دور الغشاء هيكل الخلية

بواسطة الميزات الوظيفيةيمكن تقسيم غشاء الخلية إلى 9 وظائف يؤديها.
المهام غشاء الخلية:
1. النقل. ينتج نقل المواد من خلية إلى أخرى ؛
2. الحاجز. لديها نفاذية انتقائية ، وتوفر الأيض اللازم ؛
3. مستقبلات. بعض البروتينات الموجودة في الغشاء هي مستقبلات.
4. ميكانيكي. يضمن استقلالية الخلية وهياكلها الميكانيكية ؛
5. مصفوفة. يوفر التفاعل والتوجيه الأمثل لبروتينات المصفوفة ؛
6. الطاقة. في الأغشية ، تعمل أنظمة نقل الطاقة أثناء التنفس الخلوي في الميتوكوندريا.
7. الأنزيمية. بروتينات الغشاء هي في بعض الأحيان إنزيمات. على سبيل المثال ، أغشية الخلايا المعوية ؛
8. الوسم. توجد مستضدات (بروتينات سكرية) على الغشاء تجعل من الممكن التعرف على الخلية ؛
9. توليد. يقوم بتوليد وتوصيل القدرات الحيوية.

يمكنك أن ترى كيف يبدو غشاء الخلية باستخدام مثال بنية خلية حيوانية أو خلية نباتية.

ونبسب

يوضح الشكل هيكل غشاء الخلية.
تشتمل مكونات غشاء الخلية على بروتينات مختلفة من غشاء الخلية (كروي ، محيطي ، سطح) ، وكذلك دهون غشاء الخلية (شحميات سكرية ، فسفوليبيد). الكربوهيدرات والكوليسترول والبروتين السكري والبروتين ألفا الحلزون موجودة أيضًا في بنية غشاء الخلية.

تكوين غشاء الخلية

المكونات الرئيسية لغشاء الخلية هي:
1. البروتينات - المسؤولة عن الخصائص المختلفة للغشاء.
2. الدهون ثلاثة أنواع(الفسفوليبيدات ، الجليكوليبيدات والكوليسترول) المسؤولة عن صلابة الأغشية.
بروتينات غشاء الخلية:
1. بروتين كروي.
2. البروتين السطحي.
3. البروتين المحيطي.

الغرض الرئيسي من غشاء الخلية

الغرض الرئيسي من غشاء الخلية:
1. تنظيم التبادل بين الخلية والبيئة.
2. افصل محتويات أي خلية عن بيئة خارجيةوبالتالي ضمان سلامتها ؛
3. تقسم الأغشية داخل الخلايا الخلية إلى مقصورات مغلقة متخصصة - عضيات أو مقصورات ، حيث يتم الحفاظ على ظروف بيئية معينة.

هيكل غشاء الخلية

هيكل غشاء الخلية عبارة عن محلول ثنائي الأبعاد من بروتينات كروية متكاملة مذابة في مصفوفة فسفوليبيد سائلة. تم اقتراح هذا النموذج من بنية الغشاء من قبل اثنين من العلماء نيكولسون وسينجر في عام 1972. وبالتالي ، فإن أساس الأغشية هو طبقة دهنية ثنائية الجزيئية ، مع ترتيب منظم للجزيئات ، والتي يمكنك رؤيتها.

خلية- هذا ليس فقط سائلًا وإنزيمات ومواد أخرى ، ولكنه أيضًا هياكل عالية التنظيم تسمى العضيات داخل الخلايا. العضيات للخلية لا تقل أهمية عن مكوناتها الكيميائية. لذلك ، في حالة عدم وجود عضيات مثل الميتوكوندريا ، فإن إمدادات الطاقة المستخرجة من العناصر الغذائية ستنخفض على الفور بنسبة 95٪.

يتم تغطية معظم العضيات في الخلية أغشيةتتكون في المقام الأول من الدهون والبروتينات. فرّق بين أغشية الخلايا الشبكة الأندوبلازمية، الميتوكوندريا ، الجسيمات الحالة ، جهاز جولجي.

الدهونغير قابلة للذوبان في الماء ، لذلك فهي تخلق حاجزًا في الخلية يمنع حركة الماء والمواد القابلة للذوبان في الماء من حجرة إلى أخرى. ومع ذلك ، فإن جزيئات البروتين تجعل الغشاء قابلاً للاختراق مواد مختلفةباستخدام الهياكل المتخصصةتسمى المسام. العديد من بروتينات الغشاء الأخرى عبارة عن إنزيمات تحفز العديد من البروتينات تفاعلات كيميائيةوالتي سيتم مناقشتها في الفصول التالية.

غشاء الخلية (أو البلازما)هو هيكل رقيق ومرن ومرن بسمك 7.5-10 نانومتر فقط. يتكون بشكل أساسي من البروتينات والدهون. النسبة التقريبية لمكوناتها كما يلي: البروتينات - 55٪ ، الفوسفوليبيدات - 25٪ ، الكولسترول - 13٪ ، الدهون الأخرى - 4٪ ، الكربوهيدرات - 3٪.

طبقة دهنية من غشاء الخليةيمنع تغلغل الماء. أساس الغشاء هو طبقة ثنائية الدهون - طبقة دهنية رقيقة تتكون من طبقتين أحاديتين وتغطي الخلية بالكامل. في جميع أنحاء الغشاء توجد بروتينات على شكل كريات كبيرة.

تمثيل تخطيطي لغشاء الخلية يعكس عناصره الرئيسية
- طبقة ثنائية الفسفوليبيد و عدد كبير منجزيئات البروتين البارزة فوق سطح الغشاء.
ترتبط سلاسل الكربوهيدرات بالبروتينات الموجودة على السطح الخارجي
ولجزيئات البروتين الإضافية داخل الخلية (لا يظهر هذا في الشكل).

الدهون طبقه ثنائيهيتكون أساسًا من جزيئات الفسفوليبيد. أحد طرفي هذا الجزيء محبة للماء ، أي قابل للذوبان في الماء (توجد مجموعة فوسفات عليه) ، والآخر كاره للماء ، أي قابل للذوبان في الدهون فقط (يحتوي على حمض دهني).

يرجع ذلك إلى حقيقة أن الجزء الكارهة للماء من الجزيء الفوسفوليبيديصد الماء ولكنه ينجذب إلى أجزاء متشابهة من نفس الجزيئات ، مثل الدهون الفوسفورية الملكية الطبيعيةتلتصق ببعضها البعض بسمك الغشاء ، كما هو موضح في الشكل. 2-3. يشكل الجزء المحب للماء مع مجموعة الفوسفات سطحين غشائيين: السطح الخارجي ، الذي يتلامس مع السائل خارج الخلية ، والجزء الداخلي ، الذي يتلامس مع السائل داخل الخلايا.

طبقة دهنية وسطىمنيع للأيونات و محاليل مائيةالجلوكوز واليوريا. المواد التي تذوب في الدهون ، بما في ذلك الأكسجين ، ثاني أكسيد الكربونوالكحول ، على العكس من ذلك ، يخترق بسهولة هذه المنطقة من الغشاء.

الجزيئاتالكوليسترول ، وهو جزء من الغشاء ، هو أيضًا دهون طبيعية ، لأن مجموعة الستيرويد لديها قابلية عالية للذوبان في الدهون. يبدو أن هذه الجزيئات مذابة في طبقة ثنائية الدهون. الغرض الرئيسي منها هو تنظيم نفاذية (أو عدم نفاذية) أغشية مكونات سوائل الجسم القابلة للذوبان في الماء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الكوليسترول هو المنظم الرئيسي لزوجة الغشاء.

بروتينات غشاء الخلية. في الشكل ، تظهر الجسيمات الكروية في الطبقة الدهنية الثنائية - وهي بروتينات غشائية ، معظمها بروتينات سكرية. هناك نوعان من بروتينات الغشاء: (1) متكامل ، يخترق الغشاء من خلاله ؛ (2) طرفي ، يبرز فقط فوق سطح واحد دون أن يصل إلى الآخر.

العديد من البروتينات المتكاملةتشكل قنوات (أو مسام) يمكن من خلالها أن تنتشر المياه والمواد القابلة للذوبان في الماء ، وخاصة الأيونات ، في السائل داخل وخارج الخلية. بسبب انتقائية القنوات ، تنتشر بعض المواد بشكل أفضل من غيرها.

بروتينات متكاملة أخرىتعمل كبروتينات حاملة ، وتقوم بنقل المواد التي تكون طبقة الدهون الثنائية غير منفذة لها. تعمل البروتينات الحاملة أحيانًا في الاتجاه المعاكس للانتشار ، ويسمى هذا النقل بالنشط. بعض البروتينات المتكاملة هي إنزيمات.

بروتينات الغشاء المتكامليمكن أن تعمل أيضًا كمستقبلات للمواد القابلة للذوبان في الماء ، بما في ذلك هرمونات الببتيد ، لأن الغشاء غير منفذ لها. يؤدي تفاعل بروتين المستقبل مع رابط معين إلى تغييرات توافقية في جزيء البروتين ، والذي بدوره يحفز النشاط الإنزيمي للجزء داخل الخلايا من جزيء البروتين أو انتقال الإشارة من المستقبل إلى الخلية باستخدام مرسال ثانٍ. وبالتالي ، فإن البروتينات المدمجة في غشاء الخلية تُشركها في عملية نقل المعلومات حول البيئة الخارجية إلى الخلية.

جزيئات بروتينات الغشاء المحيطيغالبًا ما ترتبط بالبروتينات المتكاملة. معظم البروتينات الطرفية عبارة عن إنزيمات أو تلعب دور المرسل لنقل المواد عبر مسام الأغشية.

خلية- وحدة هيكلية ووظيفية ذاتية التنظيم للأنسجة والأعضاء. تم تطوير النظرية الخلوية لبنية الأعضاء والأنسجة بواسطة شلايدن وشوان في عام 1839. لاحقًا ، بمساعدة المجهر الإلكترونيوالطرد المركزي الفائق ، كان من الممكن توضيح بنية جميع العضيات الرئيسية للخلايا الحيوانية والنباتية (الشكل 1).

أرز. 1. مخطط هيكل خلية الكائنات الحية

الأجزاء الرئيسية للخلية هي السيتوبلازم والنواة. كل خلية محاطة بغشاء رقيق للغاية يحد من محتوياتها.

يسمى غشاء الخلية غشاء بلازميويتميز بنفاذية انتقائية. تسمح هذه الخاصية بالمغذيات الأساسية و العناصر الكيميائيةيدخلون داخل الخلية ويخرج منها فائض من المنتجات. يتكون غشاء البلازما من طبقتين من جزيئات الدهون مع تضمين بروتينات معينة فيه. الدهون الغشائية الرئيسية هي الفسفوليبيدات. أنها تحتوي على الفوسفور ، ورأس قطبي ، واثنين من ذيول الأحماض الدهنية غير القطبية طويلة السلسلة. تشمل الدهون الغشائية الكوليسترول واسترات الكوليسترول. وفقًا لنموذج الفسيفساء المائع للهيكل ، تحتوي الأغشية على شوائب من جزيئات البروتين والدهون التي يمكن أن تمتزج بالنسبة للطبقة الثنائية. لكل نوع من أنواع الأغشية ، أي خلية حيوانيةتتميز بتكوينها الدهني الثابت نسبيًا.

تنقسم بروتينات الغشاء إلى نوعين حسب هيكلها: متكامل وطرفي. يمكن إزالة البروتينات المحيطية من الغشاء دون تدميره. هناك أربعة أنواع من بروتينات الغشاء: بروتينات النقل ، والإنزيمات ، والمستقبلات ، والبروتينات الهيكلية. بعض بروتينات الغشاء لها النشاط الأنزيمي، آخرون ملزمون بعض الموادوتسهيل نقلهم إلى الخلية. توفر البروتينات عدة مسارات لحركة المواد عبر الأغشية: فهي تشكل مسامًا كبيرة تتكون من عدة وحدات بروتينية فرعية تسمح لجزيئات الماء والأيونات بالانتقال بين الخلايا ؛ تشكل قنوات أيونية متخصصة في حركة أنواع معينة من الأيونات عبر الغشاء تحت ظروف معينة. البروتينات الهيكليةيرتبط بطبقة الدهون الداخلية ويوفر الهيكل الخلوي للخلية. يعطي الهيكل الخلوي قوة ميكانيكية لغشاء الخلية. تشكل البروتينات في الأغشية المختلفة 20 إلى 80٪ من الكتلة. يمكن لبروتينات الغشاء أن تتحرك بحرية في المستوى الجانبي.

توجد الكربوهيدرات أيضًا في الغشاء ، والذي يمكن أن يرتبط تساهميًا بالدهون أو البروتينات. هناك ثلاثة أنواع من الكربوهيدرات الغشائية: جليكوليبيدات (غانجليوسيدات) ، بروتينات سكرية وبروتيوغليكان. تم العثور على معظم الدهون الغشائية في الحالة السائلةولديها سيولة معينة ، أي القدرة على الانتقال من منطقة إلى أخرى. على ال الخارجتحتوي الأغشية على مواقع مستقبلات تربط الهرمونات المختلفة. لا يمكن لأقسام محددة أخرى من الغشاء التعرف على بعض البروتينات الغريبة عن هذه الخلايا ومختلف المركبات النشطة بيولوجيًا وربطها بها.

تمتلئ المساحة الداخلية للخلية بالسيتوبلازم ، حيث تحدث معظم تفاعلات الأيض الخلوي المحفزة بالإنزيم. يتكون السيتوبلازم من طبقتين: الطبقة الداخلية تسمى الإندوبلازم ، والطرف الخارجي ، وهي الطبقة الخارجية التي تتميز بلزوجة عالية وخالية من الحبيبات. يحتوي السيتوبلازم على جميع مكونات الخلية أو العضية. أهم عضيات الخلية هي الشبكة الإندوبلازمية ، الريبوسومات ، الميتوكوندريا ، جهاز جولجي ، الجسيمات الحالة ، الألياف الدقيقة والأنابيب الدقيقة ، البيروكسيسومات.

الشبكة الأندوبلازميةهو نظام من القنوات والتجاويف المترابطة التي تخترق السيتوبلازم بأكمله. يوفر نقل المواد من البيئة وداخل الخلايا. تعمل الشبكة الإندوبلازمية أيضًا كمستودع لأيونات Ca 2+ داخل الخلايا وتعمل كموقع رئيسي لتخليق الدهون في الخلية.

الريبوسومات -جزيئات كروية مجهرية يبلغ قطرها 10-25 نانومتر. توجد الريبوسومات بحرية في السيتوبلازم أو متصلة بالسطح الخارجي لأغشية الشبكة الإندوبلازمية والغشاء النووي. يتفاعلون مع الحمض النووي الريبي المعلوماتي ونقلهم ، ويتم تصنيع البروتين فيها. إنهم يصنعون البروتينات التي تدخل الصهاريج أو جهاز جولجي ثم يتم إطلاقها في الخارج. الريبوسومات الحرة في السيتوبلازم تصنع البروتين لتستخدمه الخلية نفسها ، وتنتج الريبوسومات المرتبطة بالشبكة الإندوبلازمية البروتين الذي يفرز من الخلية. يتم تصنيع العديد من البروتينات الوظيفية في الريبوسومات: البروتينات الحاملة والإنزيمات والمستقبلات وبروتينات الهيكل الخلوي.

جهاز جولجييتكون من نظام من الأنابيب والصهاريج والحويصلات. يرتبط بالشبكة الإندوبلازمية ، ويتم استقباله بيولوجيًا هنا المواد الفعالةمخزنة في شكل مضغوط في حويصلات إفرازية. يتم فصل الأخير باستمرار عن جهاز جولجي ، ويتم نقله إلى غشاء الخلية والاندماج معه ، ويتم إزالة المواد الموجودة في الحويصلات من الخلية في عملية طرد الخلايا.

الجسيمات المحللة -جسيمات محاطة بغشاء بحجم 0.25-0.8 ميكرون. أنها تحتوي على العديد من الإنزيمات المشاركة في تكسير البروتينات والسكريات والدهون والأحماض النووية والبكتيريا والخلايا.

بيروكسيسوماتيتكون من شبكة إندوبلازمية ناعمة ، تشبه الجسيمات الحالة وتحتوي على إنزيمات تحفز تحلل بيروكسيد الهيدروجين ، والذي ينقسم تحت تأثير البيروكسيدات والكتلاز.

الميتوكوندرياتحتوي على أغشية خارجية وداخلية وهي "محطة الطاقة" للخلية. الميتوكوندريا عبارة عن هياكل مستديرة أو مستطيلة ذات غشاء مزدوج. يشكل الغشاء الداخلي طيات بارزة في الميتوكوندريا - الكرستاي. يتم تصنيع ATP فيها ، وتتأكسد ركائز دورة كريبس ، ويتم إجراء العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية. تشكلت في الميتوكوندريا جزيئات ATPينتشر في جميع أجزاء الخلية. تحتوي الميتوكوندريا على كمية صغيرة من الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والريبوزومات ، وبمشاركتها ، يتم تجديد وتوليف الميتوكوندريا الجديدة.

الميكروفيلامينهي خيوط بروتينية رفيعة تتكون من الميوسين والأكتين وتشكل الجهاز المنقبض للخلية. تشارك الألياف الدقيقة في تكوين طيات أو نتوءات غشاء الخلية ، وكذلك في حركة الهياكل المختلفة داخل الخلايا.

أنابيب مجهريةتشكل أساس الهيكل الخلوي وتوفر قوتها. يعطي الهيكل الخلوي الخلايا خصائصها مظهر خارجيوالشكل ، بمثابة موقع ارتباط للعضيات داخل الخلايا والأجسام المختلفة. في الخلايا العصبيةتشارك حزم الأنابيب الدقيقة في نقل المواد من جسم الخلية إلى أطراف المحاور. بمشاركتهم ، يتم تنفيذ عمل المغزل الانقسامي أثناء انقسام الخلية. يلعبون دور العناصر الحركية في الزغابات والسوط في حقيقيات النوى.

نواةهو الهيكل الرئيسي للخلية ، ويشارك في نقل السمات الوراثية وفي تخليق البروتينات. النواة محاطة بغشاء نووي يحتوي على الكثير المسام النوويةيتم من خلالها تبادل المواد المختلفة بين النواة والسيتوبلازم. داخلها النواة. تم تحديد الدور الهام للنواة في تخليق الحمض النووي الريبي الريبوسومي وبروتينات الهيستون. تحتوي بقية النواة على كروماتين يتكون من DNA و RNA وعدد من البروتينات المحددة.

وظائف غشاء الخلية

تلعب أغشية الخلايا دورًا مهمًا في تنظيم التمثيل الغذائي داخل الخلايا وبين الخلايا. هم انتقائيون. يتيح هيكلها المحدد توفير وظائف الحاجز والنقل والوظائف التنظيمية.

وظيفة الحاجزيتجلى في الحد من تغلغل المركبات الذائبة في الماء من خلال الغشاء. الغشاء غير منفذ لجزيئات البروتين الكبيرة والأنيونات العضوية.

الوظيفة التنظيميةالغشاء هو تنظيم التمثيل الغذائي داخل الخلايا استجابة للتأثيرات الكيميائية والبيولوجية والميكانيكية. يتم إدراك التأثيرات المختلفة من خلال مستقبلات غشاء خاصة مع تغيير لاحق في نشاط الإنزيمات.

وظيفة النقلمن خلال الأغشية البيولوجية يمكن إجراؤها بشكل سلبي (الانتشار ، والترشيح ، والتناضح) أو بمساعدة النقل النشط.

انتشار -حركة الغاز أو المذاب على طول التركيز والتدرج الكهروكيميائي. يعتمد معدل الانتشار على نفاذية غشاء الخلية ، بالإضافة إلى تدرج التركيز للجسيمات غير المشحونة ، والتدرجات الكهربائية والتركيز للجسيمات المشحونة. انتشار بسيطيحدث من خلال طبقة ثنائية الدهون أو من خلال القنوات. تتحرك الجسيمات المشحونة على طول التدرج الكهروكيميائي ، بينما تتبع الجسيمات غير المشحونة التدرج الكيميائي. على سبيل المثال ، يخترق الأكسجين وهرمونات الستيرويد واليوريا والكحول وما إلى ذلك من خلال طبقة الدهون في الغشاء عن طريق الانتشار البسيط. تتحرك الأيونات والجسيمات المختلفة عبر القنوات. تتكون القنوات الأيونية من البروتينات وتنقسم إلى قنوات مسورة وغير خاضعة للرقابة. اعتمادًا على الانتقائية ، هناك حبال انتقائية للأيونات تسمح بمرور أيون واحد فقط ، وقنوات ليس لها انتقائية. القنوات لها فم وفلتر انتقائي ، والقنوات التي يتم التحكم فيها لها آلية بوابة.

نشر الميسر -عملية يتم فيها نقل المواد عبر غشاء بواسطة بروتينات حاملة غشاء خاصة. بهذه الطريقة ، تدخل الأحماض الأمينية والسكريات الأحادية الخلية. طريقة النقل هذه سريعة جدًا.

التنافذ -حركة الماء عبر الغشاء من محلول ذو ضغط تناضحي منخفض إلى محلول ذو ضغط تناضحي أعلى.

النقل النشط -نقل المواد مقابل تدرج تركيز باستخدام ATPases للنقل (مضخات أيونية). يحدث هذا النقل مع إنفاق الطاقة.

تمت دراسة مضخات Na + / K + - و Ca 2+ - و H + إلى حد كبير. توجد المضخات على أغشية الخلايا.

نوع من النقل النشط هو الالتقامو طرد خلوي.مواد أكبر (بروتينات ، سكريات ، احماض نووية) لا يمكن نقلها عبر القنوات. هذا النقل أكثر شيوعًا في الخلايا الظهارية للأمعاء والنبيبات الكلوية وبطانة الأوعية الدموية.

فيفي حالة الالتقام الخلوي ، تشكل أغشية الخلايا غزوات في الخلية ، والتي تتحول إلى حويصلات عند ربطها ببعضها البعض. أثناء عملية الإخراج الخلوي ، يتم نقل الحويصلات التي تحتوي على محتويات إلى غشاء الخلية وتندمج معها ، ويتم إطلاق محتويات الحويصلات في البيئة خارج الخلية.

هيكل ووظائف غشاء الخلية

لفهم العمليات التي تضمن الوجود الجهد الكهربائيفي الخلايا الحية ، أولاً وقبل كل شيء ، تحتاج إلى فهم بنية غشاء الخلية وخصائصها.

في الوقت الحاضر ، نموذج الفسيفساء السائل للغشاء ، الذي اقترحه S. منها مغمورة في سمك الغشاء ، والمجموعات القطبية المحبة للماء موجهة للخارج ، هؤلاء. في البيئة البيئة المائية(الصورة 2).

يتم توطين بروتينات الغشاء على سطح الغشاء أو يمكن دمجها في أعماق مختلفة في المنطقة الكارهة للماء. تخترق بعض البروتينات الغشاء من خلال وعبر ، وتوجد مجموعات مختلفة من الماء من نفس البروتين على جانبي غشاء الخلية. وجدت البروتينات في غشاء بلازمي، يلعبون دورًا مهمًا للغاية: فهم يشاركون في تكوين القنوات الأيونية ، ويلعبون دور المضخات الغشائية والناقلات مواد مختلفة، ويمكنها أيضًا أداء وظيفة المستقبل.

الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية: الحاجز ، النقل ، التنظيم ، التحفيزي.

تتمثل وظيفة الحاجز في الحد من انتشار المركبات القابلة للذوبان في الماء عبر الغشاء ، وهو أمر ضروري لحماية الخلايا من الأجسام الغريبة ، مواد سامةوالحفاظ على محتوى ثابت نسبيًا من المواد المختلفة داخل الخلايا. لذلك ، يمكن لغشاء الخلية أن يبطئ انتشار المواد المختلفة بمقدار 100،000-10،000،000 مرة.

أرز. 2. مخطط ثلاثي الأبعاد لنموذج فسيفساء السائل لغشاء Singer-Nicolson

يتم عرض البروتينات الكروية المتكاملة المضمنة في طبقة ثنائية الدهون. بعض البروتينات عبارة عن قنوات أيونية ، والبعض الآخر (بروتينات سكرية) يحتوي على سلاسل جانبية قليلة السكاريد تشارك في التعرف على الخلايا لبعضها البعض وفي الأنسجة بين الخلايا. تكون جزيئات الكوليسترول قريبة جدًا من رؤوس الفسفوليبيد وتصلح المناطق المجاورة من "ذيول". المناطق الداخلية من ذيول جزيء الفسفوليبيد ليست محدودة في حركتها وهي مسؤولة عن سيولة الغشاء (بريتشر ، 1985)

هناك قنوات في الغشاء تخترق الأيونات من خلالها. القنوات محتملة ومعتمدة ومستقلة محتملة. القنوات ذات البوابات المحتملةيفتح عندما يتغير فرق الجهد ، و محتمل مستقل(التي ينظمها الهرمون) تنفتح عندما تتفاعل المستقبلات مع المواد. يمكن فتح القنوات أو إغلاقها بفضل البوابات. يتم بناء نوعين من البوابات في الغشاء: التنشيط(في عمق القناة) و تعطيل(على سطح القناة). يمكن أن تكون البوابة في واحدة من ثلاث حالات:

• حالة مفتوحة (كلا النوعين من البوابة مفتوحان) ؛
• حالة مغلقة (بوابة التنشيط مغلقة) ؛
• حالة التعطيل (بوابات التعطيل مغلقة).

اخر السمة المميزةالأغشية هي القدرة على نقل الأيونات غير العضوية والمغذيات ومنتجات التمثيل الغذائي المختلفة بشكل انتقائي. هناك أنظمة نقل (نقل) سلبي ونشط للمواد. سلبييتم النقل من خلال القنوات الأيونية بمساعدة البروتينات الحاملة أو بدونها القوة الدافعةهو الفرق في الإمكانات الكهروكيميائية للأيونات بين الفضاء داخل وخارج الخلية. يتم تحديد انتقائية القنوات الأيونية من خلال معلماتها الهندسية و الطبيعة الكيميائيةمجموعات تبطن جدران القناة وفمها.

في الوقت الحاضر ، القنوات ذات النفاذية الانتقائية لأيونات Na + ، K + ، Ca 2+ وأيضًا للمياه (ما يسمى aquaporins) هي الأكثر دراسة جيدًا. قطر القنوات الأيونية ، وفقًا لدراسات مختلفة ، هو 0.5-0.7 نانومتر. يمكن تغيير صبيب القنوات ؛ 10 7-10 8 أيونات في الثانية يمكن أن تمر عبر قناة أيونية واحدة.

نشيطيحدث النقل مع إنفاق الطاقة ويتم تنفيذه بواسطة ما يسمى بالمضخات الأيونية. مضخات الأيونات جزيئية هياكل البروتين، مدمجة في الغشاء وتقوم بنقل الأيونات نحو جهد كهروكيميائي أعلى.

يتم تشغيل المضخات بسبب طاقة التحلل المائي ATP. حاليًا ، Na + / K + - ATPase ، Ca 2+ - ATPase ، H + - ATPase ، H + / K + - ATPase ، Mg 2+ - ATPase ، والتي تضمن حركة أيونات Na + ، K + ، Ca 2+ ، على التوالي ، H + ، Mg 2+ معزولة أو مترافقة (Na + و K + ؛ H + و K +). لم يتم توضيح الآلية الجزيئية للنقل النشط بشكل كامل.

رئيسي الوحدة الهيكليةكائن حي - خلية ، وهي منطقة متباينة من السيتوبلازم ، محاطة بغشاء الخلية. بالنظر إلى حقيقة أن الخلية تؤدي العديد من الوظائف المهمة ، مثل التكاثر والتغذية والحركة ، يجب أن تكون القشرة بلاستيكية وكثيفة.

تاريخ اكتشاف وبحث غشاء الخلية

في عام 1925 ، أجرى جريندل وجوردر تجربة ناجحة لتحديد "ظلال" كريات الدم الحمراء ، أو الأصداف الفارغة. على الرغم من اعترف العديد الأخطاء الفادحة، قام العلماء باكتشاف طبقة ثنائية الدهون. واصل دانييلي ، داوسون عملهم في عام 1935 ، وروبرتسون في عام 1960. نتيجة لسنوات عديدة من العمل وتراكم الحجج في عام 1972 ، ابتكر Singer و Nicholson نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاء. أكدت التجارب والدراسات الأخرى أعمال العلماء.

المعنى

ما هو غشاء الخلية؟ بدأ استخدام هذه الكلمة منذ أكثر من مائة عام ، وترجمت من اللاتينية وتعني "فيلم" ، "جلد". لذا عيّن حد الخلية ، وهو حاجز طبيعي بين المحتويات الداخلية والبيئة الخارجية. يشير هيكل غشاء الخلية إلى شبه نفاذية ، حيث يمكن للرطوبة والمواد المغذية ومنتجات الاضمحلال أن تمر عبرها بحرية. يمكن أن يسمى هذا الغلاف المكون الهيكلي الرئيسي لتنظيم الخلية.

ضع في اعتبارك الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية

1. يفصل بين المحتويات الداخلية للخلية ومكونات البيئة الخارجية.

2. يساعد في الحفاظ على التركيب الكيميائي الثابت للخلية.

3. ينظم التمثيل الغذائي الصحيح.

4. يوفر الترابط بين الخلايا.

5. يتعرف على الإشارات.

6. وظيفة الحماية.

"غلاف البلازما"

غشاء الخلية الخارجي ، الذي يُطلق عليه أيضًا غشاء البلازما ، عبارة عن غشاء فوق الميكروسكوب يبلغ سمكه من خمسة إلى سبعة نانومترات. يتكون أساسًا من مركبات البروتين والفوسفوليد والماء. الفيلم مرن ، ويمتص الماء بسهولة ، كما أنه يستعيد سلامته بسرعة بعد التلف.

يختلف في هيكل عالمي. يحتل هذا الغشاء موقعًا حدوديًا ، ويشارك في عملية النفاذية الانتقائية ، وإفراز منتجات الاضمحلال ، وتوليفها. العلاقة مع الجيران و حماية موثوقةتجعل المحتويات الداخلية من التلف مكونًا مهمًا في مسألة مثل بنية الخلية. في بعض الأحيان ، يتضح أن غشاء الخلية للكائنات الحية مغطى بطبقة نحيفة - glycocalyx ، والتي تحتوي على البروتينات والسكريات. الخلايا النباتية خارج الغشاء محمية بجدار خلوي يعمل كدعم ويحافظ على الشكل. المكون الرئيسي لتكوينه هو الألياف (السليلوز) - عديد السكاريد غير القابل للذوبان في الماء.

وبالتالي ، يؤدي غشاء الخلية الخارجية وظيفة الإصلاح والحماية والتفاعل مع الخلايا الأخرى.

هيكل غشاء الخلية

يتراوح سمك هذه القشرة المتحركة من ستة إلى عشرة نانومتر. يحتوي غشاء الخلية على تركيبة خاصة ، أساسها طبقة ثنائية الدهون. ذيول كارهة للماء ، خاملة للماء ، موضوعة مع داخل، بينما تتفاعل الرؤوس المحبة للماء مع الماء وتتجه للخارج. كل دهن هو فوسفوليبيد ، وهو نتيجة تفاعل مواد مثل الجلسرين والسفينجوزين. السقالة الدهنية محاطة عن كثب بالبروتينات الموجودة في طبقة غير متصلة. البعض منهم مغمور في طبقة الدهون ، والباقي يمر عبرها. نتيجة لذلك ، تتشكل مناطق نفاذية للماء. تختلف الوظائف التي تؤديها هذه البروتينات. بعضها عبارة عن إنزيمات ، والباقي عبارة عن بروتينات نقل تحمل مواد مختلفة من البيئة الخارجية إلى السيتوبلازم والعكس صحيح.

يتخلل غشاء الخلية بروتينات متكاملة وترتبط ارتباطًا وثيقًا بها ، بينما يكون الاتصال بالبروتينات الطرفية أقل قوة. تؤدي هذه البروتينات وظيفة مهمة ، وهي الحفاظ على بنية الغشاء ، واستقبال وتحويل الإشارات من البيئة ، ونقل المواد ، وتحفيز التفاعلات التي تحدث على الأغشية.

مُجَمَّع

أساس غشاء الخلية هو طبقة ثنائية الجزيئية. بسبب استمراريتها ، تحتوي الخلية على حاجز و الخواص الميكانيكية. في مراحل مختلفة من الحياة ، يمكن أن تتعطل هذه الطبقة الثنائية. نتيجة لذلك ، تتشكل العيوب الهيكلية من خلال المسام المحبة للماء. في هذه الحالة ، يمكن تغيير جميع وظائف عنصر مثل غشاء الخلية. في هذه الحالة ، قد تعاني النواة من تأثيرات خارجية.

الخصائص

يحتوي غشاء الخلية في الخلية ميزات مثيرة للاهتمام. نظرًا لسيولتها ، فإن هذه القشرة ليست بنية صلبة ، ويتحرك الجزء الأكبر من البروتينات والدهون التي تشكل تركيبتها بحرية على مستوى الغشاء.

بشكل عام ، يكون غشاء الخلية غير متماثل ، لذلك يختلف تكوين طبقات البروتين والدهون. مامبرانا البلازما في الخلايا الحيوانية بمفردها الجانب الخارجيتمتلك طبقة بروتين سكري تؤدي وظائف المستقبلات والإشارات ، وتلعب أيضًا دورًا مهمًا في عملية دمج الخلايا في الأنسجة. غشاء الخلية قطبي ، أي الشحنة الخارجية موجبة وفي الداخل سالبة. بالإضافة إلى كل ما سبق ، فإن غشاء الخلية لديه رؤية انتقائية.

هذا يعني أنه بالإضافة إلى الماء ، فقط مجموعة معينةجزيئات وأيونات المواد المذابة. تركيز مادة مثل الصوديوم في معظم الخلايا أقل بكثير من تركيزه في البيئة الخارجية. بالنسبة إلى أيونات البوتاسيوم ، هناك نسبة مختلفة مميزة: عددها في الخلية أعلى بكثير منه في بيئة. في هذا الصدد ، تميل أيونات الصوديوم إلى اختراق غشاء الخلية ، وتميل أيونات البوتاسيوم إلى الانطلاق في الخارج. في ظل هذه الظروف ، ينشط الغشاء نظامًا خاصًا يؤدي دور "الضخ" ، مما يؤدي إلى تسوية تركيز المواد: يتم ضخ أيونات الصوديوم إلى سطح الخلية ، ويتم ضخ أيونات البوتاسيوم إلى الداخل. هذه الميزةمتضمن في الوظائف الأساسيةغشاء الخلية.

يلعب ميل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم للتحرك إلى الداخل من السطح دورًا كبيرًا في نقل السكر والأحماض الأمينية إلى الخلية. في عملية الإزالة النشطة لأيونات الصوديوم من الخلية ، يخلق الغشاء ظروفًا لتدفقات جديدة من الجلوكوز والأحماض الأمينية بالداخل. على العكس من ذلك ، في عملية نقل أيونات البوتاسيوم إلى الخلية ، يتم تجديد عدد "ناقلات" نواتج الاضمحلال من داخل الخلية إلى البيئة الخارجية.

كيف تتغذى الخلية من خلال غشاء الخلية؟

تأخذ العديد من الخلايا المواد من خلال عمليات مثل البلعمة والكثافة. في الشكل الأول ، يتم إنشاء فجوة صغيرة بواسطة غشاء خارجي مرن ، حيث يقع الجسيم الملتقط. ثم يصبح قطر الغمازة أكبر حتى يضرب الجسيم المحيط السيتوبلازم الخلوي. من خلال البلعمة ، يتم تغذية بعض الأوليات ، مثل الأميبا ، وكذلك خلايا الدم - الكريات البيض والخلايا البلعمية. وبالمثل ، تمتص الخلايا السوائل التي تحتوي على العناصر الغذائية الضرورية. هذه الظاهرة تسمى كثرة الخلايا.

يرتبط الغشاء الخارجي ارتباطًا وثيقًا بالشبكة الإندوبلازمية للخلية.

في العديد من أنواع مكونات الأنسجة الأساسية ، توجد النتوءات والطيات والميكروفيلي على سطح الغشاء. زرع الخلاياالجزء الخارجي من هذه القشرة مغطى بآخر سميك ويمكن تمييزه بوضوح تحت المجهر. تساعد الألياف المصنوعة منها في دعم الأنسجة النباتية مثل الخشب. تحتوي الخلايا الحيوانية أيضًا على عدد من الهياكل الخارجيةالتي تقع على قمة غشاء الخلية. إنها وقائية بطبيعتها حصريًا ، ومثال على ذلك الكيتين الموجود في الخلايا الغشائية للحشرات.

بالإضافة إلى غشاء الخلية ، يوجد غشاء داخل الخلايا. وتتمثل وظيفتها في تقسيم الخلية إلى عدة مقصورات مغلقة متخصصة - مقصورات أو عضيات ، حيث يجب الحفاظ على بيئة معينة.

وبالتالي ، من المستحيل المبالغة في تقدير دور هذا المكون من الوحدة الأساسية للكائن الحي مثل غشاء الخلية. تتضمن البنية والوظائف توسعًا كبيرًا في مساحة سطح الخلية الكلية ، وتحسين عمليات التمثيل الغذائي. هذه التركيب الجزيئييشمل البروتينات والدهون. بفصل الخلية عن البيئة الخارجية ، يضمن الغشاء سلامتها. بمساعدتها ، يتم الحفاظ على الروابط بين الخلايا على مستوى قوي بما فيه الكفاية ، وتشكيل الأنسجة. في هذا الصدد ، يمكن استنتاج أن أحد أدوار حرجةيلعب غشاء الخلية دورًا في الخلية. تختلف البنية والوظائف التي تؤديها اختلافًا جذريًا في الخلايا المختلفة ، اعتمادًا على الغرض منها. من خلال هذه الميزات ، يتم تحقيق مجموعة متنوعة من الأنشطة الفسيولوجية. أغشية الخلاياودورها في وجود الخلايا والأنسجة.

الغشاء هيكل فائق الدقة، والتي تشكل سطح العضيات والخلية ككل. جميع الأغشية لها هيكل مماثل ومتصلة في نظام واحد.

التركيب الكيميائي

أغشية الخلايا متجانسة كيميائيًا وتتكون من بروتينات ودهون من مجموعات مختلفة:

• الفسفوليبيدات.
• الجلاكتوليبيدات.
• سلفوليبيدات.

كما أنها تحتوي على الأحماض النووية والسكريات والمواد الأخرى.

الخصائص الفيزيائية

في درجة الحرارة العادية ، تكون الأغشية في حالة بلورية سائلة وتتقلب باستمرار. لزوجتها قريبة من لزوجة الزيت النباتي.

الغشاء قابل للاسترداد وقوي ومرن وله مسام. سماكة الأغشية 7-14 نانومتر.

أعلى 4 مقالاتالذين قرأوا مع هذا

بالنسبة للجزيئات الكبيرة ، يكون الغشاء غير منفذ للنفاذ. يمكن للجزيئات والأيونات الصغيرة أن تمر عبر المسام والغشاء نفسه تحت تأثير اختلاف التركيز عبرها جوانب مختلفةالأغشية ، وكذلك بمساعدة نقل البروتينات.

نموذج

عادة ما يتم وصف بنية الأغشية باستخدام نموذج فسيفساء سائل. يحتوي الغشاء على إطار - صفان من جزيئات الدهون ، بإحكام ، مثل الطوب ، متجاورين.

أرز. واحد. الغشاء البيولوجينوع شطيرة.

على كلا الجانبين ، سطح الدهون مغطى بالبروتينات. يتكون نمط الفسيفساء من جزيئات بروتينية موزعة بشكل غير متساو على سطح الغشاء.

حسب درجة الانغماس في الطبقة الثنائية الشحمية جزيئات البروتيناقسم على ثلاث مجموعات:

• الغشاء.
• المغمورة؛
• سطحي.

توفر البروتينات الخاصية الرئيسية للغشاء - نفاذية انتقائية للمواد المختلفة.

أنواع الأغشية

يمكن تقسيم جميع أغشية الخلايا حسب التوطين إلى الأنواع التالية:

• في الخارج؛
• نووي.
• أغشية عضية.

في الخارج تذكر الذكريات، أو plasmalemma ، هي حدود الخلية. من خلال الاتصال بعناصر الهيكل الخلوي ، فإنه يحافظ على شكله وحجمه.

أرز. 2. الهيكل الخلوي.

الغشاء النووي ، أو karyolemma ، هو حدود المحتوى النووي. إنه مبني من غشاءين مشابهين جدًا للغشاء الخارجي. يرتبط الغشاء الخارجي للنواة بأغشية الشبكة الإندوبلازمية (ER) ، ومن خلال المسام ، إلى الغشاء الداخلي.

تخترق أغشية EPS السيتوبلازم بأكمله ، وتشكل أسطحًا يتم تصنيع مواد مختلفة عليها ، بما في ذلك بروتينات الغشاء.

أغشية عضوية

معظم العضيات لها بنية غشائية.

الجدران مبنية من غشاء واحد:

• مجمع جولجي
• فجوات.
• الجسيمات المحللة.

تتكون البلاستيدات والميتوكوندريا من طبقتين من الأغشية. غشاءهم الخارجي أملس ، والغشاء الداخلي يتكون من عدة طيات.

ميزات أغشية التمثيل الضوئي للبلاستيدات الخضراء هي جزيئات الكلوروفيل المدمجة.

توجد خلايا حيوانية على السطح الغشاء الخارجيطبقة الكربوهيدرات تسمى glycocalyx.

أرز. 3. Glycocalyx.

يتطور الغليوكاليكس بشكل أكبر في خلايا الظهارة المعوية ، حيث يخلق ظروفًا للهضم ويحمي البلازما.

جدول "هيكل غشاء الخلية"

ماذا تعلمنا؟

درسنا هيكل ووظائف غشاء الخلية. الغشاء عبارة عن حاجز انتقائي (انتقائي) للخلية والنواة والعضيات. يتم وصف بنية غشاء الخلية بواسطة نموذج فسيفساء سائل. وفقًا لهذا النموذج ، يتم تضمين جزيئات البروتين في طبقة مزدوجة من الدهون اللزجة.

اختبار الموضوع

تقييم التقرير

متوسط ​​تقييم: 4.5 مجموع التصنيفات المستلمة: 264.