ماذا يفعل الغشاء السيتوبلازمي. هيكل غشاء الخلية

تحت جدار الخلية للبكتيريا يوجد الغشاء السيتوبلازمي (CPM). يفصل محتويات الخلية عن جدار الخلية وهو بنية أساسية لأي خلية.
عادة ما يكون سمك CPM للبكتيريا حوالي 6-8 نانومتر. يمثل ما يصل إلى 15٪ من الكتلة الجافة للخلية. تتكون من دهون (15-45٪) ، بروتينات (45-60٪) وكمية صغيرة من الكربوهيدرات (حوالي 10٪). يتم تمثيل الدهون بواسطة الدهون الفوسفورية - ما يصل إلى 30 ٪ من الكتلة الجافة للغشاء. من بينها ، الفوسفاتيديل الجلسرين وثنائي فوسفاتيد الجلسريد (كارديوليبين) ، وهو عنصر أساسي في أغشية الميتوكوندريا حقيقية النواة. تحتوي الكميات الصغيرة على فوسفاتيديلينوسيتول وفوسفاتيد ذ.
إيثانولامين. بالإضافة إلى الفسفوليبيدات ، تم العثور على غشاء دهني مختلف وكميات صغيرة من الكاروتينات والكينون. في تكوين الدهون المشتقة من الجلسرين ، الأحماض الدهنية غير النمطية للأغشية - المشبعة أو الأحادية غير المشبعة بـ 16-18 ذرة كربون ، وكذلك الأحماض غير الموجودة في الأغشية حقيقية النواة - البروبان الحلقي والأحماض الدهنية المتفرعة مع 15-17 ذرة كربون المحددة. مجموعة الأحماض الدهنية ، وكذلك الدهون الغشائية التي تتكون منها ، خاصة بدائيات النوى.
الدهون الغشائية عبارة عن جزيئات قطبية صغيرة تحمل مجموعات ماء (رؤوس) وطارئة للماء (ذيول). في البيئة المائيةأنها تشكل تلقائيًا طبقة ثنائية الجزيء مغلقة - طبقة ثنائية. تعمل هذه الطبقة كحاجز مهم للأيونات والمركبات القطبية. تشكل الدهون ، المنظمة في طبقة ثنائية الجزيئية ، الأساس الهيكلي للغشاء ، وتحافظ على الاستقرار الميكانيكي وتعطيه مقاومة للماء.
تشكل البروتينات أكثر من نصف الوزن الجاف للغشاء. هناك أكثر من 20 نوعًا مختلفًا. بناءً على الاختلافات في قوة الرابطة مع الدهون والموقع في الغشاء ، تنقسم البروتينات إلى جزء متكامل وطرفي. تنغمس البروتينات المتكاملة في المنطقة الكارهة للماء من الغشاء ، حيث تشكل روابط عديدة مع سلاسل هيدروكربونية من الدهون ،
إنشاء مجمعات البروتين الدهني. يتم توطين البروتينات المحيطية على سطح الطبقة المحبة للماء وغالبًا ما ترتبط بالبروتينات المتكاملة (الشكل 3.14).

الشكل 3.14. بنية تذكر الذكريات: 1 - الدهون. 2 - بروتينات سكرية ؛ 3 - البروتينات المحيطية. 4 - بروتينات متكاملة

يمكن تقسيم بروتينات الغشاء إلى مجموعتين وفقًا لوظائفها في الأغشية: هيكلية وديناميكية.
المهام البروتينات الهيكليةيقتصر على الحفاظ على السلامة الهيكلية للغشاء. توجد على سطح الطبقة الدهنية المحبة للماء ، وتعمل كضمادة جزيئية.
تشمل البروتينات الديناميكية البروتينات التي تشارك بشكل مباشر في جميع العمليات التي تحدث على الغشاء. وهي مقسمة إلى ثلاث فئات: النقل ، والمشاركة في نقل المركبات داخل وخارج الخلية ؛ محفز ، يعمل كأنزيمات في التفاعلات التي تحدث على الغشاء ؛ بروتينات المستقبل التي تربط على وجه التحديد بعض المركبات (السموم والهرمونات) على الجانب الخارجي من الغشاء.
الكربوهيدرات في الغشاء ليست في حالة حرة ، ولكنها مرتبطة بالبروتينات والدهون لتكوين البروتينات السكرية. إنهم مثل
كقاعدة عامة ، يتم توطينها فقط على السطح الخارجي للغشاء وتعمل كمستقبلات للتعرف على العوامل البيئية.
الغشاء السيتوبلازمي للبكتيريا ، مثل جميع الأنواع الأخرى أغشية بيولوجية، هو هيكل بلوري سائل غير متماثل. يرجع عدم التناسق إلى الاختلافات في التركيب الكيميائي لجزيئات البروتين وموقعها في طبقة ثنائية الدهون في الغشاء. توجد بعض البروتينات على سطح الطبقة الثنائية ، والبعض الآخر مغمور في سمكها ، والبعض الآخر يمر من الداخل إلى السطح الخارجي للطبقة الثنائية. يرجع الاتجاه المحدد بدقة لبروتينات الغشاء ، بدوره ، إلى حقيقة أنه يتم تصنيعها ودمجها في الغشاء بشكل غير متماثل. تختلف الأسطح الخارجية والداخلية للغشاء أيضًا في النشاط الأنزيمي. اعتمادًا على الظروف (على سبيل المثال ، درجة الحرارة) ، يمكن أن تكون CPM في حالات طور مختلفة: سائل أو بلوري. أثناء الانتقال من مرحلة بلورية سائلة إلى أخرى ، تتغير حركة مكونات الغشاء وكثافة عبوتها ، مما يؤدي بدوره إلى انتهاك نشاطها الوظيفي.
التنظيم الهيكليووظيفة الغشاء السيتوبلازمي. لشرح طبيعة وآلية العديد من وظائف CPM ، فإن الأنسب هو نموذج الفسيفساء المائع لتنظيم الأغشية البيولوجية ، الذي اقترحه R. Singer و A. Nicholson في عام 1972. وفقًا لهذا النموذج ، فإن الأغشية هي: محاليل الأبعاد للبروتينات الكروية والدهون الموجهة بطريقة معينة. تشكل الدهون طبقة ثنائية يتم فيها تحويل "رؤوس" الجزيئات المحبة للماء إلى الخارج ، وتغمر "ذيول" الكارهة للماء في سمك الغشاء ، مع وجود مرونة كافية. تتحرك الدهون الغشائية والعديد من البروتينات بحرية في الطبقة الثنائية ، ولكن فقط في الاتجاه الجانبي (الانتشار الجانبي). في الاتجاه العرضي ، أي من سطح واحد من الغشاء إلى عكسه ، لا يمكن للبروتينات أن تتحرك ، وتتحرك الدهون ببطء شديد (مرة واحدة في عدة ساعات). يبدو أن سبب غياب أو انخفاض نشاط الانتشار المستعرض هو التوزيع غير المتماثل للدهون:

توجد بعض الدهون في الجزء الخارجي من الطبقة الثنائية ، والبعض الآخر - في الجزء الداخلي. والنتيجة هي عدم تكافؤ كثافة الإلكترون (الموصلية) للطبقة الثنائية في الاتجاه العرضي.
يكون CPM في حالة بلورية سائلة أو مسيلة فقط تحت مسمى معين
درجات الحرارة البيولوجية. مع انخفاض درجة الحرارة (أقل من نقطة الانصهار ، Tm) ، تنتقل الدهون إلى حالة بلورية ، وتزداد درجة اللزوجة حتى يصلب الغشاء. يتم تحديد قيمة درجة الحرارة التي تتسبب في تصلب الغشاء من خلال محتوى المواد غير المشبعة و
الأحماض الدهنية المتفرعة. كلما زاد عددهم في الغشاء ، انخفضت درجة حرارة انتقال الدهون من الحالة البلورية السائلة إلى الحالة البلورية.
تمتلك بدائيات النوى القدرة على تنظيم سيولة الغشاء عن طريق تغيير عدد الروابط المزدوجة وطول سلسلة جزيئات الأحماض الدهنية. وهكذا ، في E. coli ، عندما تنخفض درجة حرارة الوسط من 42 درجة مئوية إلى 27 درجة مئوية ، تقل نسبة الأحماض الدهنية المشبعة وغير المشبعة في الغشاء من 1.6 إلى 1.0 ، أي أن محتوى الأحماض الدهنية غير المشبعة يصل إلى مستوى المشبعة منها. هذا يمنع زيادة اللزوجة ويضمن بقاء الخلايا نشطة من الناحية الفسيولوجية في درجات حرارة منخفضة.
يؤدي CMP العديد من الوظائف الحيوية في بدائيات النوى. في الأساس ، يتم تحديدها بواسطة البروتينات المترجمة فيها ، والتي تعمل كقنوات ، ومستقبلات ، ومُجدِّد للطاقة ، وإنزيمات ، وظائف النقلو اخرين. إن CPM هو الحاجز التناضحي الرئيسي ، والذي ، بسبب وجود آليات النقل الغشائي ، يدخل المواد بشكل انتقائي إلى الخلية ويزيل المنتجات الأيضية منها. ترجع النفاذية الانتقائية لـ CPM إلى التصاريح الخاصة بالركيزة الموضعية فيها ، والتي تنقل بنشاط العديد من المواد العضوية والمعدنية عبر الغشاء. يحتوي CPM على إنزيمات للتخليق الحيوي للدهون الغشائية والجزيئات الكبيرة التي تشكل جدار الخلية ، الغشاء الخارجيكبسولات. CPM هو موقع توطين إنزيمات الأكسدة والاختزال التي تقوم بها

نقل الإلكترون ، الفسفرة المؤكسدة والضوئية ، توليد الطاقة الكهروكيميائية
إمكانات الغشاء (A // +) والكيميائية (ATP). CPM
ن
يؤدي وظائف مهمة في التخليق الحيوي ونقل البروتينات التي تفرزها البكتيريا سالبة الجرام. يتم إجراء التخليق الحيوي لهذه البروتينات على الريبوسومات المرتبطة بـ CPM. البكتيريا سالبة الجرام لها بروتينات مستقبلات خاصة على CPM والتي "تتعرف" على الإشارات من الوحدة الفرعية الريبوسومية الكبيرة حول ارتباط الريبوسوم وبدء تخليق البروتين. تتفاعل بروتينات مستقبلات الغشاء مع الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم ، وتشكل مركبًا غشائيًا ريبوسومًا ، حيث يتم توليف البروتينات المفرزة. بهذه الطريقة ، على سبيل المثال ، تقوم E. coli بتصنيع الفوسفاتاز القلوي ، Bac. الرقيقة - الأميليز. يضمن CPM أيضًا نقل هذه البروتينات إلى الفضاء المحيط بالبلازما. إن دور CMP في تنظيم انقسام الخلايا وتكاثر الكروموسوم والبلازميد والفصل اللاحق لهذه العناصر الجينية بين الخلايا الوليدة حديثًا هو دور عظيم.
تحتوي جميع بدائيات النوى ، جنبًا إلى جنب مع الغشاء السيتوبلازمي ، على مشتقاته - أغشية داخل الخلايا تؤدي وظائف متخصصة. الغشاء السيتوبلازمي قادر على تكوين جميع أنواع الغزوات (الغزوات). تشكل حالات الانغلاف هذه أغشية داخل الخلايا تختلف في الطول والتعبئة والتوطين في السيتوبلازم. يمكن جمعها في كرات معقدة - تشكيلات رقائقي أو قرص العسل أو أنبوبي. تبدو الأغشية الأقل تعقيدًا مثل حلقات بسيطة أو أنابيب ذات أطوال مختلفة. بغض النظر عن مدى تعقيد تنظيم الأغشية داخل الخلايا ، فهي كلها مشتقات من الغشاء السيتوبلازمي. حجم سطحها النشط يتجاوز حجم الغشاء السيتوبلازمي. وهذا يعطي أسبابًا للحكم على النشاط الوظيفي العالي لهذه الهياكل في الخلايا.

تم العثور على جهاز غشاء غني بشكل خاص داخل الخلايا في بكتيريا تثبيت النيتروجين والبكتيريا الضوئية ، البروسيلا ، والبكتيريا الآزوتية. في بكتيريا التمثيل الضوئي (Rhodospirillum rubrum) ، تبدو الأغشية كحويصلات مغلقة - حويصلات. يبدأ تكوينها بغزو الغشاء السيتوبلازمي ، والذي يشكل بعد ذلك نبيبًا. تظهر الانقباضات على الأنبوب ، وتقسمه إلى سلسلة من الفقاعات. تسمى هذه الحويصلات بالكروماتوفورات. أنها تحتوي على أصباغ ماصة للضوء - جرثومة الكلوروفيل والكاروتينات ، وإنزيمات نقل الإلكترون - يوبيكوينون وسيتوكرومات ، ومكونات نظام الفسفرة. في بعض بدائيات النوى الضوئية ، ولا سيما بكتيريا الكبريت الأرجواني والبكتيريا الزرقاء ، يتم تمثيل جهاز التمثيل الضوئي بأكوام من الأغشية التي لها شكل مسطح ، وعلى سبيل المقارنة مع جرانا البلاستيدات الخضراء للنباتات الخضراء ، تسمى ثايلاكويدات (الشكل 3.15).
يركزون أصباغ التمثيل الضوئي ، وإنزيمات سلسلة نقل الإلكترون وأنظمة الفسفرة. من سمات ثايلاكويدات البكتيريا الزرقاء عدم وجود اتصال مع الغشاء السيتوبلازمي. هو - هي المجموعة الوحيدةبدائيات النوى مع نظام غشاء متباين.

في البكتيريا الآزوتية ، يكون جهاز الغشاء داخل الخلايا على شكل صفائح ، أو صفائح ، تتكون من حويصلات مسطحة (الشكل 3.16).
من الأغشية داخل الخلايا ، الأكثر بنية معقدةلها ميزوسومات. وهي عبارة عن أجسام ملتوية حلزونية أو مسطحة أو أنبوبية كروية. تتشكل الميزوسومات خلال فترة انقسام الخلية في منطقة تكوين الحاجز المستعرض. يشاركون في تكرار الكروموسومات وتوزيع الجينومات بين الخلايا الوليدة ، في تخليق مواد جدار الخلية. كي يشارك
تشير الميزوزومات في انقسام الخلية إلى ارتباطها بالحمض النووي للنيوكليويد. تم العثور على الميزوسومات المتطورة بشكل جيد فقط في البكتيريا موجبة الجرام.
تشير المعلومات المتراكمة حتى الآن إلى أن الهياكل الغشائية للبكتيريا متمايزة بشكل كاف وتوفر مسارًا مختلفًا عمليات التمثيل الغذائيفي قفص.

1. السيتوبلازم والادراج السيتوبلازمية

السيتوبلازم عبارة عن كتلة غروانية شبه سائلة تتكون من 70-80٪ ماء وتملأ التجويف الداخلي للخلية.
يوجد كسرين في السيتوبلازم. يحتوي أحدها على عناصر هيكلية: الريبوسومات ، الهباء الجوي ،
carboxysomes ، شوائب احتياطية ، جهاز وراثي ، يحتوي الجزء الآخر على خليط معقد من الحمض النووي الريبي القابل للذوبان ، والبروتينات الأنزيمية ، والأصباغ ، والمعادن ، والمنتجات وركائز التفاعلات الأيضية. هذا الجزء يسمى العصارة الخلوية.

نظرا لوجود مختلف مركبات العضويةيتميز سيتوبلازم الخلايا البكتيرية بزيادة اللزوجة. تبلغ لزوجة الماء 800-8000 مرة (تقترب من لزوجة الجلسرين). الخلايا الشابة في مرحلة التأخر أو المراحل الأولىالمرحلة اللوغاريتمية ، لها لزوجة أقل من السيتوبلازم ؛ في الشيخوخة - تزداد اللزوجة ، تشبه الهلام في الاتساق. لا تميز درجة لزوجة السيتوبلازم عمر الخلية فحسب ، بل أيضًا نشاطها الفسيولوجي. تعد زيادة لزوجة السيتوبلازم في الثقافات القديمة أحد العوامل التي تسبب انخفاض النشاط الفسيولوجي للخلايا. السيتوبلازم هو الوسيط الذي يربط جميع الهياكل داخل الخلايا في نظام واحد.
الريبوسومات. يحتوي السيتوبلازم في الخلية البكتيرية باستمرار على هياكل ذات شكل كروي ، بحجم 15-20 نانومتر ، الوزن الجزيئي الغرامي 3106.
تتكون الريبوسومات من 60-65٪ ريبوسوم RNA و 35-40٪ بروتين. هذه الأخيرة غنية بالأحماض الأمينية الأساسية. أثناء التنبيذ الفائق ، تستقر الريبوسومات البكتيرية بمعدل حوالي 70 وحدة Svedberg (S) 7 ، والتي يطلق عليها 708-ribosomes. الريبوسومات السيتوبلازمية لحقيقيات النوى أكبر وتسمى ريبوسومات 80S (ثابت الترسيب هو 80S).
يتكون كل ريبوسوم من وحدتين فرعيتين: 30S و 50S ، والتي تختلف في حجم جزيئات الحمض النووي الريبي وكمية البروتين التي تحتوي عليها. تحتوي الوحدة الفرعية الكبيرة (50S) على جزيئين من الرنا الريباسي ، 5S و 23S ، و 35 جزيئًا من البروتينات المختلفة. تحتوي الوحدة الفرعية الصغيرة (30S) على جزيء واحد من الرنا الريباسي 16 و 21 نوع مختلفالبروتينات. عدد الريبوسومات في الخلية ليس ثابتًا - من 5000 إلى 90000. يتم تحديده حسب عمر الخلية وظروف زراعة البكتيريا. يتم احتواء الحد الأدنى للمبلغ في بداية مرحلة التأخر ، والحد الأقصى - في المرحلة الأسية لنمو الثقافة. في الإشريكية القولونية خلال فترة النمو النشط على وسط غذائي كامل ، يتم تصنيع 5-6 ريبوسومات في ثانية واحدة. معظمهم في سيتوبلازم البكتيريا في حالة حرة ، والباقي -
S \ u003d 1 وحدة swedberg \ u003d 10 "وحدات 13 سم (ق).

توحدها خيوط من RNA الرسول في polysomes. يمكن أن يصل عدد الريبوسومات في polysomes عدة عشرات. يشير هذا إلى نشاط الخلية في تصنيع البروتين العالي ، لأن الريبوسومات هي موقع تخليق البروتين. يطلق عليهم اسمًا مجازيًا "مصانع" البروتين.
فجوات الغاز (الهباء الجوي). هذه الهياكل متأصلة فقط في بعض بكتيريا الماء والتربة. تم العثور عليها في بكتيريا الكبريت الضوئية ، والبكتيريا الخيطية عديمة اللون ، والبكتيريا من جنس Renobacter. تحتوي خليتهم على ما يصل إلى 40-60 (الشكل 3.17). فجوات الغاز محاطة برقيقة


أرز. 3.17. Renobacter vocuolatum خلية مع الهباء الجوي (التكبير × 70000)

غشاء بروتيني. بداخلها تحتوي على فقاعات غاز ، وعددها ليس ثابتًا. يتم تحديد تكوين وضغط الغاز في الفقاعات والهباء الجوي ككل من خلال كمية الغازات المذابة في البيئة. الهباء الجوي إما في حالة مضغوطة أو مليئة ببيئة غازية. يتم تنظيم حالتها بواسطة الضغط الهيدروستاتيكي للوسط. تؤدي الزيادة الحادة في الضغط إلى ضغط الهباء الجوي وتفقد الخلايا قدرتها على الطفو.
تنظم الهباء الجوي طفو الخلية ، مما يجعل من الممكن نقلها إلى ظروف مواتية للتهوية والإضاءة ومحتوى المغذيات. ميزة خاصة هي تشغيلها لمرة واحدة في حالة مملوءة بالغاز. بعد الضغط تحت تأثير الضغط الهيدروستاتيكي ، لا تتم إعادة تعبئتها بالغاز و

تدمر تدريجيا. يمكن للخلية إعادة إنتاجها فقط عن طريق إعادة التشكيل.
عندما تمتلئ الهباء الجوي بالغاز ، يتم الاحتفاظ بالبكتيريا على سطح الماء ، وعند ضغطها ، تغوص في سمكها أو تستقر في قاع الخزان. تم تطوير طريقة الحركة الغريبة هذه في سياق التطور بشكل رئيسي في البكتيريا التي تفتقر إلى الأسواط ، وبالتالي القدرة على الحركة بنشاط.
Phycobilisomes. هذه الهياكل داخل الخلايا هي سمة من سمات البكتيريا الزرقاء. إنها تشبه الحبيبات التي يبلغ قطرها 28-55 نانومتر ، فهي موقع توطين الأصباغ القابلة للذوبان في الماء - البروتينات النباتية ، التي تحدد لون البكتيريا الزرقاء وتشارك في التمثيل الضوئي.
الكلوروسومات ، أو حويصلات الكلوروبيوم ، هي هياكل يتم فيها توطين جهاز التمثيل الضوئي للبكتيريا الخضراء من جنس الكلوروبيوم. لها شكل ممدود ، طوله 100-150 نانومتر ، عرضه 50-70 نانومتر ، محاط بغشاء بروتين أحادي الطبقة. توجد الكلوروسومات في طبقة كثيفة تحت الغشاء السيتوبلازمي ، لكنها منفصلة عنها جسديًا. تحتوي كلوروسومات البكتيريا الخضراء على أصباغ التمثيل الضوئي - البكتيريا الكلورية ، التي تمتص الكميات الخفيفة وتنقل الطاقة إلى مراكز التفاعل لعملية التمثيل الضوئي.
الكربوكسيسومات. في أقفاص أنواع معينةتحتوي بدائيات النوى ذات التغذية الضوئية (البكتيريا الزرقاء ، وبعض البكتيريا الأرجواني) وبدائيات النوى (البكتيريا الآزوتية) على هياكل لها شكل متعدد الوجوه ، بحجم 90-500 نانومتر. وفقًا للوظيفة التي يؤدونها ، يطلق عليهم carboxysomes. أنها تحتوي على إنزيم كربوكسيلاز ريبولوز ثنائي الفوسفات ، الذي يحفز تفاعل ارتباط ثاني أكسيد الكربون مع ثنائي فوسفات الريبولوز في دورة كالفين. في البكتيريا ذاتية التغذية ، هم موقع تثبيت ثاني أكسيد الكربون. يحيط Carboxysomes بغشاء بروتين أحادي الطبقة ، والذي يحمي الإنزيم من تأثيرات البروتياز داخل الخلايا.
احتياطي المغذيات * بالإضافة إلى العناصر الهيكلية الموصوفة ، يحتوي سيتوبلازم البكتيريا على حبيبات بأشكال وأحجام مختلفة في شكل شوائب. وجودهم في
الخلية غير مستقرة وترتبط بتكوين وسط المغذيات والحالة الفسيولوجية للثقافة. تتكون العديد من الادراج السيتوبلازمية من مركبات تعمل كمصدر للطاقة ومصدر للعناصر الغذائية. تتشكل عادة في مستنبتات على وسائط طازجة غنية بالمغذيات ، عندما يتم إعاقة نمو الخلايا لسبب ما ، أو بعد نهاية فترة من النمو النشط. يختلف التركيب الكيميائي للشوائب وليس هو نفسه أنواع مختلفةبكتيريا. يمكن أن تكون عديد السكاريد والدهون والبلورات وحبيبات المواد غير العضوية.
من بين السكريات ، يجب أولاً ذكر النشا والجليكوجين ومادة تشبه النشا ، الحبيبات. الأكثر شيوعًا هو الجليكوجين. توجد في العصيات ، السالمونيلا ، الإشريكية القولونية ، السردين ، إلخ. في اللاهوائية البوغية من جنس كلوستريديوم ، تحتوي الخلايا على حبيبات صغيرة. يتم استخدام هذه الادراج من قبل الخلية كمصادر للطاقة والكربون.
تتراكم الدهون في سيتوبلازم البكتيريا على شكل قطرات صغيرة وحبوب. في العديد من البكتيريا ، يتم تمثيل شوائب الدهون بواسطة حمض بولي-بي-هيدروكسي بيوتيريك ، والذي يمثل غالبًا ما يصل إلى 50 ٪ من الكتلة الحيوية البكتيرية الجافة. غنية بشكل خاص في هذا المركب بكتيريا من جنس Bacillus والبكتيريا الضوئية. يتم تصنيع حمض بولي- p-hydroxybutyric بكميات كبيرة أثناء نمو الكائنات الحية الدقيقة على وسائط غنية بالكربوهيدرات. في كل سلسلة polylactide ، تمثل بقايا حمض p-hydroxy-butyric ما يصل إلى 60٪ ، وبالتالي فإن هذا المركب هو "مخزن" مثالي للطاقة للبكتيريا. بعض الكائنات الحية الدقيقة تتراكم الشمع والدهون المحايدة (الدهون الثلاثية). لذلك ، في الفطريات الفطرية والفطريات الشعاعية ، تشكل الشمع أحيانًا ما يصل إلى 40 ٪ من الكتلة الجافة ، وخلايا الخميرة من جنس المبيضات ، الرودوتورولا غنية بالدهون المحايدة ، ويصل عددها إلى 60 ٪ تقريبًا.
تعمل جميع محتويات الدهون في الكائنات الحية الدقيقة كمصدر للطاقة والكربون.
غالبًا ما توجد شوائب خاصة في خلايا العديد من البكتيريا تسمى الحبوب الحلزونية. بطبيعته الكيميائية ، يعتبر volutin متعدد الفوسفات. اسم فولوتين

يأتي من اسم النوع لبكتيريا الكبريت Spirillum volutans ، حيث تم وصف هذه الادراج لأول مرة. يمتلك Volyutin خاصية metachromasia ، أي يسبب تلون بعض الأصباغ. إذا كانت البكتيريا ملطخة بأزرق الميثيلين أو أزرق التولويدين ، فإن حبيبات فولوتين تصبح أرجوانية أو لون أحمر بنفسجي. في هذا الصدد ، أطلق الباحثان W. Babesh و E. Ernst ، اللذان وصفا هذه الادراج لأول مرة ، اسم حبيبات متغيرة اللون. حبيبات Volutin كروية ، يصل حجمها إلى 0.5 ميكرومتر. تتشكل في ظل ظروف التغذية الجيدة للكائنات الحية الدقيقة ، وخاصة على الوسائط الغنية بالكربوهيدرات ، وكذلك في وجود الجلسرين في الوسط. تم العثور على Volutin في خلايا كل من البكتيريا المسببة للأمراض والبكتيريا الرمية ، على سبيل المثال ، في spirilla ، Azotobacter ، العامل المسبب للخناق.
تستخدم الخلية Volutin بشكل أساسي كمصدر لمجموعات الفوسفات وجزئيًا للطاقة.
في بكتيريا الكبريت عديمة اللون والأرجوانية ، عندما تتأكسد الكبريتيدات داخل الخلية ، يترسب الكبريت المعدني على شكل قطرات. يتراكم الكبريت في وسائط غنية بكبريتيد الهيدروجين H2S. عندما يتم استنفاد الكبريتيدات من البيئة ، تستخدم البكتيريا الكبريت داخل الخلايا. بالنسبة لبكتيريا الكبريت عديمة اللون ، فهي تعمل كمصدر للطاقة ؛ بالنسبة لبكتيريا الكبريت الأرجواني الضوئية ، فهي بمثابة مانح للإلكترون.
في البكتيريا الزرقاء ، المادة الاحتياطية هي السيانوفيسين. الأنا هو بولي ببتيد يتكون من أرجينين وحمض الأسبارتيك. يعمل كمصدر للنيتروجين عندما يكون هناك نقص في البيئة. يحدث تراكم حبيبات السيانوفيسين في الطور الثابت لنمو المزرعة ويمكن أن يصل إلى 8٪ من الكتلة الجافة للخلية.

الغشاء السيتوبلازمي أو غشاء البلازما(غشاء خطي - جلد ، غشاء) - أنحف غشاء ( 7– 10 نانومتر) ، لتحديد المحتويات الداخلية للخلية من بيئةمرئي فقط بالمجهر الإلكتروني.

بواسطة التنظيم الكيميائي plasmalemma هو مركب بروتين شحمي - جزيئات الدهونو البروتينات.

يعتمد على طبقة ثنائية من الدهون تتكون من الفوسفوليبيدات ، بالإضافة إلى وجود جليكوليبيدات وكوليسترول في الأغشية. كل منهم لديهم خاصية amphipatricity ، أي لها نهايات محبة للماء ("محبة للماء") وكارهة للماء ("تخشى الماء"). تواجه "الرؤوس" القطبية المحبة للماء لجزيئات الدهون (مجموعة الفوسفات) السطح الخارجي للغشاء ، وتواجه "ذيول" غير القطبية (بقايا الأحماض الدهنية) بعضها البعض ، مما يؤدي إلى تكوين طبقة دهنية ثنائية القطب. تكون جزيئات الدهون متحركة ويمكن أن تتحرك في طبقة أحادية أو نادرًا - من طبقة أحادية إلى أخرى. الطبقات الأحادية الدهنية غير متماثلة ، أي أنها تختلف في تكوين الدهون ، مما يعطي خصوصية للأغشية حتى داخل نفس الخلية. يمكن أن تكون طبقة الدهون الثنائية في حالة بلورة سائلة أو صلبة.

البروتينات هي العنصر الأساسي الثاني في غشاء البلازما. العديد من بروتينات الغشاء قادرة على التحرك في مستوى الغشاء أو الدوران حول محورها ، ولكن لا يمكنها الانتقال من جانب واحد من طبقة ثنائية الدهون إلى الجانب الآخر.

توفر الدهون السمات الهيكلية الأساسية للغشاء ، بينما تؤدي البروتينات وظائفها.

تختلف وظائف بروتينات الغشاء: الحفاظ على بنية الأغشية ، استقبال وتحويل الإشارات من البيئة ، نقل مواد معينة ، تحفيز التفاعلات التي تحدث على الأغشية.

هناك عدة نماذج لهيكل الغشاء السيتوبلازمي.

①. نموذج ساندويتش(السناجب– الدهون– البروتينات)

في 1935علماء اللغة الإنجليزية دانييليو داوسونعبرت عن فكرة ترتيب طبقة تلو الأخرى في غشاء جزيئات البروتين (طبقات مظلمة في المجهر الإلكتروني) ، والتي تقع في الخارج ، وجزيئات الدهون (طبقة ضوئية) - بالداخل . لفترة طويلة كانت هناك فكرة عن بنية واحدة من ثلاث طبقات لجميع الأغشية البيولوجية.

اتضح من دراسة مفصلة للغشاء باستخدام مجهر إلكتروني أن الطبقة الضوئية ممثلة في الواقع بطبقتين من الدهون الفوسفورية - هذا طبقة دهنية، وأجزائه القابلة للذوبان في الماء رؤوس محبة للماءموجه إلى طبقة البروتين ، وغير قابل للذوبان (بقايا الأحماض الدهنية) - ذيول كارهة للماءتواجه بعضها البعض.

②. نموذج الفسيفساء السائل

في 1972.مغني و نيكولسون وصف نموذجًا للغشاء حظي بقبول واسع. وفقًا لهذا النموذج ، لا تشكل جزيئات البروتين طبقة متصلة ، ولكنها مغمورة في الطبقة الدهنية ثنائية القطب على أعماق مختلفة على شكل فسيفساء. الكريات من جزيئات البروتين ، مثل الجبال الجليدية ، مغمورة في "المحيط"

الدهون: يتواجد بعضها على سطح الطبقة ثنائية الشحميات - البروتينات المحيطية، والبعض الآخر نصف مغمور فيه - بروتينات شبه متكاملة، الثالث - بروتينات متكاملة- تخترقها من خلال ومن خلال تشكيل المسام المحبة للماء. ترتبط البروتينات المحيطية ، الموجودة على سطح الطبقة الدهنية ، برؤوس جزيئات الدهون عن طريق التفاعلات الكهروستاتيكية. لكنها لا تشكل أبدًا طبقة متصلة ، وهي في الواقع ليست بروتينات للغشاء نفسه ، بل تربطها بنظام الغشاء فوق الغشاء أو الغشاء الفرعي. جهاز السطحالخلايا.

يتم لعب الدور الرئيسي في تنظيم الغشاء نفسه من خلال بروتينات متكاملة وشبه متكاملة (عبر الغشاء) ، والتي لها بنية كروية وترتبط بمرحلة الدهون عن طريق التفاعلات المحبة للماء. جزيئات البروتين ، مثل الدهون ، هي amphipatric ومناطقها الكارهة للماء تتفاعل مع ذيول مسعور للطبقة ثنائية الشحميات ، بينما تواجه المناطق المحبة للماء البيئة المائية وتشكل روابط هيدروجينية مع الماء.

③. نموذج بلوري البروتين(نموذج حصيرة البروتين الدهني)

تتشكل الأغشية عن طريق تشابك جزيئات الدهون والبروتين ، والتي يتم دمجها مع بعضها البعض على أساس الماء

التفاعلات الطاردة للماء.

تخترق جزيئات البروتين ، مثل الدبابيس ، طبقة الدهون وتؤدي وظيفة إطار في الغشاء. بعد معالجة الغشاء بمواد تذوب في الدهون ، يتم الحفاظ على هيكل البروتين ، مما يثبت العلاقة بين جزيئات البروتين في الغشاء. على ما يبدو ، يتم تنفيذ هذا النموذج فقط في مناطق خاصة معينة من بعض الأغشية ، حيث يلزم وجود بنية صلبة وعلاقات مستقرة وثيقة بين الدهون والبروتينات (على سبيل المثال ، في المنطقة التي يوجد بها الإنزيم. Na-K-ATP-ases).

النموذج الأكثر عالمية الذي يلبي مبادئ الديناميكا الحرارية (مبادئ التفاعلات المحبة للماء والكراهية للماء) ، والكيمياء الحيوية المورفولوجية والتجريبية
أنتال البيانات الخلوية هي نموذج فسيفساء السوائل. ومع ذلك ، فإن جميع نماذج الأغشية الثلاثة لا تستبعد بعضها البعض ويمكن أن تحدث في مناطق مختلفة من نفس الغشاء ، اعتمادًا على الميزات الوظيفيةمن هذه المنطقة.

خصائص الغشاء

1. القدرة على التجميع الذاتي.بعد التأثيرات المدمرة ، يكون الغشاء قادرًا على استعادة هيكله ، لأن. جزيئات الدهون على أساس الخصائص الفيزيائية والكيميائيةيتم تجميعها في طبقة ثنائية القطب ، يتم دمج جزيئات البروتين فيها.

2. سيولة.الغشاء ليس هيكلًا صلبًا ، فمعظم البروتينات والدهون فيه يمكن أن تتحرك في مستوى الغشاء ، فهي تتقلب باستمرار بسبب الحركات الدورانية والتذبذبية. هذا يحدد المعدل العالي للتفاعلات الكيميائية على الغشاء.

3. نفاذية. تمر أغشية الخلايا الحية ، بالإضافة إلى الماء ، فقط جزيئات وأيونات معينة من المواد الذائبة. هذا يضمن الحفاظ على التركيب الأيوني والجزيئي للخلية.

4. الغشاء ليس له نهايات فضفاضة. انها دائما تغلق في فقاعات.

5. عدم التماثل. يختلف تكوين الطبقات الخارجية والداخلية لكل من البروتينات والدهون.

6. قطبية. يحمل الجانب الخارجي من الغشاء شحنة موجبة ، بينما يحمل الجانب الداخلي شحنة سالبة.

وظائف الغشاء

1) حاجز -تفصل البلازما السيتوبلازم والنواة عن البيئة الخارجية. بالإضافة إلى ذلك ، يقسم الغشاء المحتويات الداخلية للخلية إلى أقسام (مقصورات) ، حيث تحدث غالبًا تفاعلات كيميائية حيوية معاكسة.

2) مستقبلات(إشارة) - نظرًا للخاصية المهمة لجزيئات البروتين - التمسخ ، فإن الغشاء قادر على التقاط التغييرات المختلفة في البيئة. لذلك ، عندما يتعرض غشاء الخلية لعوامل بيئية مختلفة (فيزيائية ، كيميائية ، بيولوجية) ، فإن البروتينات التي يتكون منها تركيبها تغير تكوينها المكاني ، والذي يعمل كنوع من الإشارة للخلية.

يوفر هذا التواصل مع البيئة الخارجية ، والتعرف على الخلايا وتوجيهها أثناء تكوين الأنسجة ، وما إلى ذلك. ترتبط هذه الوظيفة بنشاط الأنظمة التنظيمية المختلفة وتشكيل الاستجابة المناعية.

3) تبادل- لا يحتوي الغشاء على البروتينات الهيكلية التي تشكله فحسب ، بل يحتوي أيضًا على بروتينات إنزيمية تعد محفزات بيولوجية. وهي تقع على الغشاء في شكل "ناقل حفاز" وتحدد شدة واتجاه التفاعلات الأيضية.

4) المواصلات- يمكن أن تخترق جزيئات المواد التي لا يتجاوز قطرها 50 نانومتر سلبي ونشطالنقل من خلال المسام في هيكل الغشاء. تدخل المواد الكبيرة إلى الخلية عن طريق الالتقام(النقل في عبوات غشائية) ، تتطلب استهلاكًا للطاقة. أصنافها الملتهمة والكريات.

سلبي النقل - وسيلة نقل يتم فيها نقل المواد على طول تدرج تركيز كيميائي أو كهروكيميائي دون إنفاق طاقة ATP. هناك نوعان من النقل السلبي: الانتشار البسيط والميسر. انتشار- هذا هو نقل الأيونات أو الجزيئات من منطقة تركيزها الأعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل ، أي على طول التدرج.

انتشار بسيط- تخترق أيونات الملح والماء من خلال بروتينات الغشاء أو المواد القابلة للذوبان في الدهون على طول تدرج التركيز.

نشر الميسر- ترتبط البروتينات الحاملة المحددة بالمادة وتنقلها عبر الغشاء وفقًا لمبدأ "بينج بونج". بهذه الطريقة ، تمر السكريات والأحماض الأمينية عبر الغشاء. معدل هذا النقل أعلى بكثير من معدل الانتشار البسيط. بالإضافة إلى البروتينات الحاملة ، تشارك بعض المضادات الحيوية ، مثل الجرامتيدين والفانوميسين ، في الانتشار الميسر.

لأنها توفر النقل الأيوني ، يتم استدعاؤها الأيونوفور.

نشيط النقل هو وسيلة نقل يتم فيها استهلاك طاقة ATP ، وهي تتعارض مع تدرج التركيز. أنه ينطوي على إنزيمات ATPase. يحتوي غشاء الخلية الخارجي على ATPases ، التي تنقل الأيونات ضد تدرج التركيز ، وهي ظاهرة تسمى مضخة الأيونات. مثال على ذلك مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. عادة ، يوجد المزيد من أيونات البوتاسيوم في الخلية ، في بيئة خارجية- أيونات الصوديوم. لذلك ، وفقًا لقوانين الانتشار البسيط ، يميل البوتاسيوم إلى مغادرة الخلية ، ويدخل الصوديوم إلى الخلية. في المقابل ، تضخ مضخة الصوديوم والبوتاسيوم أيونات البوتاسيوم في الخلية مقابل تدرج تركيز ، وتحمل أيونات الصوديوم إلى البيئة الخارجية. هذا يسمح بالحفاظ على ثبات التركيب الأيوني في الخلية وقدرتها على البقاء. في قفص الحيواناتيستخدم ثلث ATP لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

نوع من النقل النشط هو النقل المعبأ بالغشاء. الالتقام. لا تستطيع الجزيئات الكبيرة من البوليمرات الحيوية اختراق الغشاء ؛ فهي تدخل الخلية في حزمة غشاء. يميز بين البلعمة و pinocytosis. البلعمة- التقاط الجزيئات الصلبة بالخلية ، كثرة الخلايا- الجسيمات السائلة. تنقسم هذه العمليات إلى مراحل:

1) التعرف عن طريق المستقبلات الغشائية لمادة ؛ 2) انقلاب (انقلاب) الغشاء مع تكوين حويصلة (حويصلة) ؛ 3) انفصال الحويصلة عن الغشاء ، واندماجها مع الجسيم الأولي واستعادة سلامة الغشاء ؛ 4) إطلاق مادة غير مهضومة من الخلية (خروج الخلايا).

يعد الالتقام الخلوي طريقة لتغذية البروتوزوا. تمتلك الثدييات والبشر نظامًا شبكيًا - هيستيو - بطانيًا من الخلايا القادرة على الالتقام الخلوي - وهي الكريات البيض والبلاعم وخلايا كوبفر في الكبد.

الخصائص التناضحية للخلايا

التنافذ- عملية أحادية الاتجاه لاختراق الماء من خلال غشاء شبه منفذ من منطقة ذات تركيز محلول أقل إلى منطقة بها المزيد تركيز عالي. يحدد التناضح الضغط الأسموزي.

غسيل الكلى- طريقة واحدة لنشر المواد الذائبة.

يسمى الحل الذي يكون فيه الضغط الاسموزي هو نفسه كما في الخلايا مساوي التوتر.عندما تنغمس الخلية في محلول متساوي التوتر ، لا يتغير حجمها. يسمى حل متساوي التوتر فسيولوجي- محلول كلوريد الصوديوم 0.9٪ ، يستخدم على نطاق واسع في الطب للجفاف الشديد وفقدان بلازما الدم.

يسمى الحل الذي يكون ضغطه التناضحي أعلى من الخلايا مفرط التوتر.

الخلايا في محلول مفرط التوتر تفقد الماء وتذبل. تستخدم المحاليل مفرطة التوتر على نطاق واسع في الطب. ضمادة شاش مبللة بمحلول مفرط التوتر تمتص الصديد جيدًا.

يسمى المحلول الذي يكون فيه تركيز الأملاح أقل مما هو عليه في الخلية نقص الضغط. عندما تغمر خلية في مثل هذا المحلول ، يندفع الماء إليها. تتضخم الخلية ، ويزداد تورمها ، ويمكن أن تنهار. انحلال الدم- تدمير خلايا الدم في محلول ناقص التوتر.

يتم تنظيم الضغط الاسموزي في جسم الإنسان ككل من خلال نظام أعضاء الإخراج.

السابق 123456789 التالي

عرض المزيد:

غشاء الخليةيُطلق عليه أيضًا غشاء البلازما (أو السيتوبلازم) وغشاء البلازما. لا تفصل هذه البنية فقط المحتويات الداخلية للخلية عن البيئة الخارجية ، ولكنها تدخل أيضًا في تكوين معظمها عضيات الخليةوالأنوية ، بدورها تفصلها عن الهيالوبلازم (العصارة الخلوية) - الجزء السائل اللزج من السيتوبلازم. دعونا نتفق على الاتصال تذكر الذكرياتواحد يفصل محتويات الخلية عن البيئة الخارجية. تشير المصطلحات المتبقية إلى جميع الأغشية.

هيكل غشاء الخلية

أساس بنية غشاء الخلية (البيولوجي) هو طبقة مزدوجة من الدهون (الدهون). يرتبط تكوين هذه الطبقة بخصائص جزيئاتها. لا تذوب الدهون في الماء بل تتكثف فيه بطريقتها الخاصة. جزء واحد من جزيء دهن واحد هو رأس قطبي (ينجذب بالماء ، أي محبة للماء) ، والآخر زوج من ذيول طويلة غير قطبية (هذا الجزء من الجزيء يطرده الماء ، أي كاره للماء) . هذا التركيب من الجزيئات يجعلها "تخفي" ذيولها عن الماء وتحول رؤوسها القطبية نحو الماء.

نتيجة لذلك ، يتم تكوين طبقة ثنائية للدهون ، تكون فيها ذيول غير قطبية بالداخل (تواجه بعضها البعض) ، وتكون الرؤوس القطبية متجهة للخارج (للبيئة الخارجية والسيتوبلازم). سطح هذا الغشاء محب للماء ، لكن بداخله كاره للماء.

في أغشية الخلايا ، تسود الفسفوليبيدات بين الدهون (وهي دهون معقدة). تحتوي رؤوسهم على بقايا حمض الفوسفوريك. بالإضافة إلى الفسفوليبيدات ، هناك جليكوليبيدات (دهون + كربوهيدرات) وكوليسترول (ينتمي إلى الستيرولات). هذا الأخير يعطي الغشاء صلابة ، حيث يقع في سمكه بين ذيول الدهون المتبقية (الكوليسترول كاره للماء تمامًا).

بسبب التفاعل الكهروستاتيكي ، ترتبط جزيئات بروتينية معينة برؤوس الدهون المشحونة ، والتي تصبح بروتينات غشاء سطحي. تتفاعل بروتينات أخرى مع ذيول غير قطبية ، وتغرق جزئيًا في الطبقة الثنائية ، أو تخترقها عبرها وعبرها.

وهكذا ، يتكون غشاء الخلية من طبقة ثنائية من الدهون ، السطح (المحيطي) ، المغمور (شبه متكامل) ، والبروتينات المخترقة (المتكاملة). بالإضافة إلى بعض البروتينات والدهون الخارجترتبط الأغشية بسلاسل الكربوهيدرات.

هو - هي نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاءتم طرحه في السبعينيات من القرن العشرين. قبل ذلك ، تم افتراض نموذج شطري للهيكل ، وفقًا لذلك ، توجد طبقة ثنائية الدهون في الداخل ، ويتم تغطية الغشاء من الداخل والخارج بطبقات متصلة من البروتينات السطحية. ومع ذلك ، فإن تراكم البيانات التجريبية دحض هذه الفرضية.

يبلغ سمك الأغشية في الخلايا المختلفة حوالي 8 نانومتر. تختلف الأغشية (حتى الجوانب المختلفة لأحدها) عن بعضها البعض في النسبة المئوية أنواع مختلفةالدهون والبروتينات والنشاط الأنزيمي ، إلخ. بعض الأغشية أكثر سيولة ونفاذية ، والبعض الآخر أكثر كثافة.

فرامل غشاء الخليةيندمج بسهولة بسبب الخصائص الفيزيائية والكيميائية للطبقة الدهنية الثنائية. في مستوى الغشاء ، تتحرك الدهون والبروتينات (ما لم يتم تثبيتها بواسطة الهيكل الخلوي).

وظائف غشاء الخلية

تؤدي معظم البروتينات المغمورة في غشاء الخلية وظيفة إنزيمية (وهي إنزيمات). في كثير من الأحيان (خاصة في أغشية عضيات الخلية) يتم ترتيب الإنزيمات في تسلسل معين بحيث تنتقل نواتج التفاعل المحفزة بواسطة إنزيم إلى الثاني ، ثم الإنزيم الثالث ، وما إلى ذلك. يتم تشكيل ناقل يعمل على استقرار البروتينات السطحية ، لأنها لا تفعل ذلك. تسمح للإنزيمات بالسباحة على طول الطبقة الدهنية الثنائية.

يؤدي غشاء الخلية وظيفة تحديد (حاجز) من البيئة وفي نفس الوقت وظيفة نقل. يمكن القول أن هذا هو أهم غرضها. يحافظ الغشاء السيتوبلازمي ، الذي يتمتع بالقوة والنفاذية الانتقائية ، على ثبات التركيب الداخلي للخلية (توازنها وسلامتها).

في هذه الحالة ، يحدث نقل المواد طرق مختلفة. يتضمن النقل على طول تدرج التركيز حركة المواد من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل (انتشار). لذلك ، على سبيل المثال ، تنتشر الغازات (CO 2 ، O 2).

هناك أيضًا انتقال ضد تدرج التركيز ، ولكن مع إنفاق الطاقة.

النقل سلبي وخفيف الوزن (عندما يساعده نوع من النقل).
إلى). الانتشار السلبي عبر غشاء الخلية ممكن للمواد القابلة للذوبان في الدهون.

هناك بروتينات خاصة تجعل الأغشية منفذة للسكريات والمواد الأخرى القابلة للذوبان في الماء. ترتبط هذه الناقلات بالجزيئات المنقولة وتسحبها عبر الغشاء.

3. وظائف وهيكل الغشاء السيتوبلازمي

هذه هي الطريقة التي يتم بها نقل الجلوكوز إلى خلايا الدم الحمراء.

يمكن أن تشكل البروتينات الممتدة ، عند دمجها ، مسامًا لحركة مواد معينة عبر الغشاء. لا تتحرك هذه الحاملات ، لكنها تشكل قناة في الغشاء وتعمل بشكل مشابه للإنزيمات ، وتربط مادة معينة. يتم إجراء النقل بسبب تغيير في شكل البروتين ، بسبب القنوات التي تتشكل في الغشاء. مثال على ذلك مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

تتحقق أيضًا وظيفة نقل غشاء الخلية حقيقية النواة من خلال الالتقام الخلوي (وإخراج الخلايا).من خلال هذه الآليات ، تدخل الجزيئات الكبيرة من البوليمرات الحيوية ، وحتى الخلايا الكاملة ، الخلية (وتخرج منها). لا يعتبر الإندوسيتيس والإفراز الخلوي من سمات جميع الخلايا حقيقية النواة (لا تحتوي بدائيات النوى عليها على الإطلاق). لذلك لوحظ الالتقام الخلوي في البروتوزوا واللافقاريات السفلية ؛ في الثدييات ، تمتص الكريات البيض والضامة المواد الضارة والبكتيريا ، أي يؤدي الالتقام الخلوي وظيفة الحمايةللجسم.

ينقسم الإلتقام إلى البلعمة(السيتوبلازم يغلف الجزيئات الكبيرة) و كثرة الخلايا(التقاط قطرات سائلة مع مواد مذابة فيها). آلية هذه العمليات هي نفسها تقريبًا. المواد الممتصة على سطح الخلية محاطة بغشاء. تتشكل الحويصلة (البلعمية أو الصنوبرية) ، والتي تنتقل بعد ذلك إلى الخلية.

خروج الخلايا هو إزالة المواد من الخلية بواسطة الغشاء السيتوبلازمي (الهرمونات ، السكريات ، البروتينات ، الدهون ، إلخ). يتم وضع هذه المواد في حويصلات غشاء تناسب غشاء الخلية. يتم دمج كلا الأغشية وتكون المحتويات خارج الخلية.

يؤدي الغشاء السيتوبلازمي وظيفة المستقبل.للقيام بذلك ، توجد على جانبها الخارجي هياكل يمكنها التعرف على التحفيز الكيميائي أو الفيزيائي. ترتبط بعض البروتينات التي تخترق غشاء البلازما من الخارج بسلاسل عديد السكاريد (تشكل البروتينات السكرية). هذه مستقبلات جزيئية غريبة تلتقط الهرمونات. عندما يرتبط هرمون معين بمستقبلاته ، فإنه يغير هيكله. وهذا بدوره يؤدي إلى تشغيل آلية الاستجابة الخلوية. في الوقت نفسه ، يمكن فتح القنوات ، ويمكن أن تبدأ بعض المواد في دخول الخلية أو إزالتها منها.

تمت دراسة وظيفة المستقبل لأغشية الخلايا بشكل جيد بناءً على عمل هرمون الأنسولين. عندما يرتبط الأنسولين بمستقبلات البروتين السكري ، يتم تنشيط الجزء التحفيزي داخل الخلايا من هذا البروتين (إنزيم adenylate cyclase). يصنع الإنزيم AMP الدوري من ATP. بالفعل ينشط أو يثبط مختلف إنزيمات التمثيل الغذائي الخلوي.

تتضمن وظيفة المستقبل للغشاء السيتوبلازمي أيضًا التعرف على الخلايا المجاورة من نفس النوع. ترتبط هذه الخلايا ببعضها البعض عن طريق جهات اتصال مختلفة بين الخلايا.

في الأنسجة ، بمساعدة جهات الاتصال بين الخلايا ، يمكن للخلايا تبادل المعلومات مع بعضها البعض باستخدام مواد منخفضة الوزن الجزيئي مركبة خصيصًا. أحد الأمثلة على هذا التفاعل هو تثبيط الاتصال ، عندما تتوقف الخلايا عن النمو بعد تلقي معلومات تفيد بأن المساحة الحرة مشغولة.

الاتصالات بين الخلايا بسيطة (أغشية الخلايا المختلفة متاخمة لبعضها البعض) ، قفل (غشاء خلية واحدة إلى أخرى) ، ديسموسومات (عندما تكون الأغشية متصلة بواسطة حزم من الألياف المستعرضة تخترق السيتوبلازم). بالإضافة إلى ذلك ، هناك مجموعة متنوعة من الاتصالات بين الخلايا بسبب الوسطاء (الوسطاء) - المشابك. في نفوسهم ، يتم إرسال الإشارة ليس فقط كيميائيًا ، ولكن أيضًا كهربائيًا. المشابك العصبية تنقل الإشارات بين الخلايا العصبية ، وكذلك من العصب إلى العضلات.

نظرية الخلية

في عام 1665 ، قام R. Hooke بفحص قطعة من شجرة الفلين تحت المجهر ، ووجد خلايا فارغة أطلق عليها اسم "الخلايا". رأى فقط قذائف الخلايا النباتية ، و وقت طويلتعتبر القشرة المكونة الهيكلية الرئيسية للخلية. في عام 1825 ، وصف ج. بوركيني بروتوبلازم الخلايا ، وفي عام 1831 وصف ر. براون النواة. في عام 1837 ، توصل M. Schleiden إلى استنتاج مفاده أن الكائنات الحية النباتيةتتكون من خلايا ، وتحتوي كل خلية على نواة.

1.1 باستخدام البيانات المتراكمة في ذلك الوقت ، وجد T.

الغشاء السيتوبلازمي ووظائفه وهيكله

صاغ شوان في عام 1839 الأحكام الرئيسية لنظرية الخلية:

1) القفص أساسي الوحدة الهيكليةالنباتات والحيوانات؛

2) تحدد عملية تكوين الخلايا نمو الكائنات الحية وتطورها وتمايزها.

في عام 1858 ر. فيرشو - المؤسس التشريح المرضي- استكملت النظرية الخلوية بشرط هام أن الخلية لا يمكن أن تأتي إلا من خلية (Omnis cellula e cellula) نتيجة لانقسامها. وجد أن أساس جميع الأمراض هو التغيرات في بنية الخلايا ووظيفتها.

1.2 تتضمن نظرية الخلية الحديثة الأحكام التالية:

1) الخلية - الوحدة الهيكلية والوظيفية والوراثية للكائنات الحية ، وهي أصغر وحدة من الكائنات الحية ؛

2) خلايا جميع الكائنات أحادية الخلية ومتعددة الخلايا متشابهة في التركيب والتركيب الكيميائي وأهم مظاهر عمليات الحياة ؛

3) تتكون كل خلية جديدة نتيجة لانقسام الخلية (الأم) الأصلية ؛

4) خلايا الكائنات متعددة الخلايا متخصصة: تؤدي وظيفتها وظائف مختلفةوتشكيل الأنسجة

5) الخلية عبارة عن نظام مفتوح تمر من خلاله تدفقات المادة والطاقة والمعلومات وتتحول

هيكل ووظائف الغشاء السيتوبلازمي

الخلية مفتوحة نظام التنظيم الذاتي، والتي من خلالها هناك تدفق مستمر للمادة والطاقة والمعلومات. يتم تلقي هذه التدفقات جهاز خاص الخلايا التي تشمل:

1) المكون فوق الغشائي - جلايكوكاليكس ؛

2) الغشاء البيولوجي الأولي أو معقدها ؛

3) مجمع الغشاء الداعم والمقلص للهيالوبلازم ؛

4) أنظمة الابتنائية والتقويضية.

المكون الرئيسي لهذا الجهاز هو الغشاء الأولي.

تحتوي الخلية على أنواع مختلفة من الأغشية ، لكن مبدأ بنيتها واحد.

في عام 1972 ، اقترح S. Singer و G.Nicholson نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاء الأولي. وفقًا لهذا النموذج ، فإنه يعتمد أيضًا على الطبقة ثنائية الشحوم ، لكن البروتينات توجد بشكل مختلف بالنسبة لهذه الطبقة. تقع بعض جزيئات البروتين على سطح طبقات الدهون (البروتينات الطرفية) ، وبعضها يخترق طبقة دهنية واحدة (بروتينات شبه متكاملة) ، وبعضها يخترق كلا الطبقتين الدهنيتين (بروتينات متكاملة). طبقة الدهون في الطور السائل ("البحر الدهني"). يوجد على السطح الخارجي للأغشية جهاز مستقبِل - كَلَانٌ سكري ، يتكون من جزيئات متفرعة من البروتينات السكرية ، "للتعرف" بعض الموادوالهياكل.

2.3 خصائص الغشاء: 1) اللدونة ، 2) شبه النفاذية ، 3) القدرة على الإغلاق الذاتي.

2.4 وظائف الغشاء: 1) الهيكلية - غشاء مثل المكون الهيكليجزء من معظم العضيات (مبدأ الغشاء لبنية العضيات) ؛ 2) الحاجز والتنظيم - يحافظ على ثبات التركيب الكيميائي وينظم جميع عمليات التمثيل الغذائي (تحدث تفاعلات التمثيل الغذائي على الأغشية) ؛ 3) واقية ؛ 4) مستقبلات.

خلية - الوحدة الهيكلية والوظيفية والوراثية الرئيسية لتنظيم الكائنات الحية ، وهي نظام حي أولي. يمكن أن توجد الخلية ككائن حي منفصل (بكتيريا ، أوالي) ، أو كجزء من أنسجة الكائنات متعددة الخلايا. تم اقتراح مصطلح "خلية" من قبل المستكشف الإنجليزي روبرت هوك في عام 1665.

تم صياغة الأحكام الرئيسية لنظرية الخلية من قبل عالم النبات شلايدن (1838) وعالم الحيوان وعلم وظائف الأعضاء شوان (1839). في عام 1858 ، استكمل فيرشو الأحكام ببيان حول انقسام الخلايا.

الأحكام الرئيسية لنظرية الخلية الحديثة:

تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا. الخلية هي وحدة هيكل الكائنات الحية وعملها وتكاثرها وتطورها الفردي. لا توجد حياة خارج الزنزانة.

تتشابه خلايا جميع الكائنات الحية في التركيب والتركيب الكيميائي.

لا يمكن تشكيل الخلايا إلا من الخلايا عن طريق الانقسام.

التركيب الخلوي لجميع الكائنات الحية دليل على وحدة المنشأ.

التعريف الحديث للخلية:

الخلية عبارة عن نظام بيولوجي مفتوح ، مقيد بغشاء شبه منفذ ، يتكون من نواة وسيتوبلازم ، قادر على التنظيم الذاتي والتكاثر الذاتي.

نوعان من الكائنات الحية لهما بنية خلوية - بدائيات النوى (البكتيريا والطحالب الخضراء المزرقة) وحقيقيات النوى (الشكل 2.1). تتكون الخلايا حقيقية النواة من جهاز سطحي (غشاء هيولي) ، وسيتوبلازم ونواة.

الأغشية السيتوبلازمية

تؤدي الأغشية السيتوبلازمية عددًا من الوظائف المهمة: الحاجز (التحديد) ، التنظيم (تنظيم التدفقات الأيضية) ، النقل (ضمان النفاذية الانتقائية للمواد من خلال النقل السلبي والنشط) ، الهيكلية ، التبادل. يتم بناء الأغشية البيولوجية في المقام الأول من الدهون والبروتينات و

الكربوهيدرات (الشكل 2.2). تم اقتراح عدة نماذج لبنية الأغشية السيتوبلازمية (نموذج "الشطيرة" - نموذج دانييلي وداوسون ، نموذج لينارد ، إلخ). على ما يبدو ، اعتمادًا على الوظيفة ، هناك عدة أنواع من الأغشية. في الوقت الحاضر ، يعتبر نموذج الفسيفساء السائل الذي اقترحه سنجر نيكلسون (1972) أساسًا. وفقًا لهذا النموذج ، تشتمل الأغشية على طبقة ثنائية الجزيئية من الدهون ، والتي تشتمل على جزيئات بروتينية.

الدهون هي مواد غير قابلة للذوبان في الماء. لديهم رأس قطبي (مشحون) وسلاسل كربوهيدرات طويلة غير مشحونة (غير قطبية). تواجه جزيئات الدهون بعضها البعض بنهايات غير قطبية ، وتبقى أقطابها القطبية (الرؤوس) بالخارج ، وتشكل أسطحًا محبة للماء (الشكل 2.3).

يمكن تقسيم بروتينات الغشاء إلى ثلاث مجموعات: الطرفية (الأكثر ارتباطًا بشكل ضعيف مع الغشاء) ، والمغمورة (شبه المتكاملة) والاختراق (المتكاملة) ، وتشكيل مسام الغشاء. وظيفيًا ، تنقسم بروتينات الغشاء إلى أنزيمية ، ونقل ، وبروتينات تنظيمية.

على السطح الخارجي لغشاء البلازما ، ترتبط جزيئات البروتين والدهون بسلاسل الكربوهيدرات ، وتشكل جلايكوكاليكس. تعمل سلاسل الكربوهيدرات كمستقبلات ، وتكتسب الخلية القدرة على الاستجابة على وجه التحديد للتأثيرات الخارجية. وهكذا ، يؤدي تفاعل الهرمون مع مستقبله "الخاص" من الخارج إلى تغيير في بنية البروتين المتكامل ، مما يؤدي إلى إثارة استجابة خلوية. على وجه الخصوص ، يمكن أن تتجلى هذه الاستجابة في تكوين "قنوات" تبدأ من خلالها محاليل بعض المواد في دخول الخلية أو إزالتها منها.

تتمثل إحدى الوظائف المهمة للغشاء في توفير الاتصالات بين الخلايا في الأعضاء والأنسجة.

تحت غشاء البلازما ، على جانب السيتوبلازم ، توجد طبقة قشرية وهياكل ليفية داخل الخلايا تضمن الاستقرار الميكانيكي للغشاء.

في الخلايا النباتية ، يوجد هيكل كثيف خارج الغشاء - جدار الخلية ، ويتكون من عديد السكاريد (السليلوز).

ترتبط إحدى أهم خصائص السيتوبلازم بالقدرة على تمرير مواد مختلفة داخل الخلية أو خارجها. هذا ضروري للحفاظ على ثبات تكوينها. تمر الجزيئات والأيونات الصغيرة عبر الأغشية بالنقل السلبي والنشط.

يحدث النقل السلبي دون إنفاق الطاقة عن طريق الانتشار والتناضح والانتشار الميسر (الشكل 2.4). انتشار -

نقل الجزيئات والأيونات عبر الغشاء من منطقة عالية إلى منطقة ذات تركيز منخفض ، أي على طول تدرج التركيز. إذا كانت المواد قابلة للذوبان بشكل جيد في الدهون ، فإنها تخترق الخلية عن طريق الانتشار البسيط (الأكسجين وثاني أكسيد الكربون). يسمى انتشار الماء عبر الأغشية شبه النفاذة بالتناضح. كما أن الماء قادر على المرور عبر مسام الغشاء المكونة من البروتينات وحمل جزيئات الأيونات والمواد الذائبة فيه. الانتشار الميسر هو نقل المواد غير القابلة للذوبان في الدهون ولا تمر عبر المسام عبر القنوات الأيونية بمساعدة البروتينات الحاملة.

يحدث النقل النشط للمواد عبر الغشاء مع إنفاق طاقة ATP ومشاركة البروتينات الحاملة. يتم إجراؤه مقابل تدرج التركيز (هذه هي الطريقة التي يتم بها نقل الأحماض الأمينية والسكر والبوتاسيوم والصوديوم وأيونات الكالسيوم وما إلى ذلك). مثال على الترام النشط هو تشغيل مضخة البوتاسيوم الصوديوم. تركيز K داخل الخلية أعلى بـ 10-20 مرة من تركيزه في الخارج ، والعكس هو Na. للحفاظ على هذا التركيز ، يتم نقل ثلاثة أيونات Na من الخلية لكل اثنين من أيونات K في الخلية. تتضمن هذه العملية بروتينًا في الغشاء ، يعمل كإنزيم يكسر ATP مع إطلاق الطاقة اللازمة لتشغيل المضخة (الشكل 2.5 أ).

يتم نقل الجزيئات الكبيرة والجزيئات الكبيرة إلى الخلية عن طريق الالتقام الخلوي ، والإزالة من الخلية - عن طريق إفراز الخلايا.

أثناء الالتقام الخلوي (الشكل 2.5. ب) ، يشكل الغشاء غزوات أو نواتج ثم تتحول إلى حويصلات داخل الخلايا تحتوي على المنتج الذي تلتقطه الخلية. تتم هذه العملية مع إنفاق طاقة ATP. هناك نوعان من الالتقام الخلوي - البلعمة (امتصاص الخلية للجزيئات الكبيرة) وكثرة الخلايا (امتصاص المواد السائلة).

يشارك الغشاء في إزالة المواد من الخلية في عملية إفراز الخلايا. بهذه الطريقة ، يتم إزالة الهرمونات والبروتينات وقطرات الدهون وما إلى ذلك من الخلية.

يتكون غشاء الخلية السيتوبلازمية من ثلاث طبقات:

خارجي - بروتين

الطبقة المتوسطة ثنائية الجزيئية من الدهون ؛

داخلي - بروتين.

سمك الغشاء 7.5-10 نانومتر. الطبقة ثنائية الجزيئية من الدهون هي مصفوفة الغشاء. تتفاعل جزيئات الدهون في كلتا الطبقتين مع جزيئات البروتين المغمورة فيهما. من 60 إلى 75٪ من دهون الغشاء عبارة عن شحميات فسفورية ، 15-30٪ كوليسترول. يتم تمثيل البروتينات بشكل رئيسي بواسطة البروتينات السكرية. يميز بروتينات متكاملةيمتد الغشاء بأكمله ، و هامشيتقع في الخارج أو السطح الداخلي.

بروتينات متكاملةتشكل القنوات الأيونية التي توفر تبادل أيونات معينة بين السائل خارج الخلايا وداخلها. وهي أيضًا إنزيمات تقوم بنقل الأيونات عبر الغشاء بمضادات التدرج.

البروتينات المحيطيةهي مستقبلات كيميائية على السطح الخارجي للغشاء ، والتي يمكن أن تتفاعل مع مختلف المواد النشطة من الناحية الفسيولوجية.

وظائف الغشاء:

1. يضمن سلامة الخلية كوحدة هيكلية للنسيج.

يقوم بتبادل الأيونات بين السيتوبلازم والسائل خارج الخلية.

يوفر النقل النشط للأيونات والمواد الأخرى داخل وخارج الخلية.

ينتج إدراك ومعالجة المعلومات الواردة إلى الخلية في شكل إشارات كيميائية وكهربائية.

آليات استثارة الخلية. تاريخ دراسة الظواهر الكهربائية الحيوية.

في الأساس ، تكون المعلومات المنقولة في الجسم في شكل إشارات كهربائية (على سبيل المثال ، النبضات العصبية). تم إنشاء وجود الكهرباء الحيوانية لأول مرة من قبل عالم الطبيعة (فيزيولوجي) L. Galvani في عام 1786. من أجل دراسة كهرباء الغلاف الجوي ، علق المستحضرات العصبية العضلية لأرجل الضفادع على خطاف نحاسي. عندما لامست هذه الكفوف الدرابزين الحديدي للشرفة ، تقلصت العضلات. يشير هذا إلى عمل نوع من الكهرباء على عصب التحضير العصبي العضلي. اعتبر جالفاني أن هذا يرجع إلى وجود الكهرباء في الأنسجة الحية نفسها. ومع ذلك ، وجد A. Volta أن مصدر الكهرباء هو مكان التلامس بين معدنين مختلفين - النحاس والحديد. في علم وظائف الأعضاء أول تجربة كلاسيكية لجالفانييعتبر ملامسة عصب التحضير العصبي العضلي بملاقط ثنائية المعدن مصنوعة من النحاس والحديد. لإثبات قضيته ، أنتج جالفاني التجربة الثانية. ألقى نهاية العصب الذي يعصب التحضير العصبي العضلي على قطع عضلاته. كانت النتيجة انكماش. ومع ذلك ، فإن هذه التجربة لم تقنع معاصري جالفاني. لذلك ، قام ماتيوتشي إيطالي آخر بإجراء التجربة التالية. قام بتركيب عصب تحضير ضفدع عصبي عضلي على عضلة الضفدع الثاني ، والتي تقلصت تحت تأثير تيار مزعج. نتيجة لذلك ، بدأ الدواء الأول أيضًا في الانخفاض. يشير هذا إلى انتقال الكهرباء (جهد الفعل) من عضلة إلى أخرى. تم تحديد وجود فرق الجهد بين الأجزاء التالفة وغير التالفة من العضلات بدقة لأول مرة في القرن التاسع عشر باستخدام مقياس الجلفانومتر الخيطي (الأميتر) Matteuchi. علاوة على ذلك ، كان للشق شحنة سالبةوسطح العضلات موجب.

السيتوبلازم- جزء إلزامي من الخلية محاط بغشاء البلازما والنواة ؛ وينقسم إلى هيالوبلازم (المادة الرئيسية للسيتوبلازم) ، وعضيات (مكونات دائمة من السيتوبلازم) وشوائب (مكونات مؤقتة من السيتوبلازم). التركيب الكيميائي للسيتوبلازم: الأساس هو الماء (60-90٪ من الكتلة الكلية للسيتوبلازم) ، ومختلف العضوية و المركبات غير العضوية. السيتوبلازم قلوي. ميزةسيتوبلازم الخلية حقيقية النواة - حركة ثابتة ( داء). يتم اكتشافه بشكل أساسي من خلال حركة عضيات الخلية ، مثل البلاستيدات الخضراء. إذا توقفت حركة السيتوبلازم ، تموت الخلية ، لأنها فقط داخل في حركة مستمرة، يمكنها أداء وظائفها.

الهيالوبلازم ( العصارة الخلوية) عبارة عن محلول غرواني عديم اللون ولزج وسميك وشفاف. حيث تتم جميع عمليات التمثيل الغذائي ، فهي توفر الترابط بين النواة وجميع العضيات. اعتمادًا على غلبة الجزء السائل أو الجزيئات الكبيرة في الهيالوبلازم ، يتم تمييز شكلين من الهيالوبلازم: سول- المزيد من الهيالوبلازم السائل و هلام- هيالوبلازم أكثر كثافة. من الممكن حدوث انتقالات متبادلة بينهما: يتحول الجل إلى سول والعكس صحيح.

وظائف السيتوبلازم:

1. دمج جميع مكونات الخلية في نظام واحد ،
2. بيئة لمرور العديد من العمليات البيوكيميائية والفسيولوجية ،
3. البيئة لوجود وعمل العضيات.

جدران الخلايا

جدران الخلاياالحد من الخلايا حقيقية النواة. يمكن تمييز طبقتين على الأقل في كل غشاء خلية. الطبقة الداخلية مجاورة للسيتوبلازم ويمثلها غشاء بلازمي(المرادفات - غشاء الخلية ، غشاء الخلية ، غشاء السيتوبلازم) ، والتي تتكون فوقها الطبقة الخارجية. في الخلية الحيوانية ، تكون رقيقة وتسمى مركب السكر(يتكون من البروتينات السكرية ، الدهون السكرية ، البروتينات الدهنية) ، في الخلية النباتية- سميكة دعا جدار الخلية(يتكون من السليلوز).

جميع الأغشية البيولوجية لها خصائص وخصائص هيكلية مشتركة. مقبولة حاليًا بشكل عام نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاء. أساس الغشاء عبارة عن طبقة ثنائية من الدهون ، تتكون أساسًا من الدهون الفوسفورية. الفسفوليبيدات عبارة عن دهون ثلاثية يتم فيها استبدال بقايا حمض دهني بمخلفات حمض الفوسفوريك ؛ يسمى جزء الجزيء الذي توجد فيه بقايا حمض الفوسفوريك بالرأس المحبة للماء ، وتسمى الأقسام التي توجد بها بقايا الأحماض الدهنية ذيول كارهة للماء. في الغشاء ، يتم ترتيب الدهون الفوسفورية بطريقة منظمة بدقة: الذيل الكارهة للماء للجزيئات تواجه بعضها البعض ، والرؤوس المحبة للماء تتجه للخارج نحو الماء.

بالإضافة إلى الدهون ، يحتوي الغشاء على بروتينات (في المتوسط ​​60٪). وهي تحدد معظم الوظائف المحددة للغشاء (نقل جزيئات معينة ، وتحفيز التفاعلات ، واستقبال وتحويل الإشارات من البيئة ، وما إلى ذلك). تميز: 1) البروتينات المحيطية(تقع على السطح الخارجي أو الداخلي للطبقة الدهنية الثنائية) ، 2) بروتينات شبه متكاملة(مغمورة في طبقة ثنائية الدهون لأعماق مختلفة) ، 3) بروتينات متكاملة أو عبر الغشاء(تتخلل الغشاء من خلال وعبر ، بينما على اتصال مع كل من الخارج و البيئة الداخليةالخلايا). تسمى البروتينات المتكاملة في بعض الحالات تشكيل القناة ، أو القناة ، حيث يمكن اعتبارها قنوات محبة للماء تمر من خلالها الجزيئات القطبية إلى الخلية (لن يسمح لها المكون الدهني في الغشاء بالمرور).

أ - رأس محب للماء للفوسفوليبيد ؛ ج ، ذيول مسعور من الفوسفوليبيد ؛ 1 - مناطق كارهة للماء من البروتينات E و F ؛ 2 ، المناطق المحبة للماء من البروتين F ؛ 3 - سلسلة قليلة السكاريد المتفرعة مرتبطة بدهن في جزيء جليكوليبيد (الجليكوليبيدات أقل شيوعًا من البروتينات السكرية) ؛ 4 - سلسلة قليلة السكاريد المتفرعة مرتبطة ببروتين في جزيء بروتين سكري ؛ 5 - قناة محبة للماء (تعمل كمسام يمكن من خلاله مرور الأيونات وبعض الجزيئات القطبية).

قد يحتوي الغشاء على كربوهيدرات (تصل إلى 10٪). يتم تمثيل مكون الكربوهيدرات في الأغشية بواسطة سلاسل قليلة السكاريد أو السكاريد المرتبطة بجزيئات البروتين (البروتينات السكرية) أو الدهون (الدهون السكرية). في الأساس ، توجد الكربوهيدرات على السطح الخارجي للغشاء. توفر الكربوهيدرات وظائف المستقبل للغشاء. في الخلايا الحيوانية ، تشكل البروتينات السكرية مركبًا غشائيًا ، وهو glycocalyx ، بسمك عدة عشرات من النانومترات. توجد العديد من مستقبلات الخلايا فيه ، مع حدوث التصاق الخلية المساعدة.

جزيئات البروتينات والكربوهيدرات والدهون متحركة وقادرة على التحرك في مستوى الغشاء. يبلغ سمك غشاء البلازما 7.5 نانومتر تقريبًا.

وظائف الغشاء

تؤدي الأغشية الوظائف التالية:

1. فصل المحتويات الخلوية عن البيئة الخارجية ،
2. تنظيم التمثيل الغذائي بين الخلية والبيئة ،
3. تقسيم الخلية إلى مقصورات ("مقصورات") ،
4. موقع "الناقلات الأنزيمية" ،
5. توفير الاتصال بين الخلايا في أنسجة الكائنات متعددة الخلايا (التصاق) ،
6. التعرف على الإشارة.

الأكثر أهمية خاصية الغشاء- نفاذية انتقائية ، أي الأغشية شديدة النفاذية لبعض المواد أو الجزيئات ومنخفضة النفاذية (أو غير منفذة تمامًا) للآخرين. هذه الخاصية تكمن وراء الوظيفة التنظيمية للأغشية ، والتي تضمن تبادل المواد بين الخلية والبيئة الخارجية. تسمى العملية التي تمر بها المواد عبر غشاء الخلية نقل المواد. تميز: 1) النقل السلبي- عملية تمرير المواد ، بدون طاقة ؛ 2) النقل النشط- عملية تمرير المواد مع تكلفة الطاقة.

في النقل السلبيتنتقل المواد من منطقة ذات تركيز أعلى إلى منطقة ذات تركيز أقل ، أي على طول تدرج التركيز. يوجد في أي محلول جزيئات المذيب والمذاب. تسمى عملية حركة الجزيئات الذائبة بالانتشار ، وتسمى حركة جزيئات المذيبات بالتناضح. إذا كان الجزيء مشحونًا ، فإن نقله يتأثر بالتدرج الكهربائي. لذلك ، غالبًا ما يتحدث المرء عن التدرج الكهروكيميائي ، الذي يجمع بين التدرجين معًا. تعتمد سرعة النقل على حجم التدرج.

يمكن تمييز الأنواع التالية من النقل السلبي: 1) انتشار بسيط- نقل المواد مباشرة من خلال طبقة ثنائية الدهون (الأكسجين وثاني أكسيد الكربون) ؛ 2) الانتشار من خلال قنوات الغشاء- النقل عبر البروتينات المكونة للقناة (Na + ، K + ، Ca 2+ ، Cl -) ؛ 3) نشر الميسر- نقل المواد باستخدام بروتينات نقل خاصة ، كل منها مسؤول عن حركة جزيئات معينة أو مجموعات من الجزيئات ذات الصلة (الجلوكوز والأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات) ؛ أربعة) التنافذ- نقل جزيئات الماء (في الكل الأنظمة البيولوجيةالمذيب هو الماء).

بحاجة إلى النقل النشطيحدث عندما يكون من الضروري ضمان نقل الجزيئات عبر الغشاء مقابل التدرج الكهروكيميائي. يتم هذا النقل بواسطة بروتينات حاملة خاصة ، يتطلب نشاطها إنفاق الطاقة. مصدر الطاقة جزيئات ATP. يشمل النقل النشط: 1) Na + / K + -pump (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم) ، 2) الالتقام الخلوي ، 3) الإفراز الخلوي.

العمل Na + / K + -pump. من أجل الأداء الطبيعي ، يجب أن تحافظ الخلية على نسبة معينة من أيونات K + و Na + في السيتوبلازم وفي البيئة الخارجية. يجب أن يكون تركيز K داخل الخلية أعلى بكثير من تركيزه خارجها ، و Na - والعكس صحيح. وتجدر الإشارة إلى أن Na + و K + يمكنهما الانتشار بحرية عبر مسام الغشاء. تعمل مضخة Na + / K + على مواجهة معادلة تركيزات الأيونات هذه وتضخ بنشاط Na + خارج الخلية و K + في الخلية. مضخة Na + / K + عبارة عن بروتين عبر الغشاء قادر على إجراء تغييرات توافقية ، بحيث يمكنه إرفاق كل من K + و Na +. يمكن تقسيم دورة تشغيل مضخة Na + / K + إلى المراحل التالية: 1) ربط Na + من داخل الغشاء ، 2) فسفرة بروتين المضخة ، 3) إطلاق Na + في خارج الخلية الفضاء ، 4) إرفاق K + من خارج الغشاء ، 5) نزع الفسفرة لبروتين المضخة ، 6) إطلاق K + في الفضاء داخل الخلايا. تستهلك مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ما يقرب من ثلث الطاقة اللازمة لحياة الخلية. خلال دورة تشغيل واحدة ، تضخ المضخة 3Na + من الخلية وتضخ في 2K +.

الالتقام- عملية امتصاص الخلايا للجزيئات الكبيرة والجزيئات الكبيرة. هناك نوعان من الالتقام الخلوي: 1) البلعمة- التقاط وامتصاص الجسيمات الكبيرة (الخلايا وأجزاء الخلايا والجزيئات الكبيرة) و 2) كثرة الخلايا- التقاط وامتصاص المواد السائلة (محلول ، محلول غرواني ، معلق). تم اكتشاف ظاهرة البلعمة بواسطة I.I. Mechnikov في عام 1882. أثناء الالتقام الخلوي ، يشكل غشاء البلازما انفتالًا ، وتندمج حوافه ، ويتم ربط الهياكل المحددة من السيتوبلازم بواسطة غشاء واحد في السيتوبلازم. العديد من الأوليات وبعض الكريات البيض قادرة على البلعمة. لوحظ كثرة الخلايا في الخلايا الظهارية للأمعاء ، في بطانة الأوعية الدموية في الشعيرات الدموية.

طرد خلوي- عملية عكس الالتقام الخلوي: الإخراج مواد مختلفةمن الخلية. أثناء خروج الخلايا ، يندمج غشاء الحويصلة مع الغشاء السيتوبلازمي الخارجي ، وتزال محتويات الحويصلة خارج الخلية ، ويتم تضمين غشاءها في الغشاء السيتوبلازمي الخارجي. بهذه الطريقة ، تفرز الهرمونات من خلايا الغدد الصماء ، وفي البروتوزوا بقايا الطعام غير المهضوم.

اذهب إلى عدد المحاضرات 5"نظرية الخلية. أنواع المنظمات الخلوية »

اذهب إلى عدد المحاضرات 7"الخلية حقيقية النواة: هيكل ووظائف العضيات"