen Gradienten beeinflusst. Daher spricht man oft von einem elektrochemischen Gradienten, bei dem beide Gradienten miteinander kombiniert werden. Die Transportgeschwindigkeit hängt von der Größe des Gefälles ab.

Folgende Arten des passiven Transports können unterschieden werden: 1) einfache Verbreitung— Transport von Stoffen direkt durch die Lipiddoppelschicht (Sauerstoff, Kohlendioxid); 2) Diffusion durch Membrankanäle— Transport durch kanalbildende Proteine ​​(Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) erleichterte Verbreitung- Transport von Stoffen mithilfe spezieller Transportproteine, die jeweils für die Bewegung bestimmter Moleküle oder Gruppen verwandter Moleküle (Glukose, Aminosäuren, Nukleotide) verantwortlich sind; 4) Osmose— Transport von Wassermolekülen (in allen biologischen Systemen ist Wasser das Lösungsmittel).

Notwendigkeit aktiver Transport tritt auf, wenn es notwendig ist, den Transport von Molekülen durch eine Membran gegen einen elektrochemischen Gradienten sicherzustellen. Dieser Transport erfolgt durch spezielle Trägerproteine, deren Aktivität einen Energieaufwand erfordert. Die Energiequelle sind ATP-Moleküle. Der aktive Transport umfasst: 1) Na + /K + -Pumpe (Natrium-Kalium-Pumpe), 2) Endozytose, 3) Exozytose.

Betrieb der Na + /K + -Pumpe. Für eine normale Funktion muss die Zelle ein bestimmtes Verhältnis von K+- und Na+-Ionen im Zytoplasma und in der äußeren Umgebung aufrechterhalten. Die Konzentration von K + innerhalb der Zelle sollte deutlich höher sein als außerhalb und Na + – umgekehrt. Es ist zu beachten, dass Na + und K + frei durch die Membranporen diffundieren können. Die Na + /K + -Pumpe wirkt dem Konzentrationsausgleich dieser Ionen entgegen und pumpt aktiv Na + aus der Zelle und K + in die Zelle. Die Na + /K + -Pumpe ist ein Transmembranprotein, das zu Konformationsänderungen fähig ist und dadurch sowohl K + als auch Na + anbinden kann. Der Na + /K + -Pumpzyklus kann in die folgenden Phasen unterteilt werden: 1) Zugabe von Na + aus dem Inneren der Membran, 2) Phosphorylierung des Pumpproteins, 3) Freisetzung von Na + im extrazellulären Raum, 4) Zugabe von K+ von der Außenseite der Membran, 5) Dephosphorylierung des Pumpproteins, 6) Freisetzung von K+ im intrazellulären Raum. Fast ein Drittel der für die Zellfunktion erforderlichen Energie wird für den Betrieb der Natrium-Kalium-Pumpe aufgewendet. In einem Betriebszyklus pumpt die Pumpe 3Na+ aus der Zelle und pumpt 2K+ hinein.

Endozytose- der Prozess der Aufnahme großer Partikel und Makromoleküle durch die Zelle. Es gibt zwei Arten der Endozytose: 1) Phagozytose- Einfangen und Absorbieren großer Partikel (Zellen, Zellteile, Makromoleküle) und 2) Pinozytose— Erfassung und Absorption von flüssigem Material (Lösung, kolloidale Lösung, Suspension). Das Phänomen der Phagozytose wurde von I.I. entdeckt. Mechnikov im Jahr 1882. Während der Endozytose bildet die Plasmamembran eine Einstülpung, ihre Ränder verschmelzen und Strukturen, die durch eine einzelne Membran vom Zytoplasma abgegrenzt sind, werden in das Zytoplasma eingeschnürt. Viele Protozoen und einige Leukozyten sind zur Phagozytose fähig. Pinozytose wird in Darmepithelzellen und im Endothel von Blutkapillaren beobachtet.

Exozytose- ein umgekehrter Prozess zur Endozytose: die Entfernung verschiedener Substanzen aus der Zelle. Bei der Exozytose verschmilzt die Vesikelmembran mit der äußeren Zytoplasmamembran, der Inhalt der Vesikel wird aus der Zelle entfernt und ihre Membran wird in die äußere Zytoplasmamembran eingeschlossen. Auf diese Weise werden Hormone aus den Zellen der endokrinen Drüsen entfernt; bei Protozoen werden unverdaute Nahrungsreste entfernt.

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