ما هي المواد التي تشكل أساس أغشية الخلايا. الوظائف الرئيسية والميزات الهيكلية لغشاء الخلية

محدد ( حاجز) - فصل المحتويات الخلوية عن البيئة الخارجية ؛

تنظيم التبادل بين الخلية والبيئة ؛

قسِّم الخلايا إلى أقسام ، أو مقصورات ، مصممة لمسارات أيضية متخصصة معينة ( يفصل);

إنه موقع بعض التفاعلات الكيميائية (تفاعلات ضوئية لعملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء ، الفسفرة المؤكسدة أثناء التنفس في الميتوكوندريا) ؛

توفير الاتصال بين الخلايا في أنسجة الكائنات متعددة الخلايا ؛

المواصلات- ينفذ النقل عبر الغشاء.

مستقبل- هي موقع توطين مواقع المستقبلات التي تتعرف على المحفزات الخارجية.

نقل الموادمن خلال الغشاء هي إحدى الوظائف الرئيسية للغشاء الذي يضمن تبادل المواد بين الخلية والبيئة الخارجية. اعتمادًا على تكاليف الطاقة لنقل المواد ، هناك:

النقل السلبي ، أو الانتشار الميسر ؛

النقل النشط (الانتقائي) بمشاركة ATP والإنزيمات.

النقل في عبوات غشائية. هناك الالتقام الخلوي (في الخلية) والإفراز الخلوي (خارج الخلية) - آليات تنقل الجزيئات الكبيرة والجزيئات الكبيرة عبر الغشاء. أثناء الالتقام الخلوي ، يشكل غشاء البلازما انغلافًا ، وتندمج حوافه ، ويتم وضع الحويصلة في السيتوبلازم. يتم تحديد الحويصلة من السيتوبلازم بواسطة غشاء واحد ، وهو جزء من الغشاء السيتوبلازمي الخارجي. يميز بين البلعمة و pinocytosis. البلعمة هو امتصاص جزيئات كبيرة ، صلبة نوعًا ما. على سبيل المثال ، البلعمة من الخلايا الليمفاوية ، والأوليات ، وما إلى ذلك. كثرة الخلايا البينية هي عملية التقاط وامتصاص قطرات السائل مع المواد المذابة فيها.

خروج الخلايا هو عملية إزالة مواد مختلفة من الخلية. أثناء خروج الخلايا ، يندمج غشاء الحويصلة أو الفجوة مع الغشاء السيتوبلازمي الخارجي. تتم إزالة محتويات الحويصلة من سطح الخلية ، ويتم تضمين الغشاء في الغشاء السيتوبلازمي الخارجي.

في الصميم سلبينقل الجزيئات غير المشحونة هو الفرق بين تركيزات الهيدروجين والشحنات ، أي التدرج الكهروكيميائي. ستنتقل المواد من منطقة ذات انحدار أعلى إلى منطقة منخفضة. تعتمد سرعة النقل على اختلاف التدرج.

الانتشار البسيط هو نقل المواد مباشرة من خلال طبقة ثنائية الدهون. خصائص الغازات ، الجزيئات القطبية غير القطبية أو الصغيرة غير المشحونة ، القابلة للذوبان في الدهون. يخترق الماء بسرعة من خلال الطبقة الثنائية ، لأن. جزيءه صغير ومحايد كهربائيًا. يسمى انتشار الماء عبر الأغشية بالتناضح.

الانتشار عبر القنوات الغشائية هو نقل الجزيئات والأيونات المشحونة (Na ، K ، Ca ، Cl) التي تخترق الغشاء بسبب وجود بروتينات خاصة مكونة للقنوات تشكل مسام مائية.

الانتشار الميسر هو نقل المواد بمساعدة بروتينات النقل الخاصة. كل بروتين مسؤول عن جزيء محدد بدقة أو مجموعة من الجزيئات ذات الصلة ، ويتفاعل معه ويتحرك عبر الغشاء. على سبيل المثال ، السكريات والأحماض الأمينية والنيوكليوتيدات والجزيئات القطبية الأخرى.

النقل النشطيتم تنفيذه بواسطة البروتينات - ناقلات (ATPase) ضد التدرج الكهروكيميائي ، مع إنفاق الطاقة. مصدره هو جزيئات ATP. على سبيل المثال ، مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.

تركيز البوتاسيوم داخل الخلية أعلى بكثير من تركيزه خارجها ، والصوديوم - بالعكس. لذلك ، تنتشر كاتيونات البوتاسيوم والصوديوم بشكل سلبي على طول تدرج التركيز عبر مسام الماء في الغشاء. هذا يرجع إلى حقيقة أن نفاذية غشاء أيونات البوتاسيوم أعلى من أيونات الصوديوم. وفقًا لذلك ، ينتشر البوتاسيوم خارج الخلية بشكل أسرع من الصوديوم في الخلية. ومع ذلك ، من أجل الأداء الطبيعي للخلية ، من الضروري وجود نسبة معينة من 3 أيونات البوتاسيوم و 2 أيونات الصوديوم. لذلك ، توجد مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في الغشاء ، والتي تضخ بنشاط الصوديوم خارج الخلية والبوتاسيوم في الخلية. هذه المضخة عبارة عن بروتين غشاء عبر الغشاء قادر على إعادة الترتيب التوافقي. لذلك ، يمكن أن تلتصق بنفسها بأيونات البوتاسيوم وأيونات الصوديوم (مضاد منفذ). العملية كثيفة الاستهلاك للطاقة:

تدخل أيونات الصوديوم وجزيء ATP بروتين المضخة من داخل الغشاء وأيونات البوتاسيوم من الخارج.

تتحد أيونات الصوديوم مع جزيء البروتين ، ويكتسب البروتين نشاط ATPase ، أي القدرة على التسبب في التحلل المائي ATP ، والذي يصاحبه إطلاق الطاقة التي تدفع المضخة.

يرتبط الفوسفات المنطلق أثناء التحلل المائي ATP بالبروتين ، أي فسفرة بروتين.

تسبب الفسفرة تغيرًا في تكوين البروتين ، ولا يمكنها الاحتفاظ بأيونات الصوديوم. أطلق سراحهم وخرجوا من الزنزانة.

يعزز الشكل الجديد للبروتين إضافة أيونات البوتاسيوم إليه.

تؤدي إضافة أيونات البوتاسيوم إلى نزع الفسفرة من البروتين. يغير شكله مرة أخرى.

يؤدي التغيير في تكوين البروتين إلى إطلاق أيونات البوتاسيوم داخل الخلية.

يصبح البروتين جاهزًا مرة أخرى لربط أيونات الصوديوم بنفسه.

في دورة تشغيل واحدة ، تضخ المضخة 3 أيونات صوديوم من الخلية وتضخ 2 أيونات بوتاسيوم.

السيتوبلازم- عنصر إلزامي للخلية ، محاط بين الجهاز السطحي للخلية والنواة. إنه مجمع هيكلي غير متجانس معقد ، يتكون من:

الهيالوبلازم

العضيات (مكونات دائمة من السيتوبلازم)

الادراج - مكونات مؤقتة من السيتوبلازم.

المصفوفة السيتوبلازمية(الهيالوبلازم) هو المحتويات الداخلية للخلية - محلول غرواني عديم اللون وسميك وشفاف. تقوم مكونات المصفوفة السيتوبلازمية بعمليات التخليق الحيوي في الخلية ، وتحتوي على الإنزيمات اللازمة لتكوين الطاقة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى تحلل السكر اللاهوائي.

الخصائص الأساسية للمصفوفة السيتوبلازمية.

يحدد الخصائص الغروانية للخلية. جنبا إلى جنب مع الأغشية داخل الخلايا للنظام الفراغي ، يمكن اعتباره نظامًا غروانيًا غير متجانس للغاية أو متعدد الأطوار.

يوفر تغييرًا في لزوجة السيتوبلازم ، والانتقال من مادة هلامية (أكثر سمكًا) إلى محلول غرواني (سائل أكثر) ، والذي يحدث تحت تأثير العوامل الخارجية والداخلية.

يوفر داء الحلقات وحركة الأميبات وانقسام الخلايا وحركة الصباغ في الكروماتوفور.

يحدد قطبية موقع المكونات داخل الخلايا.

يوفر الخصائص الميكانيكية للخلايا - المرونة والقدرة على الاندماج والصلابة.

العضيات- الهياكل الخلوية الدائمة التي تضمن أداء الخلية لوظائف محددة. اعتمادًا على ميزات الهيكل ، هناك:

العضيات الغشائية - لها بنية غشائية. يمكن أن تكون أحادية الغشاء (ER ، جهاز Golgi ، الجسيمات الحالة ، فجوات الخلايا النباتية). غشاء مزدوج (ميتوكوندريا ، بلاستيدات ، نواة).

العضيات غير الغشائية - ليس لها بنية غشائية (الكروموسومات ، الريبوسومات ، مركز الخلية ، الهيكل الخلوي).

عضيات الأغراض العامة - مميزة لجميع الخلايا: النواة ، الميتوكوندريا ، مركز الخلية ، جهاز جولجي ، الريبوسومات ، ER ، الجسيمات الحالة. إذا كانت العضيات مميزة لأنواع معينة من الخلايا ، فإنها تسمى عضيات خاصة (على سبيل المثال ، اللييفات العضلية التي تنقبض ألياف عضلية).

الشبكة الأندوبلازمية- هيكل واحد مستمر ، يشكل غشاءه العديد من الانغماسات والطيات التي تشبه الأنابيب الدقيقة والحويصلات الدقيقة والصهاريج الكبيرة. ترتبط أغشية EPS ، من ناحية ، بالغشاء الخلوي السيتوبلازمي ، ومن ناحية أخرى ، مع الغلاف الخارجي للغشاء النووي.

هناك نوعان من EPS - خشن وسلس.

في ER الخام أو الحبيبي ، ترتبط الصهاريج والأنابيب بالريبوسومات. هو الجانب الخارجي من الغشاء ، ولا يوجد اتصال مع الريبوسومات في EPS أملس أو حبيبي. هذا هو الجزء الداخلي من الغشاء.

غشاء الخلية (غشاء البلازما) عبارة عن غشاء رقيق شبه نافذ يحيط بالخلايا.

وظيفة ودور غشاء الخلية

وتتمثل وظيفتها في حماية سلامة الداخل من خلال السماح بدخول بعض المواد الأساسية إلى الخلية ومنع الآخرين من الدخول.

كما أنه يعمل كأساس للارتباط ببعض الكائنات الحية وغيرها. وبالتالي ، يوفر غشاء البلازما أيضًا شكل الخلية. وظيفة أخرى للغشاء هي تنظيم نمو الخلايا من خلال التوازن و.

في حالة الالتقام الخلوي ، تتم إزالة الدهون والبروتينات من غشاء الخلية حيث يتم امتصاص المواد. في عملية الإخراج الخلوي ، تندمج الحويصلات التي تحتوي على الدهون والبروتينات مع غشاء الخلية ، مما يزيد من حجم الخلية. والخلايا الفطرية لها أغشية بلازما. الداخلية ، على سبيل المثال ، محاطة أيضًا بأغشية واقية.

هيكل غشاء الخلية

يتكون غشاء البلازما بشكل أساسي من مزيج من البروتينات والدهون. اعتمادًا على موقع ودور الغشاء في الجسم ، يمكن أن تشكل الدهون ما بين 20 إلى 80 في المائة من الغشاء ، والباقي عبارة عن بروتينات. بينما تساعد الدهون في جعل الغشاء مرنًا ، تتحكم البروتينات في كيمياء الخلية وتحافظ عليها وتساعد في نقل الجزيئات عبر الغشاء.

الدهون الغشائية

الفسفوليبيدات هي المكون الرئيسي لأغشية البلازما. إنها تشكل طبقة ثنائية للدهون حيث تنتظم مناطق "الرأس" المحبة للماء (المنجذبة للماء) تلقائيًا لمقاومة العصارة الخلوية المائية والسائل خارج الخلية ، بينما تتجه مناطق "الذيل" الكارهة للماء (طارد الماء) بعيدًا عن العصارة الخلوية والسائل خارج الخلية. طبقة الدهون الثنائية شبه منفذة ، مما يسمح فقط لبعض الجزيئات بالانتشار عبر الغشاء.

الكوليسترول هو عنصر دهني آخر في أغشية الخلايا الحيوانية. تنتشر جزيئات الكوليسترول بشكل انتقائي بين فوسفوليبيدات الغشاء. هذا يساعد في الحفاظ على أغشية الخلايا جامدة عن طريق منع الفسفوليبيدات من التكتل بإحكام شديد. الكوليسترول غائب في أغشية الخلايا النباتية.

توجد الجليكوليبيدات على السطح الخارجي لأغشية الخلايا وترتبط بها عن طريق سلسلة كربوهيدرات. إنها تساعد الخلية على التعرف على الخلايا الأخرى في الجسم.

بروتينات الغشاء

يحتوي غشاء الخلية على نوعين من البروتينات المرتبطة. بروتينات الغشاء المحيطي خارجية وترتبط بها من خلال التفاعل مع البروتينات الأخرى. يتم إدخال بروتينات الغشاء المتكامل في الغشاء ويمر معظمها من خلاله. توجد أجزاء من بروتينات الغشاء هذه على جانبيها.

بروتينات غشاء البلازما لها عدد من الوظائف المختلفة. توفر البروتينات الهيكلية الدعم والشكل للخلايا. تساعد بروتينات مستقبلات الغشاء الخلايا على التواصل مع بيئتها الخارجية من خلال استخدام الهرمونات والناقلات العصبية وجزيئات الإشارات الأخرى. تحمل بروتينات النقل ، مثل البروتينات الكروية ، الجزيئات عبر أغشية الخلايا عن طريق الانتشار الميسر. البروتينات السكرية لها سلسلة كربوهيدرات مرتبطة بها. يتم تضمينها في غشاء الخلية ، مما يساعد في تبادل ونقل الجزيئات.

أغشية عضية

بعض عضيات الخلية محاطة أيضًا بأغشية واقية. نواة،

غشاء بلازمي , أو البلازما ،- الغشاء الأكثر ديمومة والأساسية والشامل لجميع الخلايا. إنه أنحف فيلم (حوالي 10 نانومتر) يغطي الخلية بأكملها. تتكون البلازما من جزيئات البروتينات والفوسفوليبيدات (الشكل 1.6).

يتم ترتيب جزيئات الفسفوليبيد في صفين - نهايات مسعورة إلى الداخل ، ورؤوس محبة للماء إلى البيئة المائية الداخلية والخارجية. في بعض الأماكن ، تتخلل الطبقة الثنائية (الطبقة المزدوجة) من الفوسفوليبيد جزيئات البروتين (بروتينات متكاملة). توجد داخل جزيئات البروتين هذه قنوات - مسام تمر من خلالها المواد القابلة للذوبان في الماء. تتخلل جزيئات البروتين الأخرى نصف طبقة ثنائية الدهون من جانب واحد أو آخر (بروتينات شبه متكاملة). على سطح أغشية الخلايا حقيقية النواة توجد بروتينات محيطية. ترتبط جزيئات البروتين والدهون ببعضها البعض عن طريق التفاعلات المحبة للماء.

خصائص ووظائف الأغشية.جميع أغشية الخلايا عبارة عن هياكل سائلة متحركة ، حيث لا ترتبط جزيئات الدهون والبروتينات بالروابط التساهمية ويمكنها التحرك بسرعة كبيرة في مستوى الغشاء. نتيجة لذلك ، يمكن للأغشية تغيير تكوينها ، أي أن لديها سيولة.

الأغشية هي هياكل ديناميكية للغاية. تتعافى بسرعة من التلف ، كما أنها تتمدد وتتقلص مع الحركات الخلوية.

تختلف أغشية أنواع الخلايا المختلفة اختلافًا كبيرًا في التركيب الكيميائي والمحتوى النسبي للبروتينات والبروتينات السكرية والدهون فيها ، وبالتالي في طبيعة المستقبلات الموجودة فيها. لذلك يتميز كل نوع من أنواع الخلايا بالشخصية الفردية التي يتم تحديدها بشكل أساسي البروتينات السكرية.تشارك البروتينات السكرية المتفرعة السلسلة التي تبرز من غشاء الخلية التعرف على العواملالبيئة الخارجية ، وكذلك في الاعتراف المتبادل بالخلايا ذات الصلة. على سبيل المثال ، تتعرف البويضة وخلية الحيوانات المنوية على بعضهما البعض عن طريق البروتينات السكرية الموجودة على سطح الخلية والتي تتلاءم معًا كعناصر منفصلة من بنية كاملة. هذا الاعتراف المتبادل هو مرحلة ضرورية تسبق الإخصاب.

لوحظ ظاهرة مماثلة في عملية تمايز الأنسجة. في هذه الحالة ، الخلايا المتشابهة في الهيكل بمساعدة التعرف على أقسام من البلازما توجه نفسها بشكل صحيح بالنسبة لبعضها البعض ، وبالتالي ضمان التصاقها وتكوين الأنسجة. المرتبطة بالاعتراف تنظيم النقلالجزيئات والأيونات عبر الغشاء ، بالإضافة إلى الاستجابة المناعية التي تلعب فيها البروتينات السكرية دور المستضدات. وبالتالي يمكن أن تعمل السكريات كجزيئات إعلامية (على غرار البروتينات والأحماض النووية). تحتوي الأغشية أيضًا على مستقبلات محددة وناقلات الإلكترون ومحولات الطاقة والبروتينات الإنزيمية. تشارك البروتينات في ضمان نقل جزيئات معينة داخل الخلية أو خارجها ، أو إجراء الاتصال الهيكلي للهيكل الخلوي بأغشية الخلية ، أو تعمل كمستقبلات لتلقي وتحويل الإشارات الكيميائية من البيئة.

أهم خصائص الغشاء هي أيضًا النفاذية الاختيارية.هذا يعني أن الجزيئات والأيونات تمر عبره بسرعات مختلفة ، وكلما زاد حجم الجزيئات ، كان مرورها أبطأ عبر الغشاء. تحدد هذه الخاصية غشاء البلازما حاجز تناضحي.يتمتع الماء والغازات المذابة فيه بأقصى قوة اختراق ؛ تمر الأيونات عبر الغشاء ببطء أكبر. يسمى انتشار الماء عبر الغشاء التنافذ.

توجد عدة آليات لنقل المواد عبر الغشاء.

انتشار- تغلغل المواد عبر الغشاء على طول تدرج التركيز (من المنطقة التي يكون تركيزها فيها أعلى إلى المنطقة التي يكون تركيزها فيها أقل). يتم نقل المواد المنتشر (الماء ، الأيونات) بمشاركة بروتينات الغشاء ، التي لها مسام جزيئية ، أو بمشاركة مرحلة الدهون (للمواد القابلة للذوبان في الدهون).

مع انتشار سهلترتبط بروتينات حاملة غشاء خاصة بشكل انتقائي بأيون أو جزيء أو آخر وتحملها عبر الغشاء على طول تدرج تركيز.

النقل النشطيرتبط بتكاليف الطاقة ويعمل على نقل المواد مقابل تدرج تركيزها. هويتم تنفيذه بواسطة بروتينات حاملة خاصة ، والتي تشكل ما يسمى بـ مضخات الأيونات.أكثر ما تمت دراسته هو مضخة Na / K في الخلايا الحيوانية ، حيث تضخ أيونات Na + بشكل نشط ، بينما تمتص أيونات K. نتيجة لهذا ، يتم الحفاظ على تركيز كبير من K - و Na + أقل مقارنة بالبيئة في الخلية. تستهلك هذه العملية طاقة ATP.

نتيجة للنقل النشط بمساعدة مضخة غشاء ، يتم أيضًا تنظيم تركيز Mg 2 و Ca 2+ في الخلية.

في عملية النقل النشط للأيونات إلى الخلية ، تخترق السكريات المختلفة والنيوكليوتيدات والأحماض الأمينية عبر الغشاء السيتوبلازمي.

لا تمر الجزيئات الكبيرة من البروتينات والأحماض النووية والسكريات المتعددة ومجمعات البروتين الدهني وما إلى ذلك عبر أغشية الخلايا ، على عكس الأيونات والمونومرات. يحدث نقل الجزيئات الكبيرة ومجمعاتها وجزيئاتها إلى الخلية بطريقة مختلفة تمامًا - من خلال الالتقام الخلوي. في الالتقام (إندو ...- داخل) يلتقط قسم معين من غشاء البلازما المادة خارج الخلية ، كما هو الحال ، ويغلفها في فجوة غشائية نشأت نتيجة انغماس الغشاء. بعد ذلك ، يتم توصيل هذه الفجوة بجسيم حلزوني ، حيث تقوم إنزيماته بتكسير الجزيئات الكبيرة إلى مونومرات.

عملية الالتقام العكسي هي خروج الخلايا (exo ...- الخارج). بفضله ، تزيل الخلية المنتجات داخل الخلايا أو البقايا غير المهضومة المحاطة بالفجوات أو pu-

فقاعات. تقترب الحويصلة من الغشاء السيتوبلازمي وتندمج معه وتطلق محتوياتها في البيئة. كيف تفرز إنزيمات الجهاز الهضمي والهرمونات والهيميسليلوز وما إلى ذلك.

وهكذا ، فإن الأغشية البيولوجية ، بصفتها العناصر الهيكلية الرئيسية للخلية ، لا تعمل فقط كحدود فيزيائية ، بل كسطح وظيفي ديناميكي. على أغشية العضيات ، يتم تنفيذ العديد من العمليات الكيميائية الحيوية ، مثل الامتصاص النشط للمواد ، وتحويل الطاقة ، وتوليف ATP ، إلخ.

وظائف الأغشية البيولوجيةما يلي:

يحددون محتويات الخلية من البيئة الخارجية ومحتويات العضيات من السيتوبلازم.

أنها توفر نقل المواد داخل وخارج الخلية ، من السيتوبلازم إلى العضيات والعكس بالعكس.

تلعب دور المستقبلات (استقبال وتحويل الإشارات من البيئة ، والتعرف على مواد الخلية ، وما إلى ذلك).

إنها محفزات (توفر عمليات كيميائية غشائية).

المشاركة في تحويل الطاقة.

غشاء الخلية

صورة غشاء الخلية. تتوافق الكرات الصغيرة الزرقاء والبيضاء مع "رؤوس" الفوسفوليبيدات الكارهة للماء ، وتتوافق الخطوط المرتبطة بها مع "ذيول" المحبة للماء. يوضح الشكل البروتينات الغشائية المتكاملة فقط (الكريات الحمراء واللوالب الصفراء). نقاط بيضاوية صفراء داخل الغشاء - جزيئات الكوليسترول سلاسل خرز صفراء وخضراء على السطح الخارجي للغشاء - سلاسل قليلة السكاريد التي تشكل غليكوكلوكس

يشتمل الغشاء البيولوجي أيضًا على بروتينات مختلفة: متكامل (يخترق الغشاء) ، شبه متكامل (مغمور في أحد طرفيه في الطبقة الخارجية أو الداخلية للدهون) ، السطح (الموجود في الخارج أو المجاور للجوانب الداخلية للغشاء). بعض البروتينات هي نقاط التلامس بين غشاء الخلية والهيكل الخلوي داخل الخلية وجدار الخلية (إن وجد) بالخارج. تعمل بعض البروتينات المتكاملة كقنوات أيونية وناقلات ومستقبلات مختلفة.

المهام

• الحاجز - يوفر التمثيل الغذائي المنظم والانتقائي والسلبي والنشط مع البيئة. على سبيل المثال ، يحمي غشاء البيروكسيسوم السيتوبلازم من البيروكسيدات الخطرة على الخلية. تعني النفاذية الانتقائية أن نفاذية الغشاء إلى ذرات أو جزيئات مختلفة تعتمد على حجمها وشحنتها الكهربائية وخصائصها الكيميائية. تضمن النفاذية الانتقائية فصل الأجزاء الخلوية والخلوية عن البيئة وتزويدها بالمواد الضرورية.
• النقل - يتم نقل المواد من خلال الغشاء إلى الخلية وخارجها. يوفر النقل عبر الأغشية: توصيل العناصر الغذائية ، وإزالة المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي ، وإفراز مواد مختلفة ، وإنشاء التدرجات الأيونية ، والحفاظ على التركيز الأمثل للأيونات في الخلية ، والتي تعتبر ضرورية لعمل الانزيمات الخلوية.
  الجسيمات التي لا تستطيع ، لسبب ما ، عبور طبقة ثنائية الفوسفوليبيد (على سبيل المثال ، بسبب الخصائص المحبة للماء ، نظرًا لأن الغشاء كاره للماء من الداخل ولا يسمح بمرور المواد المحبة للماء ، أو بسبب حجمها الكبير) ، ولكنها ضرورية للخلية ، يمكن أن تخترق الغشاء من خلال بروتينات حاملة خاصة (ناقلات) وبروتينات قناة أو عن طريق الالتقام الخلوي.
  في النقل السلبي ، تعبر المواد طبقة ثنائية الدهون دون إنفاق الطاقة على طول تدرج التركيز عن طريق الانتشار. أحد أشكال هذه الآلية هو الانتشار الميسر ، حيث يساعد جزيء معين مادة ما على المرور عبر الغشاء. قد يحتوي هذا الجزيء على قناة تسمح فقط بنوع واحد من المواد بالمرور.
  يتطلب النقل النشط طاقة ، لأنها تحدث مقابل تدرج تركيز. توجد بروتينات مضخة خاصة على الغشاء ، بما في ذلك ATPase ، والتي تضخ بنشاط أيونات البوتاسيوم (K +) في الخلية وتضخ أيونات الصوديوم (Na +) خارجها.
• المصفوفة - توفر موقعًا نسبيًا واتجاهًا معينًا لبروتينات الغشاء ، وتفاعلها الأمثل.
• ميكانيكي - يضمن استقلالية الخلية وتركيباتها داخل الخلايا ، وكذلك الاتصال بالخلايا الأخرى (في الأنسجة). تلعب جدران الخلايا دورًا مهمًا في توفير الوظيفة الميكانيكية ، وفي الحيوانات - مادة بين الخلايا.
• الطاقة - أثناء عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء والتنفس الخلوي في الميتوكوندريا ، تعمل أنظمة نقل الطاقة في أغشيتها ، والتي تشارك فيها البروتينات أيضًا ؛
• مستقبلات - بعض البروتينات الموجودة في الغشاء هي مستقبلات (جزيئات تستقبل بها الخلية إشارات معينة).
  على سبيل المثال ، تعمل الهرمونات المنتشرة في الدم فقط على الخلايا المستهدفة التي لها مستقبلات مقابلة لهذه الهرمونات. ترتبط الناقلات العصبية (المواد الكيميائية التي تنقل النبضات العصبية) أيضًا ببروتينات مستقبلات معينة على الخلايا المستهدفة.
• الأنزيمية - البروتينات الغشائية غالبًا ما تكون إنزيمات. على سبيل المثال ، تحتوي أغشية البلازما للخلايا الظهارية المعوية على إنزيمات هضمية.
• تنفيذ توليد وتوصيل القدرات الحيوية.
  بمساعدة الغشاء ، يتم الحفاظ على تركيز ثابت للأيونات في الخلية: تركيز أيون K + داخل الخلية أعلى بكثير من تركيزه في الخارج ، وتركيز Na أقل بكثير ، وهو أمر مهم للغاية ، لأن هذا يحافظ على فرق الجهد عبر الغشاء ويولد نبضة عصبية.
• وسم الخلية - توجد مستضدات على الغشاء تعمل كواسمات - "ملصقات" تسمح بتحديد الخلية. هذه هي البروتينات السكرية (أي البروتينات ذات السلاسل الجانبية قليلة السكاريد المتفرعة المرتبطة بها) التي تلعب دور "الهوائيات". نظرًا لعدد لا يحصى من تكوينات السلسلة الجانبية ، فمن الممكن عمل علامة محددة لكل نوع خلية. بمساعدة الواسمات ، يمكن للخلايا التعرف على الخلايا الأخرى والعمل بالتنسيق معها ، على سبيل المثال ، عند تكوين الأعضاء والأنسجة. كما يسمح للجهاز المناعي بالتعرف على المستضدات الأجنبية.

هيكل وتكوين الأغشية الحيوية

تتكون الأغشية من ثلاث فئات من الدهون: الفوسفوليبيدات ، الجليكوليبيدات ، والكوليسترول. تتكون الفسفوليبيدات والجليكوليبيدات (دهون مع كربوهيدرات مرتبطة بها) من "ذيول" هيدروكربونية طويلة مسعورة مرتبطة "برأس" محبة للماء. يعمل الكوليسترول على تقوية الغشاء عن طريق احتلال المساحة الخالية بين ذيول الدهون الكارهة للماء ومنعها من الانحناء. لذلك ، فإن الأغشية التي تحتوي على نسبة منخفضة من الكوليسترول تكون أكثر مرونة ، في حين أن الأغشية التي تحتوي على نسبة عالية من الكوليسترول تكون أكثر صلابة وهشاشة. يعمل الكوليسترول أيضًا بمثابة "سدادة" تمنع حركة الجزيئات القطبية من وإلى الخلية. يتكون جزء مهم من الغشاء من بروتينات تخترقه ومسؤولة عن الخصائص المختلفة للأغشية. يختلف تكوينها واتجاهها في أغشية مختلفة.

غالبًا ما تكون أغشية الخلايا غير متماثلة ، أي أن الطبقات تختلف في تكوين الدهون ، وانتقال جزيء فردي من طبقة إلى أخرى (ما يسمى نعال الشاطئ) صعب.

عضيات الغشاء

هذه هي أقسام مفردة أو مترابطة من السيتوبلازم ، مفصولة عن الهيالوبلازم بواسطة الأغشية. تشمل العضيات أحادية الغشاء الشبكة الإندوبلازمية ، وجهاز جولجي ، والجسيمات الحالة ، والفجوات ، والبيروكسيسومات ؛ إلى غشاءين - النواة ، الميتوكوندريا ، البلاستيدات. يختلف هيكل أغشية العضيات المختلفة في تكوين الدهون وبروتينات الغشاء.

النفاذية الاختيارية

تتمتع أغشية الخلايا بنفاذية انتقائية: الجلوكوز والأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والجليسرول والأيونات تنتشر ببطء من خلالها ، وتنظم الأغشية نفسها هذه العملية بنشاط إلى حد معين - تمر بعض المواد من خلالها بينما لا يمر البعض الآخر. هناك أربع آليات رئيسية لدخول المواد إلى الخلية أو إزالتها من الخلية إلى الخارج: الانتشار ، والتناضح ، والنقل النشط ، والخروج أو الالتقام الخلوي. العمليتان الأوليان غير فاعليتين بطبيعتهما ، أي أنهما لا يحتاجان إلى طاقة ؛ الأخيرتان هما عمليتان نشطتان مرتبطة باستهلاك الطاقة.

ترجع النفاذية الانتقائية للغشاء أثناء النقل السلبي إلى قنوات خاصة - بروتينات متكاملة. تخترق الغشاء من خلاله وتشكل نوعًا من الممر. العناصر K و Na و Cl لها قنواتها الخاصة. فيما يتعلق بتدرج التركيز ، تتحرك جزيئات هذه العناصر داخل وخارج الخلية. عندما تتهيج ، تنفتح قنوات أيون الصوديوم ، ويحدث تدفق حاد لأيونات الصوديوم إلى الخلية. ينتج عن هذا عدم توازن في إمكانات الغشاء. بعد ذلك ، تتم استعادة إمكانات الغشاء. تكون قنوات البوتاسيوم مفتوحة دائمًا ، ومن خلالها تدخل أيونات البوتاسيوم الخلية ببطء.

أنظر أيضا

المؤلفات

• أنتونوف ف. ، سميرنوفا إي ن. ، شيفتشينكو إي في.الأغشية الدهنية أثناء التحولات الطورية. - م: نوكا ، 1994.
• جينيس ر.الأغشية الحيوية. التركيب والوظائف الجزيئية: الترجمة من اللغة الإنجليزية. = الأغشية الحيوية. التركيب الجزيئي والوظيفة (بواسطة روبرت ب. جينيس). - الطبعة الأولى. - م: مير ، 1997. - ISBN 5-03-002419-0
• إيفانوف ف.ج. ، بيرستوفسكي ت. ن.طبقة ثنائية الدهون من الأغشية البيولوجية. - م: نوكا ، 1982.
• روبن أ.الفيزياء الحيوية ، كتاب مدرسي في مجلدين. - الطبعة الثالثة منقحة وموسعة. - م: مطبعة جامعة موسكو ، 2004. -

غشاء الخلية.

يفصل غشاء الخلية محتويات أي خلية عن البيئة الخارجية ، مما يضمن سلامتها ؛ ينظم التبادل بين الخلية والبيئة ؛ تقسم الأغشية داخل الخلايا الخلية إلى مقصورات مغلقة متخصصة - مقصورات أو عضيات ، يتم فيها الحفاظ على ظروف بيئية معينة.

بنية.

غشاء الخلية عبارة عن طبقة مزدوجة (ثنائية الطبقة) من جزيئات فئة الدهون (الدهون) ، ومعظمها يسمى الدهون المعقدة - الفوسفوليبيدات. تحتوي جزيئات الدهون على جزء محب للماء ("رأس") وجزء كاره للماء ("ذيل"). أثناء تكوين الأغشية ، تتحول الأجزاء الكارهة للماء من الجزيئات إلى الداخل ، بينما تتحول الأجزاء المحبة للماء إلى الخارج. الأغشية هي هياكل متشابهة جدا في الكائنات الحية المختلفة. سمك الغشاء 7-8 نانومتر. (10-9 أمتار)

محبة الماء- قدرة المادة على التبليل بالماء.
كره الماء- عدم قدرة المادة على التبليل بالماء.

يشمل الغشاء البيولوجي أيضًا بروتينات مختلفة:
- لا يتجزأ (اختراق الغشاء من خلال)
- شبه متكامل (مغمور في أحد طرفيه في الطبقة الدهنية الخارجية أو الداخلية)
- سطحي (موجود على السطح الخارجي أو المجاور للجوانب الداخلية للغشاء).
بعض البروتينات هي نقاط التلامس بين غشاء الخلية والهيكل الخلوي داخل الخلية وجدار الخلية (إن وجد) بالخارج.

الهيكل الخلوي- سقالة الخلية داخل الزنزانة.

المهام.

1) الحاجز- يوفر التمثيل الغذائي المنظم والانتقائي والسلبي والنشط مع البيئة.

2) النقل- من خلال الغشاء ، يتم نقل المواد داخل وخارج الخلية.المصفوفة - توفر موقعًا نسبيًا واتجاه بروتينات الغشاء ، وتفاعلها الأمثل.

3) ميكانيكي- يضمن استقلالية الخلية وتركيباتها داخل الخلايا وكذلك الاتصال بالخلايا الأخرى (في الأنسجة) وتلعب المادة بين الخلايا دورًا كبيرًا في ضمان الوظيفة الميكانيكية.

4) مستقبلات- بعض البروتينات في الغشاء عبارة عن مستقبلات (جزيئات تستقبل الخلية بواسطتها إشارات معينة).

على سبيل المثال ، تعمل الهرمونات المنتشرة في الدم فقط على الخلايا المستهدفة التي لها مستقبلات مقابلة لتلك الهرمونات. ترتبط الناقلات العصبية (المواد الكيميائية التي تنقل النبضات العصبية) أيضًا ببروتينات مستقبلات معينة على الخلايا المستهدفة.

الهرمونات- المواد الكيميائية إشارات نشطة بيولوجيا.

5) أنزيميةغالبًا ما تكون بروتينات الغشاء إنزيمات. على سبيل المثال ، تحتوي أغشية البلازما للخلايا الظهارية المعوية على إنزيمات هضمية.

6) تنفيذ توليد وتوصيل القدرات الحيوية.
بمساعدة الغشاء ، يتم الحفاظ على تركيز ثابت للأيونات في الخلية: تركيز أيون K + داخل الخلية أعلى بكثير من تركيزه في الخارج ، وتركيز Na أقل بكثير ، وهو أمر مهم للغاية ، لأن هذا يحافظ على فرق الجهد عبر الغشاء ويولد نبضة عصبية.

نبض العصب – موجة من الإثارة تنتقل عبر الألياف العصبية.

7) وسم الخلية- توجد مستضدات على الغشاء تعمل كعلامات - "ملصقات" تسمح لك بتحديد الخلية. هذه هي البروتينات السكرية (أي البروتينات ذات السلاسل الجانبية قليلة السكاريد المتفرعة المرتبطة بها) التي تلعب دور "الهوائيات". نظرًا لعدد لا يحصى من تكوينات السلسلة الجانبية ، فمن الممكن عمل علامة محددة لكل نوع خلية. بمساعدة الواسمات ، يمكن للخلايا التعرف على الخلايا الأخرى والعمل بالتنسيق معها ، على سبيل المثال ، عند تكوين الأعضاء والأنسجة. كما يسمح للجهاز المناعي بالتعرف على المستضدات الأجنبية.

ميزات النفاذية.

تتمتع أغشية الخلايا بنفاذية انتقائية: فهي تخترقها ببطء بطرق مختلفة:

• الجلوكوز هو المصدر الرئيسي للطاقة.
• الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية التي تتكون منها جميع البروتينات في الجسم.
• الأحماض الدهنية - الوظائف الهيكلية والطاقة وغيرها.
• الجلسرين - يجعل الجسم يحتفظ بالماء ويقلل من إنتاج البول.
• الأيونات هي إنزيمات للتفاعلات.

علاوة على ذلك ، فإن الأغشية نفسها تنظم هذه العملية بفاعلية إلى حد ما - فبعض المواد تمر عبرها بينما لا تمر مواد أخرى. توجد أربع آليات رئيسية لدخول المواد إلى الخلية أو إزالتها من الخلية إلى الخارج:

آليات النفاذية السلبية:

1) الانتشار.

أحد أشكال هذه الآلية هو الانتشار الميسر ، حيث يساعد جزيء معين مادة ما على المرور عبر الغشاء. قد يحتوي هذا الجزيء على قناة تسمح فقط بنوع واحد من المواد بالمرور.

انتشار-عملية الاختراق المتبادل لجزيئات مادة واحدة بين جزيئات مادة أخرى.

التنافذ– عملية الانتشار في اتجاه واحد من خلال غشاء نصف نافذ من جزيئات المذيب نحو تركيز أعلى من المذاب.

يكون الغشاء المحيط بخلية الدم الطبيعية منفذًا فقط لجزيئات الماء والأكسجين وبعض العناصر الغذائية المذابة في الدم ومنتجات الفضلات الخلوية.

آليات النفاذية النشطة:

1) النقل النشط.

النقل النشط– نقل مادة من منطقة منخفضة التركيز إلى منطقة عالية التركيز.

يتطلب النقل النشط طاقة ، حيث ينتقل من منطقة منخفضة التركيز إلى منطقة عالية التركيز. توجد بروتينات خاصة بالمضخة على الغشاء تضخ بنشاط أيونات البوتاسيوم (K +) في الخلية وتضخ أيونات الصوديوم (Na +) منها ، ويعمل ATP كطاقة.

ATP– مصدر عالمي للطاقة لجميع العمليات البيوكيميائية. .(أكثر في وقت لاحق)

2) الالتقام.

يمكن للجسيمات التي لا تستطيع لسبب ما عبور غشاء الخلية ، ولكنها ضرورية للخلية ، أن تخترق الغشاء عن طريق الالتقام الخلوي.

الالتقام– عملية امتصاص الخلية للمواد الخارجية.

ترجع النفاذية الانتقائية للغشاء أثناء النقل السلبي إلى قنوات خاصة - بروتينات متكاملة. تخترق الغشاء من خلاله وتشكل نوعًا من الممر. العناصر K و Na و Cl لها قنواتها الخاصة. فيما يتعلق بتدرج التركيز ، تتحرك جزيئات هذه العناصر داخل وخارج الخلية. عندما تتهيج ، تنفتح قنوات أيون الصوديوم ، ويحدث تدفق حاد لأيونات الصوديوم إلى الخلية. ينتج عن هذا عدم توازن في إمكانات الغشاء. بعد ذلك ، تتم استعادة إمكانات الغشاء. تكون قنوات البوتاسيوم مفتوحة دائمًا ، والتي من خلالها تدخل أيونات البوتاسيوم الخلية ببطء.

هيكل الغشاء

نفاذية

النقل النشط

التنافذ

الالتقام