Dispositivo di superficie della cella: struttura e funzioni

L'apparato di superficie della cella è un sottosistema universale. Definisce il confine tra l'ambiente esterno e il citoplasma. Il PAC assicura la regolazione della loro interazione. Analizziamo ulteriormente le caratteristiche dell'organizzazione strutturale e funzionale dell'apparato di superficie della cella.

componenti

Sono distinti i seguenti componenti dell'apparato di superficie delle cellule eucariotiche: membrane plasmatiche, supramembrane e complessi submembranti. Il primo è rappresentato come elemento sferico chiuso. Plasmolemma è considerata la base dell'apparato cellulare di superficie. Il complesso sovra-membrana (chiamato anche glicocalisi) è l'elemento esterno situato sopra la membrana plasmatica. È costituito da vari componenti. In particolare, sono:

1. Carboidrati parti di glicoproteine e glicolipidi.
2. Proteine periferiche a membrana.
3. Carboidrati specifici.
4. Proteine semi-integrali e integrali.

Il complesso del submembrane si trova sotto il plasmolemma. Nella sua composizione si distinguono il sistema di supporto-contrattile e il ialoplasma periferico.

Elementi del complesso submembrane

Considerando la struttura dell'apparato di superficie della cella, si dovrebbe arrestare separatamente sul ialoplasma periferico. È una parte citoplasmatica specializzata e si trova al di sopra del plasmolemma. Il ialoplasma periferico è rappresentato da una sostanza eterogenea altamente differenziata liquida. Esso contiene una varietà di elementi ad alto e basso contenuto molecolare in soluzione. Infatti, è un microambiente in cui si verificano processi metabolici specifici e comuni. Il ialoplasma periferico fornisce le prestazioni di molte funzioni dell'apparato di superficie.

Sistema di supporto-contrattile

Si trova nel ialoplasma periferico. Nel sistema di supporto-contrattile ci sono:

1. Microfibrille.
2. Fibrille scheletriche (filamenti intermedi).
3. Microtubuli.

I microfibrili sono strutture filettate. Fibre scheletriche sono formate a causa della polimerizzazione di un certo numero di molecole proteiche. Il loro numero e la loro lunghezza sono regolati da meccanismi speciali. Quando cambiano, ci sono anomalie di funzioni cellulari. I microtubuli sono i più lontani dal plasmalemma. Le loro pareti sono formate da tubuline di proteine.

Struttura e funzioni dell'apparato di superficie

Lo scambio di sostanze è effettuato a causa della presenza di meccanismi di trasporto. La struttura dell'apparecchio di superficie della cella consente di effettuare il movimento delle giunture in vari modi. In particolare si eseguono i seguenti tipi di trasporto:

1. Diffusione semplice.
2. Trasporto passivo.
3. Movimento attivo.
4. Citite (scambio in un pacchetto a membrana).

Oltre al trasporto, tali funzioni dell'apparecchio a superficie cellulare sono:

1. Barriera (demarcazione).
2. Recettore.
3. Identificazione.
4. La funzione del movimento della cellula con la formazione di filo, pseudo e lamellopodi.

Libera circolazione

La diffusione semplice attraverso l'apparato di superficie della cella viene eseguita esclusivamente quando vi è una gradiente elettrica su entrambi i lati della membrana. La sua dimensione determina la velocità e la direzione del viaggio. Lo strato di bilipide può passare qualsiasi molecola di tipo idrofobico. Tuttavia, la maggior parte degli elementi biologicamente attivi sono idrofili. Di conseguenza, la loro libera circolazione è difficile.

Trasporto passivo

Questo tipo di spostamento di un composto è anche chiamato diffusione della luce. Viene anche effettuato attraverso l'apparato di superficie della cella in presenza di un gradiente e senza la spesa di ATP. Il trasporto passivo è più veloce di quello gratuito. Nel processo di aumentare la differenza di concentrazione nel gradiente, arriva un tempo in cui la velocità di movimento diventa costante.

vettori

Il trasporto attraverso la superficie della cellula fornisce molecole speciali. Con l'aiuto di questi vettori, le grandi molecole del tipo idrofilo (in particolare gli amminoacidi) passano attraverso il gradiente di concentrazione . L'apparato di superficie della cella eucariota comprende portatori passivi per una varietà di ioni: K +, Na +, Ca +, Cl-, HCO3-. Queste molecole speciali sono altamente selettive per gli elementi trasportati. Inoltre, una proprietà importante è l'alta velocità di movimento. Può raggiungere 104 o più molecole al secondo.

Trasporto attivo

È caratterizzato dalla spostamento di elementi contro la pendenza. Le molecole vengono trasportate da una regione di bassa concentrazione a zone con concentrazione più elevata. Questo movimento comporta determinati costi di ATP. Per effettuare il trasporto attivo, i vettori specifici sono inclusi nella struttura dell'apparecchio di superficie della cellula animale. Sono chiamati "pompa" o "pompe". Molti di questi carrier sono caratterizzati da attività di ATPasi. Ciò significa che sono in grado di separare l'adenosina trifosfato ed estrarre l'energia per le loro attività. Il trasporto attivo offre la creazione di gradienti di ioni.

citosi

Questo metodo è usato per spostare particelle di diverse sostanze o grandi molecole. Durante il processo di citosità l'elemento trasportato è circondato da una vescicola a membrana. Se il movimento viene effettuato in una gabbia, viene chiamato endocitosi. Di conseguenza, la direzione opposta viene chiamata esocitosi. In alcune cellule, gli elementi passano. Questo tipo di trasporto è chiamato transcitosi o diaci.

cytolemma

La struttura dell'apparato superficiale della cellula comprende una membrana plasmatica formata prevalentemente da lipidi e proteine in un rapporto di circa 1: 1. Il primo modello "sandwich" di questo elemento è stato proposto nel 1935. Secondo la teoria, la base del plasmolemma è formata da molecole lipidiche poste in due strati (strato bilipido). Sono rotti da code (aree idrofobiche) l'una all'altra, e verso l'esterno e verso l'interno – da testine idrofili. Queste superfici dello strato di bilipide coprono le molecole proteiche. Questo modello è stato confermato negli anni Cinquanta del secolo scorso da studi ultrastrutturali effettuati utilizzando un microscopio elettronico. In particolare, è stato trovato che l'apparato di superficie di una cellula animale contiene una membrana a tre strati. Il suo spessore è di 7,5-11 nm. Contiene una luce media e due strati periferici scuri. La prima corrisponde alla regione idrofobica delle molecole lipidiche. Le aree scure, a loro volta, sono strati superficiali continui della proteina e delle testine idrofili.

Altre teorie

Una varietà di studi microscopici elettronici condotti alla fine degli anni '50 – primi anni '60. Indica l'universalità dell'organizzazione a membrana a tre strati. Questo è stato riflesso nella teoria di J. Robertson. Nel frattempo, alla fine degli anni '60. Un sacco di fatti accumulati, che non sono stati spiegati dal punto di vista del modello "sandwich" esistente. Questo ha dato impulso allo sviluppo di nuovi schemi, tra cui modelli basati sulla presenza di legami idrofobici-idrofili di molecole proteiche e lipidiche. Uno di loro era la teoria di un "tappetino lipoproteinico". In accordo con essa, la membrana contiene due tipi di proteine: integrali e periferiche. Questi ultimi sono legati da interazioni elettrostatiche con teste polari sulle molecole lipidiche. Tuttavia, non formano mai uno strato continuo. Un ruolo fondamentale nella formazione della membrana appartiene alle proteine globulari. Essi sono immersi in parte e sono chiamati semi-integrali. Il movimento di queste proteine è effettuato nella fase liquida del lipido. Ciò garantisce l'affidabilità e il dinamismo dell'intero sistema a membrana. Attualmente, questo modello è considerato il più comune.

lipidi

Le caratteristiche fisico-chimiche chiave della membrana sono fornite da uno strato rappresentato da elementi – fosfolipidi, costituiti dalla coda nonpolare (idrofoba) e dalla testa polare (idrofile). Il più comune di questi sono fosfogliceridi e sfingolipidi. Questi ultimi sono concentrati principalmente nel monostrato esterno. Hanno una connessione con catene oligosaccharide. A causa del fatto che i legami si estendono oltre la parte esterna del plasmolemma, acquisisce una forma asimmetrica. I glicolipidi svolgono un ruolo importante nella realizzazione della funzione del recettore del dispositivo di superficie. La maggior parte delle membrane contengono anche il colesterolo (colesterolo) – un lipide steroideo. La sua quantità è diversa, che determina in larga misura la fluidità della membrana. Più colesterolo c'è, maggiore è. Il livello di liquidità dipende anche dal rapporto tra residui di acidi grassi insaturi e saturi. Più di loro, più alta è. Il fluido influenza l'attività degli enzimi nella membrana.

proteine

I lipidi determinano principalmente le proprietà della barriera. Le proteine, al contrario di essi, contribuiscono al compimento delle funzioni chiave della cellula. In particolare, stiamo parlando del trasporto regolato di composti, della regolazione del metabolismo, della ricezione e così via. Le molecole proteiche sono distribuite nel mosaico a due strati di lipidi. Possono spostarsi nello spessore. Questo movimento è controllato, molto probabilmente, dalla cella stessa. I microfilamenti sono coinvolti nel meccanismo di movimento. Essi si collegano a singole proteine integrali. Gli elementi a membrana differiscono a seconda della loro posizione rispetto allo strato bilipido. Le proteine, quindi, possono essere periferiche e integrali. Le prime sono localizzate al di fuori del livello. Hanno una connessione debole con la superficie della membrana. Le proteine integrali sono completamente immerse in esso. Hanno un forte legame con i lipidi e non vengono liberati dalla membrana senza danneggiare lo strato bilipido. Le proteine che la attraversano sono chiamate transmembrane. L'interazione tra molecole proteiche e lipidi di diversa natura assicura la stabilità del plasmalemma.

glicocalice

Le lipoproteine hanno catene laterali. Le molecole degli oligosaccharidi possono legarsi ai lipidi e formare i glicolipidi. Le loro parti di carboidrati insieme a elementi simili di glicoproteine conferiscono una carica negativa alla superficie cellulare e formano la base della glicocalcosi. È rappresentato da uno strato allentato con una densità moderata elettronicamente. Glycocalix copre la parte esterna del plasmolemma. I suoi siti di carboidrati promuovono il riconoscimento delle cellule vicine e della sostanza tra di loro, e fornisce anche legami adesivi con loro. Nelle glicocalcsi esistono anche recettori degli ormoni e della gastropatia, enzimi.

Inoltre

I recettori a membrana sono rappresentati principalmente da glicoproteine. Hanno la capacità di stabilire legami altamente specifici con ligandi. I recettori presenti nella membrana, inoltre, possono regolare il movimento di alcune molecole all'interno della cellula, la permeabilità del plasmalemma. Sono in grado di convertire i segnali dell'ambiente esterno in quelli interni, di legare gli elementi della matrice intercellulare e del citoscheletro. Alcuni ricercatori ritengono che la composizione della glicocalcina include anche molecole proteiche semi-integrate. Le loro aree funzionali si trovano nella regione superembrica dell'apparato cellulare di superficie.