เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมทำหน้าที่อะไร โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์

ภายใต้ผนังเซลล์ของแบคทีเรียคือเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม (CPM) มันแยกเนื้อหาของเซลล์ออกจากผนังเซลล์และเป็นโครงสร้างที่สำคัญของเซลล์ใดๆ
ความหนาของ CPM ของแบคทีเรียมักจะอยู่ที่ประมาณ 6-8 นาโนเมตร คิดเป็นสัดส่วนมากถึง 15% ของมวลแห้งของเซลล์ ประกอบด้วยไขมัน (15-45%) โปรตีน (45-60%) และคาร์โบไฮเดรตจำนวนเล็กน้อย (ประมาณ 10%) ลิปิดถูกแทนด้วยฟอสโฟลิปิด - มากถึง 30% ของมวลแห้งของเมมเบรน ในหมู่พวกเขา phosphatidylglycerol และ diphosphatide yl glyceride (cardiolipin) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียยูคาริโอตมีอิทธิพลเหนือกว่า ปริมาณที่น้อยกว่าประกอบด้วย phosphatidylinositol และ phosphatid yl-
เอทานอลเอมีน นอกจากฟอสโฟลิปิดแล้ว ยังพบไกลโคลิปิดหลายชนิด แคโรทีนอยด์และควิโนนจำนวนเล็กน้อยในเยื่อหุ้มเซลล์ ในองค์ประกอบของลิปิดที่ได้จากกลีเซอรอล กรดไขมันผิดปกติสำหรับเมมเบรน - อิ่มตัวหรือไม่อิ่มตัวเชิงเดี่ยวด้วยอะตอมของคาร์บอน 16-18 เช่นเดียวกับกรดที่ไม่พบในเยื่อหุ้มยูคาริโอต - ไซโคลโพรเพนและกรดไขมันที่มีกิ่งที่มีคาร์บอน 15-17 อะตอม ระบุ. ชุดของกรดไขมันและลิปิดเมมเบรนที่ประกอบด้วยพวกมัน เป็นชนิดเฉพาะสำหรับโปรคาริโอต
ไขมันเมมเบรนเป็นโมเลกุลขั้วขนาดเล็กที่มีกลุ่มที่ชอบน้ำ (หัว) และกลุ่มไม่ชอบน้ำ (หาง) ที่ สิ่งแวดล้อมทางน้ำพวกมันก่อตัวเป็นชั้นสองโมเลกุลปิดตามธรรมชาติ - bilayer ชั้นนี้ทำหน้าที่เป็นอุปสรรคสำคัญต่อไอออนและสารประกอบที่มีขั้ว ไขมันจัดเป็นชั้นสองโมเลกุล ทำให้เกิดโครงสร้างพื้นฐานของเมมเบรน รักษาเสถียรภาพทางกล และให้คุณสมบัติไม่ชอบน้ำ
โปรตีนเป็นส่วนประกอบมากกว่าครึ่งหนึ่งของน้ำหนักแห้งของเมมเบรน มีมากกว่า 20 ชนิดที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในความแข็งแรงของพันธะกับไขมันและตำแหน่งในเมมเบรน โปรตีนจะถูกแบ่งออกเป็นอินทิกรัลและอุปกรณ์ต่อพ่วง โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบถูกแช่อยู่ในบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรนซึ่งจะสร้างพันธะจำนวนมากกับกลุ่มไขมันไฮโดรคาร์บอน
การสร้างไลโปโปรตีนเชิงซ้อน โปรตีนส่วนปลายถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนผิวของชั้นที่ชอบน้ำ และมักจะเกาะติดกับโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบ (รูปที่ 3.14)

รูปที่ 3.14 โครงสร้าง เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม: 1 - ไขมัน; 2 - ไกลโคโปรตีน; 3 - โปรตีนส่วนปลาย; 4 - โปรตีนอินทิกรัล

โปรตีนเมมเบรนสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มตามหน้าที่ในเยื่อหุ้ม: โครงสร้างและไดนามิก
ฟังก์ชั่น โปรตีนโครงสร้างจำกัดการรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเมมเบรน พวกมันอยู่บนพื้นผิวของชั้นไขมันที่ชอบน้ำซึ่งทำหน้าที่เป็นผ้าพันแผลระดับโมเลกุล
ไดนามิกโปรตีนรวมถึงโปรตีนที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นบนเมมเบรน แบ่งออกเป็นสามประเภท: การขนส่ง, การมีส่วนร่วมในการขนส่งสารประกอบเข้าและออกจากเซลล์; ตัวเร่งปฏิกิริยาทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนเมมเบรน โปรตีนตัวรับที่จับกับสารประกอบบางชนิด (สารพิษ ฮอร์โมน) ที่ด้านนอกของเยื่อหุ้มเซลล์โดยเฉพาะ
คาร์โบไฮเดรตในเมมเบรนไม่อยู่ในสถานะอิสระ แต่เชื่อมต่อกับโปรตีนและไขมันเพื่อสร้างไกลโคโปรตีน พวกเขาเป็นเหมือน
ตามกฎแล้วพวกมันจะถูกแปลเฉพาะที่พื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนและทำหน้าที่เป็นตัวรับเพื่อรับรู้ปัจจัยแวดล้อม
เยื่อหุ้มไซโตพลาสซึมของแบคทีเรียก็เหมือนกับตัวอื่นๆ เยื่อหุ้มชีวภาพเป็นโครงสร้างผลึกเหลวแบบอสมมาตร ความไม่สมมาตรเกิดจากความแตกต่างในโครงสร้างทางเคมีของโมเลกุลโปรตีนและตำแหน่งของพวกมันในไขมัน bilayer ของเมมเบรน โปรตีนบางชนิดตั้งอยู่บนพื้นผิวของ bilayer ส่วนโปรตีนบางชนิดถูกแช่อยู่ในความหนาของมัน และบางชนิดก็ไหลผ่านจากด้านในสู่ผิวด้านนอกของ bilayer ทิศทางที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดของโปรตีนเมมเบรนนั้นเกิดจากการสังเคราะห์และรวมเข้ากับเมมเบรนอย่างไม่สมมาตร พื้นผิวด้านนอกและด้านในของเมมเบรนยังแตกต่างกันในกิจกรรมของเอนไซม์ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข (เช่น อุณหภูมิ) CPM สามารถอยู่ในสถานะเฟสที่แตกต่างกัน: ของเหลวหรือผลึก ในช่วงการเปลี่ยนผ่านของผลึกเหลวเฟสหนึ่งไปสู่อีกเฟสหนึ่ง การเคลื่อนที่ของส่วนประกอบเมมเบรนและความหนาแน่นของการเปลี่ยนแปลงการบรรจุ ซึ่งในทางกลับกันจะนำไปสู่การละเมิดกิจกรรมการทำงาน
โครงสร้างองค์กรและหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ เพื่ออธิบายลักษณะและกลไกของหน้าที่ต่าง ๆ ของ CPM ที่เหมาะสมที่สุดคือแบบจำลองโมเสกของไหลของการจัดระเบียบของเยื่อหุ้มชีวภาพซึ่งเสนอโดย R. Singer และ A. Nicholson ในปี 1972 ตามแบบจำลองนี้เมมเบรนมีสองแบบ การแก้ปัญหาเชิงมิติของโปรตีนทรงกลมและไขมันในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ไขมันก่อตัวเป็น bilayer โดยหัน "หัว" ที่ชอบน้ำของโมเลกุลออกไปด้านนอก และ "หาง" ที่ไม่ชอบน้ำจะจุ่มลงในความหนาของเมมเบรน ขณะที่มีความยืดหยุ่นเพียงพอ ลิปิดเมมเบรนและโปรตีนหลายชนิดเคลื่อนที่อย่างอิสระในชั้น bilayer แต่เฉพาะในทิศทางด้านข้าง (การแพร่ด้านข้าง) ในทิศทางตามขวาง กล่าวคือ จากพื้นผิวหนึ่งของเมมเบรนไปอีกด้านหนึ่ง โปรตีนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ และไขมันจะเคลื่อนที่ช้ามาก (1 ครั้งในหลายชั่วโมง) สาเหตุของการขาดหรือกิจกรรมต่ำของการแพร่กระจายตามขวางดูเหมือนจะเป็นการกระจายตัวของไขมันไม่สมมาตร:

ไขมันบางชนิดอยู่ส่วนนอกของ bilayer มากกว่า ส่วนอื่น ๆ - อยู่ด้านใน ผลที่ตามมาคือความหนาแน่นของอิเล็กตรอนที่ไม่เท่ากัน (การนำไฟฟ้า) ของ bilayer ในทิศทางตามขวาง
CPM อยู่ในสถานะผลึกเหลวหรือของเหลวภายใต้บางอย่างที่เรียกว่า .เท่านั้น
อุณหภูมิทางชีวภาพ เมื่ออุณหภูมิลดลง (ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว Tm) ไขมันจะผ่านเข้าสู่สถานะผลึก ระดับความหนืดจะเพิ่มขึ้นจนกว่าเมมเบรนจะแข็งตัว ค่าอุณหภูมิที่ทำให้เมมเบรนแข็งตัวถูกกำหนดโดยเนื้อหาที่ไม่อิ่มตัวและ
กรดไขมันแตกแขนง ยิ่งในเมมเบรนมาก อุณหภูมิการเปลี่ยนผ่านของไขมันจากสถานะผลึกเหลวไปเป็นสถานะผลึกยิ่งต่ำลง
โปรคาริโอตมีความสามารถในการควบคุมการไหลของเมมเบรนโดยการเปลี่ยนจำนวนพันธะคู่และความยาวสายโซ่ของโมเลกุลกรดไขมัน ดังนั้นใน E. coli เมื่ออุณหภูมิของตัวกลางลดลงจาก 42°C เป็น 27°C อัตราส่วนของกรดไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัวในเมมเบรนจะลดลงจาก 1.6 เป็น 1.0 นั่นคือเนื้อหาของกรดไขมันไม่อิ่มตัวถึง ระดับของความอิ่มตัว ซึ่งจะช่วยป้องกันการเพิ่มความหนืดและทำให้มั่นใจว่าเซลล์จะยังคงทำงานทางสรีรวิทยาที่อุณหภูมิต่ำ
CMP ทำหน้าที่สำคัญหลายอย่างในโปรคาริโอต โดยพื้นฐานแล้วพวกมันถูกกำหนดโดยโปรตีนที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นซึ่งทำหน้าที่เป็นช่องทาง, ตัวรับ, ตัวสร้างพลังงาน, เอนไซม์, ฟังก์ชั่นการขนส่งและคนอื่น ๆ. CPM เป็นสิ่งกีดขวางออสโมติกหลักซึ่งเนื่องจากการมีอยู่ของกลไกการขนส่งเมมเบรนจึงคัดเลือกสารเข้าสู่เซลล์และกำจัดผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมออกจากเซลล์ การซึมผ่านแบบเลือกได้ของ CPM เกิดจากการซึมผ่านเฉพาะของซับสเตรตที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่น ซึ่งขนส่งสารอินทรีย์และแร่ธาตุต่างๆ ผ่านเมมเบรนอย่างแข็งขัน CPM ประกอบด้วยเอนไซม์สำหรับการสังเคราะห์ไขมันเมมเบรนและโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบเป็นผนังเซลล์ เยื่อหุ้มชั้นนอก,แคปซูล. CPM คือที่ตั้งของการแปลเอ็นไซม์รีดอกซ์ที่ดำเนินการ

การขนส่งอิเล็กตรอน ฟอสโฟรีเลชั่นออกซิเดชันและสังเคราะห์แสง การสร้างพลังงานไฟฟ้าเคมี
ศักย์ของเมมเบรน (A//+) และสารเคมี (ATP) CPM
น
ทำหน้าที่สำคัญในการสังเคราะห์ทางชีวภาพและการเคลื่อนย้ายโปรตีนที่หลั่งจากแบคทีเรียแกรมลบ การสังเคราะห์โปรตีนเหล่านี้ดำเนินการบนไรโบโซมที่ติดอยู่กับ CPM แบคทีเรียแกรมลบมีโปรตีนรีเซพเตอร์พิเศษบน CPM ที่ "รับรู้" สัญญาณจากหน่วยย่อยไรโบโซมขนาดใหญ่เกี่ยวกับการเกาะติดของไรโบโซมและการเริ่มต้นของการสังเคราะห์โปรตีน โปรตีนตัวรับเมมเบรนมีปฏิสัมพันธ์กับหน่วยย่อยขนาดใหญ่ของไรโบโซม ก่อตัวเป็นคอมเพล็กซ์เมมเบรนไรโบโซม ซึ่งจะดำเนินการสังเคราะห์โปรตีนที่หลั่งออกมา ด้วยวิธีนี้ ตัวอย่างเช่น E. coli จะสังเคราะห์อัลคาไลน์ฟอสฟาเตส Bac subtilis - อะไมเลส CPM ยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าการถ่ายโอนโปรตีนเหล่านี้ไปยังพื้นที่ปริพลาสซึม บทบาทของ CMP ในการควบคุมการแบ่งตัวของเซลล์ การจำลองแบบโครโมโซมและพลาสมิด และการแยกองค์ประกอบทางพันธุกรรมเหล่านี้ระหว่างเซลล์ลูกสาวที่ก่อตัวใหม่ในภายหลังนั้นยอดเยี่ยมมาก
โปรคาริโอตทั้งหมดพร้อมกับเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมมีอนุพันธ์ของมัน - เยื่อหุ้มเซลล์ภายในที่ทำหน้าที่พิเศษ เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมสามารถสร้างการบุกรุกได้ทุกประเภท (การบุกรุก) ภาวะลำไส้กลืนกันเหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ภายในเซลล์ที่มีความยาว การบรรจุ และการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในไซโตพลาสซึมที่แตกต่างกัน พวกเขาสามารถรวบรวมเป็นลูกบอลที่ซับซ้อน - การก่อตัวเป็นแผ่น, รังผึ้งหรือท่อ เยื่อหุ้มที่ซับซ้อนน้อยกว่ามีลักษณะเป็นลูปหรือท่อที่มีความยาวต่างกัน โดยไม่คำนึงถึงความซับซ้อนของการจัดระเบียบของเยื่อหุ้มเซลล์ในเซลล์ พวกเขาทั้งหมดเป็นอนุพันธ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม ขนาดของพื้นผิวที่แอคทีฟของมันนั้นมากกว่าขนาดของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม สิ่งนี้ให้เหตุผลในการตัดสินกิจกรรมการทำงานที่สูงของโครงสร้างเหล่านี้ในเซลล์

พบอุปกรณ์เมมเบรนภายในเซลล์ที่อุดมสมบูรณ์เป็นพิเศษในแบคทีเรียตรึงไนโตรเจนและสังเคราะห์แสง บรูเซลลา และแบคทีเรียไนตริไฟดิ้ง ในแบคทีเรียสังเคราะห์แสง (Rhodospirillum rubrum) เยื่อหุ้มเซลล์จะมีลักษณะเป็นถุงปิด - ถุงน้ำ การก่อตัวของพวกเขาเริ่มต้นด้วยการบุกรุกของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมซึ่งจะสร้างท่อ การหดตัวปรากฏบนท่อโดยแบ่งออกเป็นชุดของฟองอากาศ ถุงเหล่านี้เรียกว่า chromatophores ประกอบด้วยเม็ดสีที่ดูดซับแสง - แบคทีเรียคลอโรฟิลล์และแคโรทีนอยด์, เอนไซม์ขนส่งอิเล็กตรอน - ยูบิควิโนนและไซโตโครม, ส่วนประกอบของระบบฟอสโฟรีเลชั่น ในโปรคาริโอตสังเคราะห์แสงบางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งแบคทีเรียกำมะถันสีม่วงและไซยาโนแบคทีเรีย อุปกรณ์สังเคราะห์แสงจะถูกแสดงโดยกองเยื่อหุ้มที่มีรูปร่างแบน และเมื่อเปรียบเทียบกับคลอโรพลาสต์กรานาของพืชสีเขียวจะเรียกว่าไทลาคอยด์ (รูปที่ 3.15)
พวกเขาเน้นเม็ดสีสังเคราะห์แสง เอนไซม์ของห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน และระบบฟอสโฟรีเลชัน คุณสมบัติของไทลาคอยด์ของไซยาโนแบคทีเรียคือขาดการเชื่อมต่อกับเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม มัน กลุ่มเดียวโปรคาริโอตที่มีระบบเมมเบรนที่แตกต่างกัน

ในแบคทีเรียไนตริไฟดิ้ง อุปกรณ์เมมเบรนภายในเซลล์จะมีรูปแบบของเพลตหรือแผ่นลาเมลที่ประกอบด้วยถุงแบน (รูปที่ 3.16)
ของเยื่อหุ้มเซลล์มากที่สุด โครงสร้างที่ซับซ้อนมีเมโซโซม มีลักษณะเป็นเกลียวบิดเป็นเกลียว แบนหรือเป็นท่อทรงกลม Mesosomes เกิดขึ้นในช่วงเวลาของการแบ่งเซลล์ในเขตการก่อตัวของกะบังขวาง พวกเขามีส่วนร่วมในการจำลองโครโมโซมและการกระจายของจีโนมระหว่างเซลล์ลูกสาวในการสังเคราะห์สารผนังเซลล์ ที่จะเข้าร่วม
mesosomes ในการแบ่งเซลล์บ่งบอกถึงการเชื่อมต่อกับ DNA ของนิวคลีออยด์ มีโซโซมที่พัฒนามาอย่างดีพบได้ในแบคทีเรียแกรมบวกเท่านั้น
ข้อมูลที่สะสมจนถึงปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าโครงสร้างเมมเบรนของแบคทีเรียมีความแตกต่างเพียงพอและทำให้เกิดความหลากหลาย กระบวนการเผาผลาญในกรง

1. การรวมไซโตพลาสซึมและไซโตพลาสซึม

ไซโตพลาสซึมเป็นมวลคอลลอยด์กึ่งของเหลวประกอบด้วยน้ำ 70-80% และเติมโพรงภายในของเซลล์
มีสองเศษส่วนในไซโตพลาสซึม หนึ่งในนั้นมีองค์ประกอบโครงสร้าง: ไรโบโซม, แอโรโซม,
คาร์บอกซีโซม, ส่วนประกอบสำรอง, เครื่องมือทางพันธุกรรม, ส่วนอื่น ๆ ประกอบด้วยส่วนผสมที่ซับซ้อนของอาร์เอ็นเอที่ละลายน้ำได้, โปรตีนเอนไซม์, เม็ดสี, แร่ธาตุ, ผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นของปฏิกิริยาเมแทบอลิซึม ส่วนนี้เรียกว่าไซโตซอล

เนื่องจากการมีอยู่ของต่างๆ สารประกอบอินทรีย์ไซโตพลาสซึมของเซลล์แบคทีเรียมีลักษณะความหนืดเพิ่มขึ้น มีความหนืด 800-8000 เท่าของน้ำ (เข้าใกล้ความหนืดของกลีเซอรีน) เซลล์เล็กในระยะแล็กหรือ ระยะแรกเฟสลอการิทึมมีความหนืดต่ำกว่าของไซโตพลาสซึม ในการแก่ชรา - ความหนืดเพิ่มขึ้นคล้ายกับเจลในความสม่ำเสมอ ระดับความหนืดของไซโตพลาสซึมไม่เพียงแสดงลักษณะเฉพาะอายุของเซลล์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงกิจกรรมทางสรีรวิทยาด้วย การเพิ่มขึ้นของความหนืดของไซโตพลาสซึมในวัฒนธรรมเก่าเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้กิจกรรมทางสรีรวิทยาของเซลล์ลดลง ไซโตพลาสซึมเป็นสื่อกลางที่เชื่อมต่อโครงสร้างภายในเซลล์ทั้งหมดเข้าในระบบเดียว
ไรโบโซม. ไซโตพลาสซึมของเซลล์แบคทีเรียมีโครงสร้างเป็นทรงกลมอย่างต่อเนื่องขนาด 15-20 นาโนเมตร น้ำหนักโมเลกุล 3106.
ไรโบโซมประกอบด้วยไรโบโซมอาร์เอ็นเอ 60-65% และโปรตีน 35-40% หลังอุดมไปด้วยกรดอะมิโนที่จำเป็น ในระหว่างการปั่นเหวี่ยงด้วยความเข้มข้นสูง ไรโบโซมของแบคทีเรียจะตกลงที่อัตราประมาณ 70 หน่วย Svedberg (S)7 ซึ่งเรียกว่า 708-ไรโบโซม ไซโตพลาสซึมของไรโบโซมของยูคาริโอตมีขนาดใหญ่กว่าและเรียกว่า 80S ไรโบโซม (ค่าคงที่การตกตะกอนของพวกมันคือ 80S)
ไรโบโซมแต่ละตัวประกอบด้วยสองหน่วยย่อย: 30S และ 50S ซึ่งมีขนาดของโมเลกุลอาร์เอ็นเอและปริมาณโปรตีนที่แตกต่างกัน หน่วยย่อยขนาดใหญ่ (50S) ประกอบด้วยโมเลกุล rRNA สองโมเลกุล ได้แก่ 5S และ 23S และ 35 โมเลกุลของโปรตีนต่างๆ หน่วยย่อยขนาดเล็ก (30S) มีโมเลกุล 16 rRNA หนึ่งโมเลกุลและ 21 ประเภทต่างๆโปรตีน จำนวนไรโบโซมในเซลล์ไม่คงที่ - ตั้งแต่ 5,000 ถึง 90,000 ถูกกำหนดโดยอายุของเซลล์และเงื่อนไขในการเพาะเลี้ยงแบคทีเรีย ปริมาณขั้นต่ำอยู่ที่จุดเริ่มต้นของระยะล่าช้า และสูงสุด - ในระยะชี้แจงของการเจริญเติบโตของวัฒนธรรม ใน Escherichia coli ในช่วงระยะเวลาของการเจริญเติบโตบนอาหารที่มีสารอาหารครบถ้วน ไรโบโซม 5-6 ตัวจะถูกสังเคราะห์ใน 1 วินาที ส่วนใหญ่ในไซโตพลาสซึมของแบคทีเรียอยู่ในสถานะอิสระและที่เหลือ -
S \u003d 1 หน่วย swedberg \u003d 10 "13 cm (s) หน่วยสนาม

รวมกันเป็นเส้นของ RNA ของผู้ส่งสารเป็นโพลีโซม จำนวนไรโบโซมในพอลิโซมสามารถมีได้หลายสิบตัว สิ่งนี้บ่งชี้ถึงกิจกรรมการสังเคราะห์โปรตีนสูงของเซลล์ เนื่องจากไรโบโซมเป็นที่ตั้งของการสังเคราะห์โปรตีน พวกเขาเปรียบเปรยเรียกว่า "โรงงาน" ของโปรตีน
แวคิวโอลแก๊ส (แอโรโซม) โครงสร้างเหล่านี้มีอยู่ในแบคทีเรียในน้ำและดินบางชนิดเท่านั้น พบในแบคทีเรีย phototrophic sulfur แบคทีเรียใยไม่มีสี และแบคทีเรียในสกุล Renobacter เซลล์ของพวกเขามีมากถึง 40-60 (รูปที่ 3.17) แวคิวโอลก๊าซล้อมรอบด้วยบาง


ข้าว. 3.17. เซลล์ Renobacter vocuolatum พร้อมแอโรโซม (กำลังขยาย x 70,000)

เยื่อหุ้มโปรตีน ภายในมีฟองแก๊สจำนวนไม่คงที่ องค์ประกอบและความดันของก๊าซในฟองอากาศและแอโรโซมโดยรวมถูกกำหนดโดยปริมาณของก๊าซที่ละลายในสิ่งแวดล้อม แอโรโซมอยู่ในสถานะบีบอัดหรือเต็มไปด้วยสภาพแวดล้อมของก๊าซ สถานะของพวกมันถูกควบคุมโดยแรงดันอุทกสถิตของตัวกลาง ความดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้เกิดการบีบอัดของแอโรโซมและเซลล์สูญเสียการลอยตัว
แอโรโซมควบคุมการลอยตัวของเซลล์ ทำให้สามารถเคลื่อนย้ายไปยังสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อการเติมอากาศ การให้แสง และปริมาณสารอาหาร คุณลักษณะพิเศษคือการทำงานครั้งเดียวในสถานะที่เติมแก๊ส หลังจากการอัดภายใต้การกระทำของแรงดันอุทกสถิต พวกเขาจะไม่ถูกเติมด้วยก๊าซและ

จะค่อยๆถูกทำลาย เซลล์สามารถทำซ้ำได้โดยการสร้างใหม่เท่านั้น
เมื่ออากาศเต็มไปด้วยก๊าซ แบคทีเรียจะถูกกักไว้บนผิวน้ำ เมื่อถูกบีบอัด พวกมันจะจมลงไปในความหนาหรือตกลงไปที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำ วิธีการเคลื่อนไหวที่แปลกประหลาดนี้ได้รับการพัฒนาในช่วงวิวัฒนาการโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแบคทีเรียที่ไม่มีแฟลกเจลลาและด้วยเหตุนี้จึงมีความสามารถในการเคลื่อนไหวอย่างแข็งขัน
ไฟโคบิลิโซม โครงสร้างภายในเซลล์เหล่านี้เป็นลักษณะของไซยาโนแบคทีเรีย พวกมันดูเหมือนเม็ดที่มีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 28-55 นาโนเมตรซึ่งเป็นที่ตั้งของเม็ดสีที่ละลายน้ำได้ - phycobiliproteins ซึ่งเป็นตัวกำหนดสีของไซยาโนแบคทีเรียและมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์ด้วยแสง
คลอโรโซมหรือถุงคลอโรเบียมเป็นโครงสร้างที่อุปกรณ์สังเคราะห์แสงของแบคทีเรียสีเขียวในสกุลคลอโรเบียมมีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น พวกมันมีรูปร่างยาว ยาว 100-150 นาโนเมตร กว้าง 50-70 นาโนเมตร ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มโปรตีนชั้นเดียว คลอโรโซมตั้งอยู่ในชั้นที่หนาแน่นภายใต้เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม แต่ถูกแยกออกจากร่างกาย คลอโรโซมของแบคทีเรียสีเขียวประกอบด้วยเม็ดสีสังเคราะห์แสง - แบคทีเรียคลอโรฟิลล์ซึ่งดูดซับควอนตาแสงและถ่ายโอนพลังงานไปยังศูนย์ปฏิกิริยาของการสังเคราะห์ด้วยแสง
คาร์บอกซีโซม. ในกรง บางชนิด phototrophic (cyanobacteria, แบคทีเรียสีม่วงบางชนิด) และ chemolithotrophic (แบคทีเรียไนตริไฟอิ้ง) โปรคาริโอตมีโครงสร้างที่มีรูปร่างเป็นรูปทรงหลายเหลี่ยมขนาด 90-500 นาโนเมตร ตามหน้าที่ที่พวกเขาทำเรียกว่าคาร์บอกซีโซม ประกอบด้วยเอนไซม์ไรบูโลส ไดฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส ซึ่งกระตุ้นปฏิกิริยาของคาร์บอนไดออกไซด์ที่จับกับไรบูโลส ไดฟอสเฟตในวัฏจักรคาลวิน ในแบคทีเรีย autotrophic พวกมันคือจุดตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอกซีโซมล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มโปรตีนชั้นเดียวซึ่งปกป้องเอนไซม์จากผลกระทบของโปรตีเอสภายในเซลล์
สารอาหารสำรอง* นอกจากองค์ประกอบโครงสร้างที่อธิบายไว้แล้ว ไซโตพลาสซึมของแบคทีเรียยังมีเม็ดที่มีรูปร่างและขนาดต่าง ๆ ในรูปแบบของการรวมตัว การปรากฏตัวของพวกเขาใน
เซลล์ไม่เสถียรและเกี่ยวข้องกับองค์ประกอบของสารอาหารและสถานะทางสรีรวิทยาของวัฒนธรรม การรวมตัวของไซโตพลาสซึมจำนวนมากประกอบด้วยสารประกอบที่ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานและแหล่งของสารอาหาร พวกมันมักจะก่อตัวขึ้นในอาหารสดที่อุดมด้วยสารอาหาร เมื่อมีการยับยั้งการเจริญเติบโตของเซลล์ด้วยเหตุผลบางประการ หรือหลังจากสิ้นสุดระยะเวลาของการเจริญเติบโตอย่างแข็งขัน องค์ประกอบทางเคมีของสิ่งเจือปนแตกต่างกันและไม่เหมือนกันสำหรับ ประเภทต่างๆแบคทีเรีย. พวกเขาสามารถเป็นพอลิแซ็กคาไรด์ ลิปิด ผลึกและแกรนูลของสารอนินทรีย์
ในบรรดาโพลีแซ็กคาไรด์ อย่างแรกเลย ควรกล่าวถึงแป้ง ไกลโคเจน และสารคล้ายแป้ง แกรนูโลส ที่พบมากที่สุดคือไกลโคเจน พบในแบคทีเรีย ซัลโมเนลลา เอสเชอริเชีย โคไล ปลาซาร์ดีน เป็นต้น ในสปอร์ที่ไม่ใช้ออกซิเจนในสกุล Clostridium เซลล์จะมีเม็ดแกรนูโลซาขนาดเล็ก การรวมเหล่านี้ถูกใช้โดยเซลล์เป็นแหล่งพลังงานและคาร์บอน
ไขมันสะสมในไซโตพลาสซึมของแบคทีเรียในรูปของหยดและเมล็ดพืชขนาดเล็ก ในแบคทีเรียหลายชนิด การรวมตัวของไขมันจะแสดงด้วยกรด poly-p-hydroxybutyric ซึ่งมักมีสัดส่วนถึง 50% ของชีวมวลของแบคทีเรียแบบแห้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่อุดมไปด้วยสารนี้ ได้แก่ แบคทีเรียในสกุล Bacillus และแบคทีเรีย phototrophic กรด Poly-p-hydroxybutyric ถูกสังเคราะห์ในปริมาณมากในระหว่างการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์บนสื่อที่อุดมไปด้วยคาร์โบไฮเดรต ในแต่ละสายของโพลีแลคไทด์ กรด p-hydroxy-butyric ตกค้างคิดเป็นสัดส่วนสูงถึง 60% ดังนั้นสารประกอบนี้จึงเป็น "คลังเก็บ" ในอุดมคติของพลังงานสำหรับแบคทีเรีย จุลินทรีย์บางชนิดสะสมไขและไขมันเป็นกลาง (ไตรกลีเซอไรด์) ดังนั้นในมัยโคแบคทีเรียและแอคติโนมัยซีตบางครั้งขี้ผึ้งประกอบด้วยมวลแห้งถึง 40% เซลล์ยีสต์ของสกุล Candida, Rhodotorula อุดมไปด้วยไขมันเป็นกลางจำนวนถึงเกือบ 60%
การรวมไขมันทั้งหมดในจุลินทรีย์ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงานและคาร์บอน
ในเซลล์ของแบคทีเรียหลายชนิด มักพบสิ่งเจือปนพิเศษที่เรียกว่าธัญพืชรูปก้นหอย ตามลักษณะทางเคมี โวลูตินเป็นโพลีฟอสเฟต ชื่อโวลูติน

มาจากชื่อสปีชีส์ของแบคทีเรียกำมะถัน Spirillum volutans ซึ่งมีการอธิบายการรวมเหล่านี้เป็นครั้งแรก Volyutin มีคุณสมบัติของ metachromasia คือ ทำให้เกิดการเปลี่ยนสีของสีย้อมบางชนิด หากแบคทีเรียย้อมด้วยเมทิลีนบลูหรือโทลูอิดีนบลู เมล็ดข้าวโวลูตินจะกลายเป็นสีม่วงหรือ สีแดง-ม่วง. ในเรื่องนี้ นักวิจัย W. Babesh และ E. Ernst ซึ่งเป็นคนแรกที่บรรยายถึงสิ่งเจือปนเหล่านี้ เรียกพวกมันว่า metachromatic grains เมล็ดธัญพืช Volutin มีลักษณะเป็นทรงกลม โดยมีขนาดไม่เกิน 0.5 µm พวกมันถูกสร้างขึ้นภายใต้สภาวะโภชนาการที่ดีของจุลินทรีย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสื่อที่อุดมไปด้วยคาร์โบไฮเดรตและในที่ที่มีกลีเซอรอลในตัวกลาง โวลูตินพบได้ในเซลล์ของแบคทีเรียก่อโรคและแบคทีเรียซาโพรไฟติก เช่น ในสไปริลลา Azotobacter ซึ่งเป็นสาเหตุของโรคคอตีบ
เซลล์ส่วนใหญ่ใช้ Volutin เพื่อเป็นแหล่งของกลุ่มฟอสเฟตและส่วนหนึ่งเป็นพลังงาน
ในแบคทีเรียกำมะถันไม่มีสีและสีม่วง เมื่อซัลไฟด์ถูกออกซิไดซ์ภายในเซลล์ แร่กำมะถันจะสะสมในรูปของหยด กำมะถันสะสมอยู่ในตัวกลางที่อุดมไปด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ H2S เมื่อซัลไฟด์หมดจากสิ่งแวดล้อม แบคทีเรียจะใช้กำมะถันภายในเซลล์ สำหรับแบคทีเรียกำมะถันไม่มีสี ทำหน้าที่เป็นแหล่งพลังงาน สำหรับแบคทีเรียกำมะถันสีม่วงสังเคราะห์แสง จะทำหน้าที่เป็นผู้ให้อิเล็กตรอน
ในไซยาโนแบคทีเรีย สารสำรองคือไซยาโนไฟซิน อัตตาเป็นโพลีเปปไทด์ที่ประกอบด้วยอาร์จินีนและกรดแอสปาร์ติก มันทำหน้าที่เป็นแหล่งของไนโตรเจนเมื่อขาดไนโตรเจนในสิ่งแวดล้อม การสะสมของเม็ดไซยาโนไฟซินเกิดขึ้นในระยะคงที่ของการเจริญเติบโตของวัฒนธรรมและอาจสูงถึง 8% ของมวลแห้งของเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมหรือพลาสมาเลมมา(lat. เมมเบรน - ผิวหนัง, ฟิล์ม) - ฟิล์มที่บางที่สุด ( 7– 10nm) คั่นเนื้อหาภายในของเซลล์ออกจาก สิ่งแวดล้อมมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเท่านั้น

โดย องค์การเคมี plasmalemma เป็นไลโปโปรตีนที่ซับซ้อน - โมเลกุล ไขมันและ โปรตีน.

มันขึ้นอยู่กับไขมัน bilayer ที่ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดนอกจากนี้ยังมีไกลโคลิปิดและคอเลสเตอรอลที่มีอยู่ในเยื่อหุ้ม ล้วนมีคุณสมบัติเป็นแอมฟิพาทริซิตี้ คือ พวกมันชอบน้ำ ("ชอบน้ำ") และไม่ชอบน้ำ ("กลัวน้ำ") "หัว" ขั้วที่ชอบน้ำของโมเลกุลไขมัน (กลุ่มฟอสเฟต) หันไปทางด้านนอกของเมมเบรน และ "หาง" ที่ไม่มีขั้วไม่ชอบน้ำ (สารตกค้างของกรดไขมัน) หันเข้าหากัน ซึ่งสร้างชั้นไขมันสองขั้ว โมเลกุลของไขมันเคลื่อนที่ได้และสามารถเคลื่อนที่ในชั้นเดียวหรือแทบไม่มี - จากชั้นเดียวไปยังอีกชั้นหนึ่ง โมโนเลเยอร์ของลิปิดนั้นไม่สมมาตร กล่าวคือ พวกมันมีองค์ประกอบของไขมันต่างกัน ซึ่งให้ความจำเพาะต่อเยื่อหุ้มเซลล์แม้ภายในเซลล์เดียวกัน ไขมัน bilayer อาจอยู่ในสถานะของผลึกเหลวหรือของแข็ง

โปรตีนเป็นองค์ประกอบสำคัญที่สองของพลาสม่า โปรตีนเมมเบรนหลายชนิดสามารถเคลื่อนที่ในระนาบของเมมเบรนหรือหมุนรอบแกนได้ แต่ไม่สามารถเคลื่อนจากด้านหนึ่งของลิปิดไบเลเยอร์ไปยังอีกด้านหนึ่งได้

ลิปิดมีคุณสมบัติโครงสร้างพื้นฐานของเมมเบรน ในขณะที่โปรตีนมีหน้าที่

หน้าที่ของโปรตีนเมมเบรนนั้นแตกต่างกัน: การรักษาโครงสร้างของเมมเบรน, การรับและการแปลงสัญญาณจากสิ่งแวดล้อม, การขนส่งสารบางชนิด, ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์

มีหลายรูปแบบของโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม

①. โมเดลแซนวิช(กระรอก– ไขมัน– โปรตีน)

ที่ พ.ศ. 2478นักวิทยาศาสตร์ภาษาอังกฤษ Danieliและ ดอว์สันแสดงความคิดของการเรียงตัวเป็นชั้นๆ ในเมมเบรนของโมเลกุลโปรตีน (ชั้นมืดในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) ซึ่งอยู่ด้านนอกและโมเลกุลของไขมัน (ชั้นแสง) - ภายใน . เป็นเวลานานที่มีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างสามชั้นเดียวของเยื่อหุ้มชีวภาพทั้งหมด

การศึกษารายละเอียดของเมมเบรนโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนปรากฏว่าชั้นแสงนั้นเป็นตัวแทนของฟอสโฟลิปิดสองชั้นจริง ๆ - นี่ ชั้นไขมันและส่วนที่ละลายน้ำได้คือ หัวที่ชอบน้ำชี้ไปที่ชั้นโปรตีนและไม่ละลายน้ำ (ไขมันตกค้าง) - หางไม่ชอบน้ำหันหน้าเข้าหากัน

②. กระเบื้องโมเสคเหลว รุ่น

ที่ พ.ศ. 2515.นักร้อง และ นิโคลสัน อธิบายแบบจำลองของเมมเบรนที่ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวาง ตามแบบจำลองนี้ โมเลกุลของโปรตีนไม่ก่อตัวเป็นชั้นต่อเนื่อง แต่ถูกแช่อยู่ในชั้นไขมันสองขั้วที่ระดับความลึกต่างกันในรูปของโมเสก ลูกโลกของโมเลกุลโปรตีน เช่น ภูเขาน้ำแข็ง ถูกแช่อยู่ใน "มหาสมุทร"

ลิพิด: บางชนิดอยู่บนพื้นผิวของชั้นไบลิพิด - โปรตีนส่วนปลายคนอื่นจมอยู่ในนั้นครึ่งหนึ่ง - โปรตีนกึ่งอินทิกรัล, ที่สาม - โปรตีนอินทิกรัล- แทรกซึมผ่านเข้าไปทำให้เกิดรูพรุนที่ชอบน้ำ โปรตีนส่วนปลายซึ่งอยู่บนพื้นผิวของชั้นไขมันนั้นสัมพันธ์กับส่วนหัวของโมเลกุลไขมันโดยปฏิกิริยาทางไฟฟ้าสถิต แต่พวกมันไม่เคยก่อตัวเป็นชั้นที่ต่อเนื่องกัน และที่จริงแล้ว ไม่ใช่โปรตีนของเยื่อหุ้มเซลล์เอง แต่เชื่อมต่อกับระบบเหนือเมมเบรนหรือระบบย่อยของเมมเบรน อุปกรณ์พื้นผิวเซลล์.

บทบาทหลักในการจัดระเบียบของเมมเบรนนั้นเล่นโดยโปรตีนอินทิกรัลและกึ่งหนึ่ง (ทรานส์เมมเบรน) ซึ่งมีโครงสร้างทรงกลมและเกี่ยวข้องกับเฟสไขมันโดยปฏิกิริยาที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ โมเลกุลของโปรตีน เช่น ลิพิด เป็นแอมฟิพาทริกและบริเวณที่ไม่ชอบน้ำของพวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับหางที่ไม่ชอบน้ำของชั้นไบลิพิด ในขณะที่บริเวณที่ชอบน้ำจะเผชิญกับสภาพแวดล้อมทางน้ำและสร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำ

③. โมเดลโปรตีน-คริสตัล(รุ่นเสื่อไลโปโปรตีน)

เมมเบรนเกิดขึ้นจากการผสมผสานระหว่างโมเลกุลของไขมันและโปรตีนซึ่งรวมกันอยู่บนพื้นฐานของความชอบน้ำ

ปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ

โมเลกุลของโปรตีน เช่น หมุด เจาะชั้นไขมันและทำหน้าที่ของโครงร่างในเมมเบรน หลังการรักษาเมมเบรนด้วยสารที่ละลายในไขมัน กรอบโปรตีนจะถูกรักษาไว้ ซึ่งพิสูจน์ความสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลโปรตีนในเมมเบรน เห็นได้ชัดว่าแบบจำลองนี้ใช้เฉพาะในพื้นที่พิเศษบางอย่างของเยื่อหุ้มบางซึ่งจำเป็นต้องมีโครงสร้างที่เข้มงวดและความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่างไขมันและโปรตีน (เช่น ในบริเวณที่เอนไซม์ นา-ก-เอทีพี-เสส).

แบบจำลองที่เป็นสากลที่สุดที่เป็นไปตามหลักการทางอุณหพลศาสตร์ (หลักการของปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับน้ำ) มอร์โฟ-ชีวเคมี และการทดลอง
ข้อมูล Antal-cytological เป็นแบบจำลองโมเสกของไหล อย่างไรก็ตาม เมมเบรนทั้งสามรุ่นไม่ได้แยกจากกันและสามารถเกิดขึ้นได้ในภูมิภาคต่างๆ ของเมมเบรนเดียวกัน ขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติการใช้งานของบริเวณนี้

คุณสมบัติของเมมเบรน

1. ความสามารถในการประกอบตัวเองหลังจากอิทธิพลทำลายล้าง เมมเบรนสามารถฟื้นฟูโครงสร้างได้เพราะ โมเลกุลของไขมันขึ้นอยู่กับ คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีถูกรวมเข้าด้วยกันเป็นชั้นไบโพลาร์ ซึ่งจะฝังโมเลกุลโปรตีนไว้

2. ความลื่นไหลเมมเบรนไม่ใช่โครงสร้างที่แข็งกระด้าง โปรตีนและลิปิดส่วนใหญ่สามารถเคลื่อนที่ในระนาบของเมมเบรนได้ พวกมันจะผันผวนตลอดเวลาเนื่องจากการเคลื่อนที่แบบหมุนและแบบสั่น เป็นตัวกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีบนเมมเบรนที่สูง

3. ซึมผ่านได้. นอกจากน้ำแล้ว เยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตจะผ่านไป นอกจากน้ำแล้ว มีเพียงบางโมเลกุลและไอออนของสารที่ละลายในน้ำเท่านั้น สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจถึงการบำรุงรักษาองค์ประกอบไอออนิกและโมเลกุลของเซลล์

4. เมมเบรนไม่มีปลายหลวม. มันปิดเป็นฟองเสมอ

5. ไม่สมมาตร. องค์ประกอบของชั้นนอกและชั้นในของโปรตีนและไขมันต่างกัน

6. ขั้ว. ด้านนอกของเมมเบรนมีประจุบวก ในขณะที่ด้านในมีประจุลบ

ฟังก์ชันเมมเบรน

1) อุปสรรค -พลาสมาเล็มมาแยกไซโตพลาสซึมและนิวเคลียสออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก นอกจากนี้ เมมเบรนยังแบ่งเนื้อหาภายในของเซลล์ออกเป็นส่วนๆ (ช่อง) ซึ่งมักเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่ตรงกันข้าม

2) ตัวรับ(สัญญาณ) - เนื่องจากคุณสมบัติที่สำคัญของโมเลกุลโปรตีน - การทำให้เสียสภาพเมมเบรนจึงสามารถจับการเปลี่ยนแปลงต่างๆในสิ่งแวดล้อมได้ ดังนั้น เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์สัมผัสกับปัจจัยแวดล้อมต่างๆ (ทางกายภาพ เคมี ชีวภาพ) โปรตีนที่ประกอบเป็นองค์ประกอบจะเปลี่ยนโครงสร้างเชิงพื้นที่ของพวกมัน ซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณชนิดหนึ่งสำหรับเซลล์

สิ่งนี้ให้การสื่อสารกับสภาพแวดล้อมภายนอก การจดจำเซลล์ และการวางแนวระหว่างการสร้างเนื้อเยื่อ ฯลฯ ฟังก์ชันนี้เกี่ยวข้องกับการทำงานของระบบการควบคุมต่างๆ และการก่อตัวของการตอบสนองทางภูมิคุ้มกัน

3) แลกเปลี่ยน- เมมเบรนไม่เพียงประกอบด้วยโปรตีนโครงสร้างที่ก่อตัวเท่านั้น แต่ยังมีโปรตีนจากเอนไซม์ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพด้วย พวกมันอยู่บนเมมเบรนในรูปแบบของ "ตัวเร่งปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยา" และกำหนดความเข้มและทิศทางของปฏิกิริยาเมตาบอลิซึม

4) ขนส่ง– โมเลกุลของสารที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางไม่เกิน 50 นาโนเมตรสามารถทะลุผ่านได้ แบบพาสซีฟและแอคทีฟขนส่งผ่านรูพรุนในโครงสร้างเมมเบรน สารขนาดใหญ่เข้าสู่เซลล์โดย เอนโดไซโทซิส(ขนส่งในบรรจุภัณฑ์เมมเบรน) ที่ต้องการการใช้พลังงาน พันธุ์ของมันคือ ฟาจและพิโนไซโทซิส.

Passive การขนส่ง - โหมดการขนส่งที่มีการถ่ายโอนสารตามระดับความเข้มข้นทางเคมีหรือไฟฟ้าเคมีโดยไม่ต้องใช้พลังงาน ATP การขนส่งแบบพาสซีฟมีสองประเภท: การแพร่กระจายแบบง่ายและสะดวก การแพร่กระจาย- นี่คือการถ่ายโอนไอออนหรือโมเลกุลจากโซนที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังโซนที่มีความเข้มข้นต่ำกว่าเช่น ตามแนวลาด

การแพร่กระจายง่าย- เกลือไอออนและน้ำซึมผ่านโปรตีนเมมเบรนหรือสารที่ละลายในไขมันตามระดับความเข้มข้น

อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย- โปรตีนพาหะเฉพาะจะจับสารและถ่ายโอนผ่านเมมเบรนตามหลักการ "ปิงปอง" ด้วยวิธีนี้ น้ำตาลและกรดอะมิโนจะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ อัตราของการขนส่งดังกล่าวสูงกว่าอัตราการแพร่แบบธรรมดามาก นอกจากโปรตีนที่เป็นพาหะแล้ว ยาปฏิชีวนะบางชนิด เช่น แกรมติดินและวานโนมัยซิน ยังเกี่ยวข้องกับการแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวกอีกด้วย

เนื่องจากพวกมันให้การขนส่งไอออนจึงถูกเรียกว่า ไอโอโนฟอร์.

คล่องแคล่ว การขนส่งเป็นโหมดการขนส่งที่ใช้พลังงานของ ATP ซึ่งขัดต่อระดับความเข้มข้น มันเกี่ยวข้องกับเอนไซม์ ATPase เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกประกอบด้วย ATPase ซึ่งขนส่งไอออนด้วยการไล่ระดับความเข้มข้น ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เรียกว่าปั๊มไอออน ตัวอย่างคือปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม โดยปกติในเซลล์จะมีโพแทสเซียมไอออนมากขึ้นใน สภาพแวดล้อมภายนอก- โซเดียมไอออน ดังนั้นตามกฎของการแพร่กระจายอย่างง่าย โพแทสเซียมมักจะออกจากเซลล์และโซเดียมเข้าสู่เซลล์ ในทางตรงกันข้าม ปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมจะปั๊มโพแทสเซียมไอออนเข้าไปในเซลล์โดยต่อต้านการไล่ระดับความเข้มข้น และนำโซเดียมไอออนไปสู่สภาพแวดล้อมภายนอก ซึ่งช่วยให้รักษาความคงตัวขององค์ประกอบไอออนิกในเซลล์และความมีชีวิตได้ ที่ กรงสัตว์หนึ่งในสามของ ATP ใช้สำหรับปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม

ประเภทของการขนส่งที่ใช้งานคือการขนส่งที่บรรจุด้วยเมมเบรน เอนโดไซโทซิส. โมเลกุลขนาดใหญ่ของไบโอโพลีเมอร์ไม่สามารถทะลุผ่านเมมเบรนได้ พวกมันจะเข้าสู่เซลล์ในแพ็คเกจเมมเบรน แยกแยะระหว่าง phagocytosis และ pinocytosis ฟาโกไซโตซิส- การจับอนุภาคของแข็งโดยเซลล์ พิโนไซโทซิส- อนุภาคของเหลว กระบวนการเหล่านี้แบ่งออกเป็นขั้นตอน:

1) การรับรู้โดยตัวรับเมมเบรนของสาร 2) การบุกรุก (การบุกรุก) ของเมมเบรนด้วยการก่อตัวของถุงน้ำ (ถุง); 3) การแยกตัวของถุงน้ำออกจากเมมเบรน, การหลอมรวมกับไลโซโซมหลักและการฟื้นฟูความสมบูรณ์ของเมมเบรน 4) การปล่อยสารที่ไม่ได้แยกแยะออกจากเซลล์ (exocytosis)

เอนโดไซโทซิสเป็นการให้อาหารสำหรับโปรโตซัว สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและมนุษย์มีระบบ reticulo-histio-endothelial ของเซลล์ที่มีความสามารถในการเอนโดไซโทซิส - เหล่านี้คือเม็ดเลือดขาว, มาโครฟาจ, เซลล์ Kupffer ในตับ

คุณสมบัติออสโมติกของเซลล์

ออสโมซิส- กระบวนการทางเดียวของการซึมผ่านของน้ำผ่านเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านจากพื้นที่ที่มีความเข้มข้นของสารละลายต่ำกว่าไปยังพื้นที่ที่มีมากกว่า ความเข้มข้นสูง. ออสโมซิสกำหนดแรงดันออสโมติก

ฟอกไต– การแพร่กระจายทางเดียวของสารที่ละลายในน้ำ

สารละลายที่แรงดันออสโมติกเท่ากับในเซลล์เรียกว่า ไอโซโทนิกเมื่อเซลล์ถูกแช่ในสารละลายไอโซโทนิก ปริมาตรของเซลล์จะไม่เปลี่ยนแปลง สารละลายไอโซโทนิกเรียกว่า สรีรวิทยา- เป็นสารละลายโซเดียมคลอไรด์ 0.9% ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์สำหรับภาวะขาดน้ำอย่างรุนแรงและการสูญเสียเลือดในพลาสมา

สารละลายที่มีแรงดันออสโมติกสูงกว่าในเซลล์เรียกว่า hypertonic.

เซลล์ในสารละลายไฮเปอร์โทนิกสูญเสียน้ำและเหี่ยวเฉา สารละลาย Hypertonic ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านการแพทย์ ผ้าพันแผลที่แช่ในสารละลายไฮเปอร์โทนิกจะดูดซับหนองได้ดี

สารละลายที่มีความเข้มข้นของเกลือต่ำกว่าในเซลล์เรียกว่า hypotonic. เมื่อเซลล์ถูกแช่ในสารละลายดังกล่าว น้ำจะพุ่งเข้าไป เซลล์บวม turgor เพิ่มขึ้น และสามารถยุบได้ ภาวะเม็ดเลือดแดงแตก- การทำลายเซลล์เม็ดเลือดในสารละลายไฮโปโทนิก

แรงดันออสโมติกในร่างกายมนุษย์โดยรวมถูกควบคุมโดยระบบอวัยวะขับถ่าย

ก่อนหน้า123456789ถัดไป

ดูเพิ่มเติม:

เยื่อหุ้มเซลล์เรียกอีกอย่างว่าพลาสมา (หรือไซโตพลาสซึม) เมมเบรนและพลาสมาเลมมา โครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่แยกเนื้อหาภายในของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก แต่ยังเข้าสู่องค์ประกอบของส่วนใหญ่ เซลล์ออร์แกเนลล์และนิวเคลียสในทางกลับกันก็แยกพวกมันออกจากไฮยาโลพลาสซึม (ไซโตซอล) - ส่วนหนืดและของเหลวของไซโตพลาสซึม ตกลงจะโทรไป เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมที่แยกเนื้อหาของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก เงื่อนไขที่เหลือหมายถึงเมมเบรนทั้งหมด

โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์

พื้นฐานของโครงสร้างของเซลล์ (ชีวภาพ) เมมเบรนคือไขมัน (ไขมัน) สองชั้น การก่อตัวของชั้นดังกล่าวสัมพันธ์กับคุณสมบัติของโมเลกุล ไขมันไม่ละลายในน้ำ แต่ควบแน่นในแบบของตัวเอง ส่วนหนึ่งของโมเลกุลไขมันเดี่ยวคือหัวขั้ว (มันถูกดึงดูดด้วยน้ำ เช่น ชอบน้ำ) และอีกส่วนหนึ่งเป็นหางยาวไม่มีขั้วคู่หนึ่ง (ส่วนนี้ของโมเลกุลถูกขับไล่ด้วยน้ำ กล่าวคือ ไม่ชอบน้ำ) . โครงสร้างของโมเลกุลนี้ทำให้พวกเขา "ซ่อน" หางจากน้ำและหันหัวขั้วไปทางน้ำ

เป็นผลให้เกิดไขมัน bilayer ซึ่งหางไม่มีขั้วอยู่ภายใน (หันเข้าหากัน) และหัวขั้วหันออก (ไปยังสภาพแวดล้อมภายนอกและไซโตพลาสซึม) พื้นผิวของเมมเบรนนั้นชอบน้ำ แต่ข้างในนั้นไม่ชอบน้ำ

ในเยื่อหุ้มเซลล์ ฟอสโฟลิปิดมีอิทธิพลเหนือหมู่ลิพิด (เป็นลิปิดเชิงซ้อน) หัวของพวกเขามีกรดฟอสฟอริกตกค้าง นอกจากฟอสโฟลิปิดแล้ว ยังมีไกลโคลิปิด (ลิพิด + คาร์โบไฮเดรต) และโคเลสเตอรอล (เป็นของสเตอรอล) หลังให้ความแข็งแกร่งของเมมเบรนซึ่งอยู่ในความหนาระหว่างหางของไขมันที่เหลือ (คอเลสเตอรอลไม่ชอบน้ำอย่างสมบูรณ์)

เนื่องจากปฏิกิริยาของไฟฟ้าสถิต โมเลกุลโปรตีนบางชนิดจึงถูกยึดติดกับหัวที่มีประจุของไขมัน ซึ่งกลายเป็นโปรตีนเมมเบรนที่พื้นผิว โปรตีนชนิดอื่นๆ มีปฏิสัมพันธ์กับหางที่ไม่มีขั้ว จมลงไปใน bilayer บางส่วน หรือทะลุผ่านเข้าไป

ดังนั้น เยื่อหุ้มเซลล์จึงประกอบด้วยไขมัน 2 ชั้น พื้นผิว (ส่วนต่อพ่วง) แบบจุ่ม (กึ่งส่วนประกอบ) และโปรตีนที่แทรกซึม (อินทิกรัล) นอกจากนี้ โปรตีนและไขมันบางชนิด ข้างนอกเมมเบรนเชื่อมโยงกับโซ่คาร์โบไฮเดรต

มัน แบบจำลองโมเสกของไหลของโครงสร้างเมมเบรนถูกหยิบยกขึ้นในยุค 70 ของศตวรรษที่ XX ก่อนหน้านี้ แบบจำลองแซนวิชของโครงสร้างถูกสันนิษฐาน โดยที่ lipid bilayer ตั้งอยู่ด้านใน และด้านในและด้านนอกของเมมเบรนถูกปกคลุมด้วยชั้นโปรตีนที่พื้นผิวอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม การสะสมข้อมูลการทดลองได้หักล้างสมมติฐานนี้

ความหนาของเยื่อหุ้มเซลล์ต่างๆ ประมาณ 8 นาโนเมตร เมมเบรน (แม้ด้านที่ต่างกันของด้านหนึ่ง) ต่างกันใน เปอร์เซ็นต์ ประเภทต่างๆลิปิด โปรตีน กิจกรรมของเอนไซม์ ฯลฯ เยื่อบางอันมีลักษณะเป็นของเหลวและซึมผ่านได้ดีกว่า ส่วนอื่นๆ มีความหนาแน่นมากกว่า

แบ่ง เยื่อหุ้มเซลล์ผสานได้อย่างง่ายดายเนื่องจากลักษณะทางเคมีกายภาพของไขมัน bilayer ในระนาบของเมมเบรน ลิปิดและโปรตีน (เว้นแต่จะได้รับการแก้ไขโดยโครงร่างโครงกระดูก) จะเคลื่อนที่

หน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์

โปรตีนส่วนใหญ่ที่แช่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่ของเอนไซม์ (เป็นเอนไซม์) บ่อยครั้ง (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเยื่อหุ้มเซลล์ของออร์แกเนลล์ของเซลล์) เอ็นไซม์ถูกจัดเรียงในลำดับที่แน่นอนเพื่อให้ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ตัวหนึ่งส่งผ่านไปยังตัวที่สอง จากนั้นตัวที่สาม ฯลฯ สายพานลำเลียงถูกสร้างขึ้นที่ทำให้โปรตีนพื้นผิวคงที่เพราะไม่ ให้เอ็นไซม์ว่ายไปตามไลปิดไบเลเยอร์

เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่แยก (สิ่งกีดขวาง) จากสิ่งแวดล้อมและในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่ขนส่ง อาจกล่าวได้ว่านี่คือจุดประสงค์ที่สำคัญที่สุด เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมที่มีความแข็งแรงและการซึมผ่านแบบเลือกได้ช่วยรักษาความคงตัวขององค์ประกอบภายในของเซลล์ (สภาวะสมดุลและความสมบูรณ์)

ในกรณีนี้การขนส่งสารเกิดขึ้น วิธีทางที่แตกต่าง. การขนส่งตามระดับความเข้มข้นเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า (การแพร่กระจาย) ตัวอย่างเช่น ก๊าซกระจายตัว (CO 2, O 2)

นอกจากนี้ยังมีการเคลื่อนตัวต้านการไล่ระดับความเข้มข้น แต่ด้วยการใช้พลังงาน

การขนส่งเป็นแบบพาสซีฟและน้ำหนักเบา (เมื่อมีการโอนย้ายบางอย่าง)
ถึง). การแพร่กระจายแบบพาสซีฟผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป็นไปได้สำหรับสารที่ละลายในไขมัน

มีโปรตีนพิเศษที่ทำให้เยื่อดูดซึมน้ำตาลและสารที่ละลายน้ำได้อื่นๆ ตัวพาเหล่านี้จับกับโมเลกุลที่ขนส่งแล้วลากข้ามเมมเบรน

3. หน้าที่และโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม

นี่คือวิธีการขนส่งกลูโคสเข้าสู่เซลล์เม็ดเลือดแดง

เมื่อรวมกันแล้วโปรตีนที่ทอดยาวสามารถสร้างรูพรุนสำหรับการเคลื่อนที่ของสารบางชนิดผ่านเมมเบรน ตัวพาดังกล่าวไม่เคลื่อนที่ แต่สร้างช่องในเมมเบรนและทำงานคล้ายกับเอนไซม์ซึ่งจับกับสารเฉพาะ การถ่ายโอนเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างของโปรตีนเนื่องจากช่องทางที่เกิดขึ้นในเมมเบรน ตัวอย่างคือปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม

ฟังก์ชั่นการขนส่งของเยื่อหุ้มเซลล์ยูคาริโอตยังรับรู้ผ่าน endocytosis (และ exocytosis)ผ่านกลไกเหล่านี้ โมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์ชีวภาพ แม้แต่เซลล์ทั้งหมด จะเข้าสู่เซลล์ (และออกจากเซลล์) Endo- และ exocytosis ไม่ใช่ลักษณะของเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด (โปรคาริโอตไม่มีเลย) ดังนั้นจึงพบเอ็นโดไซโตซิสในโปรโตซัวและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังส่วนล่าง ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เม็ดเลือดขาวและมาโครฟาจจะดูดซับสารและแบคทีเรียที่เป็นอันตราย กล่าวคือ การเกิดเอนโดไซโทซิส ฟังก์ชั่นป้องกันสำหรับร่างกาย

เอนโดไซโทซิสแบ่งออกเป็น ฟาโกไซโตซิส(ไซโตพลาสซึมห่อหุ้มอนุภาคขนาดใหญ่) และ พิโนไซโทซิส(ดักจับละอองของเหลวที่มีสารที่ละลายอยู่ในนั้น) กลไกของกระบวนการเหล่านี้ใกล้เคียงกัน สารดูดซับบนผิวเซลล์ล้อมรอบด้วยเมมเบรน เกิดถุงน้ำ (phagocytic หรือ pinocytic) ซึ่งจะเคลื่อนเข้าสู่เซลล์

Exocytosis คือการกำจัดสารออกจากเซลล์โดยเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึม (ฮอร์โมน โพลีแซ็กคาไรด์ โปรตีน ไขมัน ฯลฯ) สารเหล่านี้อยู่ในถุงเยื่อที่พอดีกับเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มทั้งสองผสานและเนื้อหาอยู่นอกเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมทำหน้าที่รับในการทำเช่นนี้ที่ด้านนอกมีโครงสร้างที่สามารถรับรู้ถึงสิ่งเร้าทางเคมีหรือทางกายภาพ โปรตีนบางชนิดที่เจาะพลาสมาเล็มมาเชื่อมต่อจากด้านนอกกับสายโพลีแซ็กคาไรด์ (สร้างไกลโคโปรตีน) เหล่านี้เป็นตัวรับโมเลกุลที่แปลกประหลาดที่จับฮอร์โมน เมื่อฮอร์โมนบางตัวจับกับตัวรับ มันจะเปลี่ยนโครงสร้าง ในทางกลับกันสิ่งนี้จะกระตุ้นกลไกการตอบสนองของเซลล์ ในเวลาเดียวกัน ช่องสัญญาณสามารถเปิดได้ และสารบางชนิดสามารถเริ่มเข้าสู่เซลล์หรือถูกกำจัดออกจากเซลล์ได้

การทำงานของตัวรับของเยื่อหุ้มเซลล์ได้รับการศึกษาอย่างดีจากการทำงานของฮอร์โมนอินซูลิน เมื่ออินซูลินจับกับตัวรับไกลโคโปรตีน ส่วนเร่งปฏิกิริยาภายในเซลล์ของโปรตีนนี้ (เอนไซม์อะดีนิเลตไซคเลส) จะถูกกระตุ้น เอนไซม์สังเคราะห์วงจร AMP จาก ATP มันเปิดใช้งานหรือยับยั้งเอนไซม์ต่าง ๆ ของการเผาผลาญของเซลล์

ฟังก์ชั่นตัวรับของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมยังรวมถึงการจดจำเซลล์ใกล้เคียงที่เป็นชนิดเดียวกัน เซลล์ดังกล่าวเชื่อมต่อกันโดยการติดต่อระหว่างเซลล์ต่างๆ

ในเนื้อเยื่อ ด้วยความช่วยเหลือของการติดต่อระหว่างเซลล์ เซลล์สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันโดยใช้สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำสังเคราะห์ขึ้นเป็นพิเศษ ตัวอย่างหนึ่งของปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวคือการยับยั้งการสัมผัส เมื่อเซลล์หยุดเติบโตหลังจากได้รับข้อมูลว่าพื้นที่ว่างถูกครอบครอง

การติดต่อระหว่างเซลล์นั้นง่าย (เมมเบรนของเซลล์ต่าง ๆ อยู่ติดกัน), การล็อค (การบุกรุกของเมมเบรนของเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง), desmosomes (เมื่อเมมเบรนเชื่อมต่อกันด้วยการรวมกลุ่มของเส้นใยตามขวางที่เจาะเข้าไปในไซโตพลาสซึม) นอกจากนี้ยังมีการติดต่อระหว่างเซลล์ที่หลากหลายเนื่องจากผู้ไกล่เกลี่ย (ตัวกลาง) - ไซแนปส์ ในนั้นสัญญาณไม่เพียงส่งผ่านทางเคมีเท่านั้น แต่ยังส่งสัญญาณทางไฟฟ้าด้วย ไซแนปส์ส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ประสาทและจากเส้นประสาทไปยังกล้ามเนื้อ

ทฤษฎีเซลล์

ในปี ค.ศ. 1665 อาร์. ฮุกกำลังตรวจสอบการตัดไม้ก๊อกภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พบเซลล์ว่างซึ่งเขาเรียกว่า "เซลล์" เขาเห็นแต่เปลือกเซลล์พืชและ เวลานานเปลือกถือเป็นองค์ประกอบโครงสร้างหลักของเซลล์ ในปี ค.ศ. 1825 J. Purkinė ได้บรรยายถึงโปรโตพลาสซึมของเซลล์ และในปี 1831 อาร์. บราวน์ได้บรรยายถึงนิวเคลียส ในปี พ.ศ. 2380 M. Schleiden ได้ข้อสรุปว่า สิ่งมีชีวิตพืชประกอบด้วยเซลล์และแต่ละเซลล์มีนิวเคลียส

1.1. โดยใช้ข้อมูลที่สะสมในขณะนั้น T.

เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม หน้าที่และโครงสร้าง

Schwann ในปี 1839 ได้กำหนดบทบัญญัติหลักของทฤษฎีเซลล์:

1) กรงเป็นพื้นฐาน หน่วยโครงสร้างพืชและสัตว์

2) กระบวนการสร้างเซลล์เป็นตัวกำหนดการเจริญเติบโต การพัฒนา และความแตกต่างของสิ่งมีชีวิต

ในปี พ.ศ. 2401 R. Virchow - ผู้ก่อตั้ง กายวิภาคพยาธิวิทยา- เสริมทฤษฎีเซลล์ด้วยบทบัญญัติที่สำคัญว่าเซลล์สามารถมาจากเซลล์เท่านั้น (Omnis cellula e cellula) อันเป็นผลมาจากการแบ่งตัว เขาพบว่าพื้นฐานของโรคทั้งหมดคือการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและหน้าที่ของเซลล์

1.2. ทฤษฎีเซลล์สมัยใหม่รวมถึงบทบัญญัติต่อไปนี้:

1) เซลล์ - หน่วยโครงสร้างหลักการทำงานและพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตหน่วยที่เล็กที่สุดของสิ่งมีชีวิต

2) เซลล์ของสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวและหลายเซลล์มีโครงสร้างองค์ประกอบทางเคมีและอาการที่สำคัญที่สุดของกระบวนการชีวิตคล้ายกัน

3) แต่ละเซลล์ใหม่ถูกสร้างขึ้นจากการแบ่งเซลล์ดั้งเดิม (แม่)

4) เซลล์ของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์มีความเชี่ยวชาญ: พวกมันทำงาน ฟังก์ชั่นต่างๆและสร้างเนื้อเยื่อ

5) เซลล์เป็นระบบเปิดที่กระแสของสสาร พลังงาน และข้อมูลผ่านและเปลี่ยนรูป

โครงสร้างและหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม

เซลล์เปิดอยู่ ระบบควบคุมตนเองซึ่งมีการไหลของสสาร พลังงาน และข้อมูลอย่างต่อเนื่อง ได้รับกระแสเหล่านี้ เครื่องมือพิเศษ เซลล์ที่รวมถึง:

1) ส่วนประกอบเหนือเยื่อหุ้มเซลล์ - glycocalyx;

2) เมมเบรนชีวภาพเบื้องต้นหรือความซับซ้อน

3) submembrane support-contractile complex ของ hyaloplasm;

4) ระบบ anabolic และ catabolic

องค์ประกอบหลักของอุปกรณ์นี้คือเมมเบรนเบื้องต้น

เซลล์ประกอบด้วยเยื่อหุ้มหลายชนิด แต่หลักการของโครงสร้างก็เหมือนกัน

ในปี 1972 เอส. ซิงเกอร์และจี. นิโคลสันได้เสนอแบบจำลองโมเสกของไหลของโครงสร้างเมมเบรนเบื้องต้น ตามแบบจำลองนี้ มันขึ้นอยู่กับชั้น bilipid ด้วย แต่โปรตีนนั้นตั้งอยู่แตกต่างกันเมื่อเทียบกับชั้นนี้ โมเลกุลโปรตีนบางตัวอยู่บนผิวของชั้นไขมัน (โปรตีนส่วนปลาย) บางโมเลกุลแทรกซึมชั้นไขมันหนึ่งชั้น (โปรตีนกึ่งอินทิกรัล) และบางชนิดแทรกซึมชั้นไขมันทั้งสอง (โปรตีนอินทิกรัล) ชั้นไขมันอยู่ในเฟสของเหลว ("ลิปิดซี") บนพื้นผิวด้านนอกของเยื่อหุ้มมีอุปกรณ์รับ - glycocalyx ซึ่งเกิดขึ้นจากโมเลกุลของไกลโคโปรตีนที่แตกแขนง "รับรู้" สารบางชนิดและโครงสร้าง

2.3. คุณสมบัติของเมมเบรน: 1) ความเป็นพลาสติก 2) กึ่งซึมผ่านได้ 3) ความสามารถในการปิดตัวเอง

2.4. หน้าที่ของเมมเบรน: 1) โครงสร้าง - เมมเบรนเป็น ส่วนประกอบโครงสร้างเป็นส่วนหนึ่งของออร์แกเนลล์ส่วนใหญ่ (หลักการของเมมเบรนของโครงสร้างของออร์แกเนลล์); 2) สิ่งกีดขวางและกฎข้อบังคับ - รักษาความคงตัวขององค์ประกอบทางเคมีและควบคุมกระบวนการเผาผลาญทั้งหมด (ปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมเกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์); 3) ป้องกัน; 4) ตัวรับ

เซลล์ - โครงสร้างหลักการทำงานหน่วยพันธุกรรมขององค์กรของสิ่งมีชีวิตระบบการดำรงชีวิตเบื้องต้น เซลล์สามารถดำรงอยู่เป็นสิ่งมีชีวิตที่แยกจากกัน (แบคทีเรีย โปรโตซัว) หรือเป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ คำว่า "เซลล์" ถูกเสนอโดยนักสำรวจชาวอังกฤษ Robert Hooke ในปี ค.ศ. 1665

บทบัญญัติหลักของทฤษฎีเซลล์ถูกกำหนดโดยนักพฤกษศาสตร์ Schleiden (1838) และนักสัตววิทยา - นักสรีรวิทยา Schwann (1839) ในปี พ.ศ. 2401 Virchow ได้เสริมบทบัญญัติเกี่ยวกับการแบ่งเซลล์

บทบัญญัติหลักของทฤษฎีเซลล์สมัยใหม่:

สิ่งมีชีวิตทั้งหมดประกอบด้วยเซลล์ เซลล์เป็นหน่วยของโครงสร้าง การทำงาน การสืบพันธุ์ และการพัฒนาของสิ่งมีชีวิต ไม่มีชีวิตนอกเซลล์

เซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดมีโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีคล้ายคลึงกัน

เซลล์สามารถเกิดขึ้นได้จากเซลล์โดยการหารเท่านั้น

โครงสร้างเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดเป็นหลักฐานของความเป็นเอกภาพของแหล่งกำเนิด

คำจำกัดความสมัยใหม่ของเซลล์:

เซลล์เป็นระบบชีวภาพแบบเปิด ซึ่งถูกจำกัดโดยเมมเบรนแบบกึ่งซึมผ่านได้ ซึ่งประกอบด้วยนิวเคลียสและไซโทพลาซึม มีความสามารถในการควบคุมตนเองและการสืบพันธุ์ด้วยตนเอง

สิ่งมีชีวิตสองประเภทมีโครงสร้างเซลล์ - โปรคาริโอต (แบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงิน) และยูคาริโอต (รูปที่ 2.1) เซลล์ยูคาริโอตประกอบด้วยอุปกรณ์พื้นผิว (เยื่อหุ้มเซลล์) ไซโตพลาสซึมและนิวเคลียส

เยื่อหุ้มไซโตพลาสซึม

เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมทำหน้าที่สำคัญหลายประการ: สิ่งกีดขวาง (การแยกส่วน) กฎระเบียบ (ควบคุมการไหลของเมตาบอลิซึม) การขนส่ง (ให้แน่ใจว่ามีการซึมผ่านของสารผ่านการขนส่งแบบพาสซีฟและแอคทีฟ) โครงสร้างการแลกเปลี่ยน เยื่อหุ้มชีวภาพสร้างขึ้นจากไขมัน โปรตีน และ

คาร์โบไฮเดรต (รูปที่ 2.2) มีการเสนอแบบจำลองโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมหลายแบบ (แบบจำลอง "แซนวิช" - แบบจำลอง Danieli และ Dawson รุ่น Lenard เป็นต้น) เห็นได้ชัดว่าขึ้นอยู่กับฟังก์ชั่นมีเมมเบรนหลายประเภท ปัจจุบัน แบบจำลองโมเสกของไหลที่เสนอโดย Singer-Nicholson (1972) ถูกนำมาใช้เป็นพื้นฐาน ตามแบบจำลองนี้ เยื่อหุ้มประกอบด้วยชั้นไขมันสองโมเลกุล ซึ่งรวมถึงโมเลกุลโปรตีน

ลิปิดเป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ พวกมันมีหัวแบบมีขั้ว (แบบมีประจุ) และสายโซ่คาร์โบไฮเดรตแบบไม่มีขั้ว (แบบไม่มีขั้ว) แบบยาว โมเลกุลของไขมันหันหน้าเข้าหากันโดยปลายไม่มีขั้ว และขั้ว (หัว) ของพวกมันยังคงอยู่ด้านนอก ก่อตัวเป็นพื้นผิวที่ชอบน้ำ (รูปที่ 2.3)

โปรตีนเมมเบรนสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: อุปกรณ์ต่อพ่วง (ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับเมมเบรน) แช่ (กึ่งรวม) และเจาะ (อินทิกรัล) สร้างรูพรุนของเมมเบรน ตามหน้าที่ โปรตีนเมมเบรนแบ่งออกเป็นเอนไซม์ การขนส่ง โครงสร้าง และระเบียบข้อบังคับ

บนพื้นผิวด้านนอกของเมมเบรนในพลาสมา โมเลกุลของโปรตีนและไขมันสัมพันธ์กับสายโซ่คาร์โบไฮเดรต กลุ่มคาร์โบไฮเดรตทำหน้าที่เป็นตัวรับ เซลล์ได้รับความสามารถในการตอบสนองต่ออิทธิพลภายนอกโดยเฉพาะ ดังนั้นการทำงานร่วมกันของฮอร์โมนกับตัวรับ "ของตัวเอง" จากภายนอกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีนที่สำคัญซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นการตอบสนองของเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตอบสนองดังกล่าวสามารถแสดงออกในรูปแบบของ "ช่องทาง" ซึ่งสารละลายของสารบางชนิดเริ่มเข้าสู่เซลล์หรือถูกกำจัดออกจากเซลล์

หน้าที่ที่สำคัญอย่างหนึ่งของเมมเบรนคือการให้การติดต่อระหว่างเซลล์ในอวัยวะและเนื้อเยื่อ

ภายใต้เมมเบรนพลาสม่าที่ด้านข้างของไซโตพลาสซึมมีชั้นเยื่อหุ้มสมองและโครงสร้างไฟบริลภายในเซลล์ที่รับประกันความเสถียรทางกลของเมมเบรน

ในเซลล์พืช โครงสร้างที่หนาแน่นตั้งอยู่นอกเมมเบรน - ผนังเซลล์ประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์ (เซลลูโลส)

คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของไซโตพลาสซึมสัมพันธ์กับความสามารถในการส่งผ่านสารต่างๆ เข้าหรือออกจากเซลล์ นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อรักษาความคงตัวขององค์ประกอบ โมเลกุลและไอออนขนาดเล็กผ่านเยื่อหุ้มโดยการขนส่งแบบพาสซีฟและแอคทีฟ

การขนส่งแบบพาสซีฟเกิดขึ้นโดยไม่มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานโดยการแพร่กระจาย การออสโมซิส และการแพร่แบบอำนวยความสะดวก (รูปที่ 2.4) การแพร่กระจาย -

การขนส่งโมเลกุลและไอออนผ่านเมมเบรนจากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ กล่าวคือ ตามไล่ระดับความเข้มข้น หากสารละลายได้ดีในไขมัน สารจะแทรกซึมเข้าไปในเซลล์โดยการแพร่กระจายอย่างง่าย (ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์) การแพร่กระจายของน้ำผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบกึ่งซึมผ่านได้เรียกว่าออสโมซิส น้ำยังสามารถผ่านรูพรุนของเมมเบรนที่เกิดจากโปรตีนและมีโมเลกุลของไอออนและสารที่ละลายอยู่ในนั้น การแพร่กระจายที่อำนวยความสะดวกคือการขนส่งสารที่ไม่ละลายในไขมันและไม่ผ่านรูพรุนผ่านช่องไอออนด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนพาหะ

การขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบแอคทีฟเกิดขึ้นกับการใช้พลังงาน ATP และด้วยการมีส่วนร่วมของโปรตีนพาหะ มันดำเนินการกับระดับความเข้มข้น (นี่คือวิธีการขนส่งกรดอะมิโน น้ำตาล โพแทสเซียม โซเดียม แคลเซียมไอออน ฯลฯ) ตัวอย่างของแอกทีฟแทรมพอร์ตคือการทำงานของปั๊มโพแทสเซียมโซเดียม ความเข้มข้นของ K ภายในเซลล์สูงกว่าภายนอก 10-20 เท่า และ Na กลับกัน เพื่อรักษาความเข้มข้นนี้ ไอออน Na สามตัวจะถูกถ่ายโอนจากเซลล์สำหรับไอออน K ทุกๆ สอง K เข้าสู่เซลล์ กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับโปรตีนในเมมเบรนซึ่งทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ที่สลาย ATP ด้วยการปล่อยพลังงานที่จำเป็นสำหรับการทำงานของปั๊ม (รูปที่ 2.5. A)

การถ่ายโอนโมเลกุลขนาดใหญ่และอนุภาคขนาดใหญ่เข้าสู่เซลล์นั้นกระทำโดยเอนโดไซโทซิส และการกำจัดออกจากเซลล์ - โดยเอ็กโซไซโทซิส

ระหว่างการเกิด endocytosis (รูปที่ 2.5. B) เมมเบรนจะก่อให้เกิดการบุกรุกหรือผลพลอยได้ซึ่งจากนั้นการผูกมัดจะกลายเป็นถุงภายในเซลล์ที่มีผลิตภัณฑ์ที่เซลล์จับได้ กระบวนการนี้เกิดขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงานเอทีพี endocytosis มีสองประเภท - phagocytosis (การดูดซึมของอนุภาคขนาดใหญ่โดยเซลล์) และ pinocytosis (การดูดซึมของของเหลว)

เมมเบรนมีส่วนร่วมในการกำจัดสารออกจากเซลล์ในกระบวนการเอ็กโซไซโทซิส ด้วยวิธีนี้ ฮอร์โมน โปรตีน หยดไขมัน ฯลฯ จะถูกลบออกจากเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมประกอบด้วยสามชั้น:

ภายนอก - โปรตีน;

ไขมันชั้นกลาง - สองโมเลกุล;

ภายใน - โปรตีน

ความหนาของเมมเบรนอยู่ที่ 7.5-10 นาโนเมตร ชั้นไขมันสองโมเลกุลคือเมทริกซ์ของเมมเบรน โมเลกุลไขมันของชั้นทั้งสองมีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลโปรตีนที่แช่อยู่ในนั้น จาก 60 ถึง 75% ของไขมันเมมเบรนคือฟอสโฟลิปิด, คอเลสเตอรอล 15-30% โปรตีนส่วนใหญ่แสดงโดยไกลโคโปรตีน แยกแยะ โปรตีนอินทิกรัลครอบคลุมทั้งเมมเบรนและ อุปกรณ์ต่อพ่วงตั้งอยู่ด้านนอกหรือ พื้นผิวด้านใน.

โปรตีนอินทิกรัลสร้างช่องไอออนที่ให้การแลกเปลี่ยนไอออนบางอย่างระหว่างของเหลวภายนอกและภายในเซลล์ พวกมันยังเป็นเอนไซม์ที่ขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

โปรตีนต่อพ่วงคือตัวรับเคมีที่ผิวด้านนอกของเมมเบรน ซึ่งสามารถโต้ตอบกับสารออกฤทธิ์ทางสรีรวิทยาต่างๆ

หน้าที่ของเมมเบรน:

1. รับรองความสมบูรณ์ของเซลล์เป็นหน่วยโครงสร้างของเนื้อเยื่อ

ดำเนินการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างไซโตพลาสซึมและของเหลวนอกเซลล์

ให้การขนส่งไอออนและสารอื่น ๆ เข้าและออกจากเซลล์

สร้างการรับรู้และการประมวลผลข้อมูลที่มาถึงเซลล์ในรูปของสัญญาณเคมีและไฟฟ้า

กลไกการปลุกปั่นของเซลล์ ประวัติการศึกษาปรากฏการณ์ไบโออิเล็กทริก

โดยทั่วไป ข้อมูลที่ส่งในร่างกายจะอยู่ในรูปของสัญญาณไฟฟ้า (เช่น แรงกระตุ้นของเส้นประสาท) การปรากฏตัวของกระแสไฟฟ้าจากสัตว์เป็นครั้งแรกโดยนักธรรมชาติวิทยา (นักสรีรวิทยา) L. Galvani ในปี พ.ศ. 2329 เพื่อศึกษากระแสไฟในบรรยากาศ เขาแขวนขากบเตรียมประสาทและกล้ามเนื้อไว้บนตะขอทองแดง เมื่ออุ้งเท้าสัมผัสกับราวเหล็กของระเบียง กล้ามเนื้อจะหดตัว สิ่งนี้บ่งชี้ถึงการกระทำของกระแสไฟฟ้าบางชนิดต่อเส้นประสาทของการเตรียมกล้ามเนื้อและกล้ามเนื้อ กัลวานีพิจารณาว่าสิ่งนี้เกิดจากการมีกระแสไฟฟ้าในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตเอง อย่างไรก็ตาม A. Volta พบว่าแหล่งกำเนิดไฟฟ้าคือที่ที่โลหะสองชนิดที่ไม่เหมือนกันคือทองแดงและเหล็ก ในทางสรีรวิทยา ประสบการณ์คลาสสิกครั้งแรกของกัลวานีถือว่าเป็นการสัมผัสเส้นประสาทของการเตรียมกล้ามเนื้อด้วยแหนบ bimetallic ที่ทำจากทองแดงและเหล็ก เพื่อพิสูจน์กรณีของเขา Galvani ได้ผลิต ประสบการณ์ที่สอง. เขาโยนปลายประสาทที่กระตุ้นการเตรียมประสาทและกล้ามเนื้อเหนือการตัดกล้ามเนื้อของเขา ผลที่ได้คือการหดตัว อย่างไรก็ตาม ประสบการณ์นี้ไม่ได้โน้มน้าวใจคนรุ่นเดียวกันของกัลวานี ดังนั้น Matteuchi ชาวอิตาลีอีกคนหนึ่งจึงทำการทดลองต่อไปนี้ เขาซ้อนเส้นประสาทของการเตรียมกบประสาทและกล้ามเนื้อหนึ่งตัวบนกล้ามเนื้อที่สองซึ่งหดตัวภายใต้อิทธิพลของกระแสที่ระคายเคือง เป็นผลให้ยาตัวแรกก็เริ่มลดลงเช่นกัน สิ่งนี้บ่งชี้ถึงการถ่ายโอนไฟฟ้า (ศักยะงาน) จากกล้ามเนื้อหนึ่งไปยังอีกกล้ามเนื้อหนึ่ง การปรากฏตัวของความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างส่วนที่เสียหายและไม่เสียหายของกล้ามเนื้อถูกสร้างขึ้นอย่างถูกต้องเป็นครั้งแรกในศตวรรษที่ 19 โดยใช้เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแบบสตริง (แอมมิเตอร์) Matteuchi นอกจากนี้แผลยังมี ประจุลบและผิวของกล้ามเนื้อเป็นบวก

ไซโตพลาสซึม- ส่วนบังคับของเซลล์ซึ่งอยู่ระหว่างพลาสมาเมมเบรนและนิวเคลียส มันถูกแบ่งออกเป็นไฮยาโลพลาสซึม (สารหลักของไซโตพลาสซึม), ออร์แกเนลล์ (ส่วนประกอบถาวรของไซโตพลาสซึม) และการรวม (ส่วนประกอบชั่วคราวของไซโตพลาสซึม) องค์ประกอบทางเคมีของไซโตพลาสซึม: พื้นฐานคือน้ำ (60-90% ของมวลรวมของไซโตพลาสซึม) สารอินทรีย์ต่างๆและ สารประกอบอนินทรีย์. ไซโตพลาสซึมเป็นด่าง ลักษณะเฉพาะไซโตพลาสซึมของเซลล์ยูคาริโอต - การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง ( ไซโคลซิส). ตรวจพบโดยหลักการเคลื่อนที่ของเซลล์ออร์แกเนลล์ เช่น คลอโรพลาสต์ หากการเคลื่อนที่ของไซโตพลาสซึมหยุดลง เซลล์ก็จะตาย เพราะอยู่ใน ในการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องมันสามารถทำหน้าที่ของมันได้

ไฮยาโลพลาสซึม ( ไซโตซอล) เป็นสารละลายคอลลอยด์ที่ไม่มีสี ลื่นไหล หนา และโปร่งใส มันอยู่ในนั้นที่กระบวนการเผาผลาญทั้งหมดเกิดขึ้นมันให้การเชื่อมต่อระหว่างนิวเคลียสและออร์แกเนลล์ทั้งหมด ขึ้นอยู่กับความเด่นของส่วนของเหลวหรือโมเลกุลขนาดใหญ่ในไฮยาโลพลาสซึมไฮยาโลพลาสซึมสองรูปแบบมีความโดดเด่น: โซล- ไฮยาโลพลาสซึมของเหลวมากขึ้นและ เจล- ไฮยาโลพลาสซึมหนาแน่นขึ้น การเปลี่ยนแปลงร่วมกันเป็นไปได้ระหว่างพวกเขา: เจลจะกลายเป็นโซลและในทางกลับกัน

หน้าที่ของไซโตพลาสซึม:

1. การรวมส่วนประกอบทั้งหมดของเซลล์ไว้ในระบบเดียว
2. สภาพแวดล้อมสำหรับกระบวนการทางชีวเคมีและสรีรวิทยามากมาย
3. สิ่งแวดล้อมเพื่อการดำรงอยู่และการทำงานของออร์แกเนลล์

ผนังเซลล์

ผนังเซลล์จำกัดเซลล์ยูคาริโอต เยื่อหุ้มเซลล์แต่ละเซลล์สามารถแยกแยะได้อย่างน้อยสองชั้น ชั้นในติดกับไซโตพลาสซึมและแสดงโดย เมมเบรนพลาสม่า(คำพ้องความหมาย - พลาสมาเลมา, เยื่อหุ้มเซลล์, เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม) ซึ่งสร้างชั้นนอก ในเซลล์สัตว์จะบางและเรียกว่า glycocalyx(เกิดจากไกลโคโปรตีน ไกลโคลิปิด ไลโปโปรตีน) ใน เซลล์พืช- หนา เรียกว่า ผนังเซลล์(เกิดจากเซลลูโลส).

เยื่อหุ้มชีวภาพทั้งหมดมีลักษณะโครงสร้างและคุณสมบัติทั่วไป ปัจจุบันเป็นที่ยอมรับโดยทั่วไป แบบจำลองโมเสกของไหลของโครงสร้างเมมเบรน. พื้นฐานของเมมเบรนคือลิปิดไบเลเยอร์ซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากฟอสโฟลิปิด ฟอสโฟลิปิดเป็นไตรกลีเซอไรด์ซึ่งมีกรดไขมันตกค้างหนึ่งตัวถูกแทนที่ด้วยกรดฟอสฟอริกตกค้าง ส่วนของโมเลกุลที่มีกรดฟอสฟอริกตกค้างเรียกว่าหัวที่ชอบน้ำส่วนที่มีกรดไขมันตกค้างเรียกว่าหางไม่ชอบน้ำ ในเมมเบรน ฟอสโฟลิปิดถูกจัดเรียงอย่างเข้มงวด: หางที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุลหันเข้าหากัน และหัวที่ชอบน้ำหันออกไปด้านนอก เข้าหาน้ำ

นอกจากไขมันแล้ว เมมเบรนยังมีโปรตีน (โดยเฉลี่ย ≈ 60%) พวกมันกำหนดหน้าที่จำเพาะส่วนใหญ่ของเมมเบรน (การขนส่งของโมเลกุลบางอย่าง การเร่งปฏิกิริยาของปฏิกิริยา การรับและการแปลงสัญญาณจากสิ่งแวดล้อม ฯลฯ) แยกแยะ: 1) โปรตีนส่วนปลาย(อยู่บนพื้นผิวด้านนอกหรือด้านในของไขมัน bilayer) 2) โปรตีนกึ่งอินทิกรัล(แช่ใน lipid bilayer ถึงระดับความลึกต่างๆ), 3) โปรตีนอินทิกรัลหรือทรานส์เมมเบรน(ซึมผ่านเมมเบรนผ่านในขณะที่สัมผัสกับทั้งด้านนอกและ สภาพแวดล้อมภายในเซลล์). ในบางกรณี โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบเรียกว่า การสร้างช่องสัญญาณ (channel-forming) หรือช่อง (channel) เนื่องจากสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นช่องทางที่ชอบน้ำซึ่งโมเลกุลของขั้วจะผ่านเข้าไปในเซลล์ (ส่วนประกอบไขมันของเมมเบรนจะไม่ปล่อยให้ผ่าน)

เอ - หัวที่ชอบน้ำของฟอสโฟลิปิด; C, หางไม่ชอบน้ำของฟอสโฟลิปิด; 1 - บริเวณที่ไม่ชอบน้ำของโปรตีน E และ F; 2, บริเวณที่ชอบน้ำของโปรตีน F; 3 - สายโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่มีกิ่งแขนงติดกับไขมันในโมเลกุลไกลโคไลปิด (ไกลโคลิปิดพบได้น้อยกว่าไกลโคโปรตีน) 4 - โซ่โอลิโกแซ็กคาไรด์ที่แตกแขนงติดกับโปรตีนในโมเลกุลไกลโคโปรตีน 5 - ช่องชอบน้ำ (ทำหน้าที่เป็นรูพรุนซึ่งไอออนและโมเลกุลขั้วบางส่วนสามารถผ่านได้)

เมมเบรนอาจมีคาร์โบไฮเดรต (มากถึง 10%) ส่วนประกอบคาร์โบไฮเดรตของเมมเบรนแสดงด้วยโอลิโกแซ็กคาไรด์หรือโซ่โพลีแซ็กคาไรด์ที่เกี่ยวข้องกับโมเลกุลโปรตีน (ไกลโคโปรตีน) หรือลิพิด (ไกลโคลิปิด) โดยทั่วไป คาร์โบไฮเดรตจะอยู่ที่ผิวด้านนอกของเมมเบรน คาร์โบไฮเดรตให้หน้าที่ของตัวรับของเมมเบรน ในเซลล์สัตว์ ไกลโคโปรตีนจะก่อตัวเป็นเอพิเมมเบรนคอมเพล็กซ์ ซึ่งก็คือไกลโคคาลิกซ์ ซึ่งมีความหนาหลายสิบนาโนเมตร ตัวรับเซลล์จำนวนมากอยู่ในนั้นโดยช่วยให้เกิดการยึดเกาะของเซลล์

โมเลกุลของโปรตีน คาร์โบไฮเดรต และไขมันสามารถเคลื่อนที่ได้ในระนาบของเมมเบรน ความหนาของพลาสมาเมมเบรนประมาณ 7.5 นาโนเมตร

หน้าที่ของเมมเบรน

เมมเบรนทำหน้าที่ดังต่อไปนี้:

1. การแยกเนื้อหาเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก
2. การควบคุมการเผาผลาญระหว่างเซลล์และสิ่งแวดล้อม
3. การแบ่งเซลล์ออกเป็นส่วน ๆ ("ช่อง")
4. ตำแหน่งของ "สายพานลำเลียงเอนไซม์"
5. ให้การสื่อสารระหว่างเซลล์ในเนื้อเยื่อของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ (การยึดเกาะ)
6. การรับรู้สัญญาณ

ที่สำคัญที่สุด คุณสมบัติของเมมเบรน- การซึมผ่านแบบเลือกได้เช่น เมมเบรนสามารถซึมผ่านได้สูงในสารหรือโมเลกุลบางชนิด และซึมผ่านได้ไม่ดี (หรือไม่สามารถซึมผ่านได้ทั้งหมด) ไปยังสารอื่นๆ คุณสมบัตินี้รองรับหน้าที่ควบคุมของเมมเบรน ซึ่งรับประกันการแลกเปลี่ยนสารระหว่างเซลล์กับสภาพแวดล้อมภายนอก กระบวนการที่สารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เรียกว่า การขนส่งสาร. แยกแยะ: 1) การขนส่งแบบพาสซีฟ- กระบวนการส่งผ่านสารไปโดยไม่มีพลังงาน 2) การขนส่งที่ใช้งาน- กระบวนการส่งผ่านสารไปพร้อมกับต้นทุนพลังงาน

ที่ การขนส่งแบบพาสซีฟสารเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงกว่าไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า กล่าวคือ ตามไล่ระดับความเข้มข้น ในสารละลายใด ๆ มีโมเลกุลของตัวทำละลายและตัวถูกละลาย กระบวนการเคลื่อนที่ของโมเลกุลตัวถูกละลายเรียกว่าการแพร่ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลตัวทำละลายเรียกว่าออสโมซิส หากโมเลกุลมีประจุ การเคลื่อนตัวของโมเลกุลจะได้รับผลกระทบจากการไล่ระดับทางไฟฟ้า ดังนั้น เรามักพูดถึงการไล่ระดับไฟฟ้าเคมี ซึ่งรวมการไล่ระดับสีทั้งสองเข้าด้วยกัน ความเร็วของการขนส่งขึ้นอยู่กับขนาดของความลาดชัน

ประเภทของการขนส่งแบบพาสซีฟต่อไปนี้สามารถแยกแยะได้: 1) การแพร่กระจายง่าย- การขนส่งสารโดยตรงผ่าน lipid bilayer (ออกซิเจน, คาร์บอนไดออกไซด์) 2) การแพร่กระจายผ่านช่องเมมเบรน- การขนส่งผ่านโปรตีนที่สร้างช่อง (Na +, K +, Ca 2+, Cl -); 3) การแพร่กระจายที่สะดวก- การขนส่งสารโดยใช้โปรตีนขนส่งพิเศษ ซึ่งแต่ละตัวมีหน้าที่ในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหรือกลุ่มของโมเลกุลที่เกี่ยวข้อง (กลูโคส กรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์) สี่) ออสโมซิส— การขนส่งโมเลกุลของน้ำ (ทั้งหมด ระบบชีวภาพตัวทำละลายคือน้ำ)

ความต้องการ การขนส่งที่ใช้งานเกิดขึ้นเมื่อมีความจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าการถ่ายโอนโมเลกุลผ่านเมมเบรนกับการไล่ระดับเคมีไฟฟ้า การขนส่งนี้ดำเนินการโดยโปรตีนพาหะพิเศษซึ่งกิจกรรมนี้ต้องใช้พลังงาน แหล่งพลังงานคือ โมเลกุลเอทีพี. การขนส่งที่ใช้งานรวมถึง: 1) Na + /K + -pump (ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม), 2) endocytosis, 3) exocytosis

งานนา + /K + -ปั๊ม. สำหรับการทำงานปกติ เซลล์จะต้องรักษาอัตราส่วนของไอออน K + และ Na + ในไซโตพลาสซึมและในสภาพแวดล้อมภายนอก ความเข้มข้นของ K + ภายในเซลล์ควรสูงกว่าภายนอกอย่างมีนัยสำคัญ และ Na + - ในทางกลับกัน ควรสังเกตว่า Na + และ K + สามารถแพร่กระจายผ่านรูพรุนของเมมเบรนได้อย่างอิสระ ปั๊ม Na+/K+ จะตอบโต้การทำให้สมดุลของความเข้มข้นของไอออนเหล่านี้ และปั๊ม Na+ ออกจากเซลล์และ K+ เข้าไปในเซลล์อย่างแข็งขัน Na + /K + -pump เป็นโปรตีนเมมเบรนที่สามารถเปลี่ยนแปลงโครงสร้างได้ เพื่อให้สามารถเกาะติดทั้ง K + และ Na + ได้ วัฏจักรการทำงานของ Na + /K + -pump สามารถแบ่งออกเป็นขั้นตอนต่อไปนี้: 1) การยึด Na + จากด้านในของเมมเบรน 2) phosphorylation ของโปรตีนปั๊ม 3) การปลดปล่อย Na + ในเซลล์นอกเซลล์ ช่องว่าง 4) สิ่งที่แนบมาของ K + จากด้านนอกของเมมเบรน , 5) dephosphorylation ของโปรตีนปั๊ม 6) การปล่อย K + ในพื้นที่ภายในเซลล์ ปั๊มโซเดียมโพแทสเซียมใช้พลังงานเกือบหนึ่งในสามของพลังงานทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับชีวิตของเซลล์ ในระหว่างรอบการทำงานหนึ่งรอบ ปั๊มจะสูบ 3Na + จากเซลล์และปั๊มใน 2K +

เอนโดไซโทซิส- กระบวนการดูดซึมโดยเซลล์ของอนุภาคขนาดใหญ่และโมเลกุลขนาดใหญ่ endocytosis มีสองประเภท: 1) ฟาโกไซโตซิส- ดักจับและดูดซับอนุภาคขนาดใหญ่ (เซลล์, ส่วนของเซลล์, โมเลกุลขนาดใหญ่) และ 2) พิโนไซโทซิส- การจับและดูดซับของเหลว (สารละลาย, สารละลายคอลลอยด์, สารแขวนลอย) ปรากฏการณ์ phagocytosis ถูกค้นพบโดย I.I. Mechnikov ในปี 1882 ระหว่าง endocytosis พลาสมาเมมเบรนก่อให้เกิดการบุกรุกขอบของมันผสานและโครงสร้างที่คั่นด้วยไซโตพลาสซึมด้วยเมมเบรนเดียวจะถูกเจือเข้าไปในไซโตพลาสซึม โปรโตซัวจำนวนมากและเม็ดเลือดขาวบางชนิดมีความสามารถในการฟาโกไซโตซิส Pinocytosis พบได้ในเซลล์เยื่อบุผิวของลำไส้ใน endothelium ของเส้นเลือดฝอย

เอ็กโซไซโทซิส- กระบวนการย้อนกลับสู่เอนโดไซโทซิส: การขับถ่าย สารต่างๆจากเซลล์ ในระหว่างการ exocytosis เยื่อหุ้มถุงน้ำจะหลอมรวมกับเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมด้านนอกเนื้อหาของถุงจะถูกลบออกนอกเซลล์และเมมเบรนจะรวมอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมด้านนอก ด้วยวิธีนี้ ฮอร์โมนจะถูกขับออกจากเซลล์ของต่อมไร้ท่อ และในโปรโตซัว อาหารที่ไม่ได้ย่อยจะยังคงอยู่

ไปที่ การบรรยายครั้งที่ 5“ทฤษฎีเซลล์ ประเภทขององค์กรเซลลูล่าร์»

ไปที่ การบรรยายครั้งที่ 7"เซลล์ยูคาริโอต: โครงสร้างและหน้าที่ของออร์แกเนลล์"