غشاء الخلية- هذا غلاف خلية يؤدي الوظائف التالية: فصل محتويات الخلية و بيئة خارجية، النقل الانتقائي للمواد (التبادل مع البيئة الخارجية للخلية) ، موقع حدوث بعض التفاعلات الكيميائية الحيوية ، ارتباط الخلايا بالأنسجة والاستقبال.

تنقسم أغشية الخلايا إلى بلازما (داخل الخلايا) وخارجية. الخاصية الرئيسية لأي غشاء هي نفاذية ، أي القدرة على تمرير مواد معينة فقط. يسمح هذا بتبادل انتقائي بين الخلية والبيئة الخارجية ، أو التبادل بين أجزاء الخلية.

أغشية البلازما هي هياكل البروتين الدهني. تشكل الدهون تلقائيًا طبقة ثنائية (طبقة مزدوجة) ، و "تسبح" بروتينات الغشاء فيها. تحتوي الأغشية على عدة آلاف بروتينات مختلفة: الهيكلية ، الناقلات ، الإنزيمات ، إلخ. توجد مسام بين جزيئات البروتين التي تمر من خلالها المواد المحبة للماء (تمنع الطبقة الدهنية الثنائية اختراقها المباشر للخلية). ترتبط مجموعات الجليكوزيل (السكريات الأحادية والسكريات المتعددة) ببعض الجزيئات الموجودة على سطح الغشاء ، والتي تشارك في عملية التعرف على الخلايا أثناء تكوين الأنسجة.

الأغشية تختلف في سمكها ، عادة ما بين 5 و 10 نانومتر. يتم تحديد السماكة بحجم جزيء الدهن البرمائي وهو 5.3 نانومتر. ترجع الزيادة الأخرى في سمك الغشاء إلى حجم مجمعات بروتين الغشاء. يعتمد على الظروف الخارجية(المنظم هو الكوليسترول) يمكن أن يتغير هيكل الطبقة الثنائية بحيث تصبح أكثر كثافة أو سائلة - تعتمد سرعة حركة المواد على طول الأغشية على هذا.

تشمل أغشية الخلايا: غشاء البلازما ، غشاء النواة ، أغشية الشبكة الإندوبلازمية ، جهاز جولجي ، الجسيمات الحالة ، البيروكسيسومات ، الميتوكوندريا ، الشوائب ، إلخ.

الدهون غير قابلة للذوبان في الماء (كره الماء) ، ولكنها قابلة للذوبان بسهولة في المذيبات العضوية والدهون (ألفة للدهون). تكوين الدهون في أغشية مختلفة ليس هو نفسه. على سبيل المثال ، يحتوي غشاء البلازما على الكثير من الكوليسترول. من بين الدهون الموجودة في الغشاء ، الأكثر شيوعًا هي الفوسفوليبيدات (الجليسيروفوسفاتيدات) ، السفينجوميلين (السفينجوليبيدات) ، الجليكوليبيدات ، والكوليسترول.

تتكون الفسفوليبيدات ، السفينجوميلين ، الجليكوليبيدات من جزأين مختلفين وظيفيًا: غير مسعور غير قطبي ، والذي لا يحمل شحنات - "ذيول" ، ويتألف من أحماض دهنية، ومحبة للماء ، تحتوي على "رؤوس" قطبية مشحونة - مجموعات كحولية (على سبيل المثال ، الجلسرين).

يتكون الجزء الكاره للماء من الجزيء عادة من نوعين من الأحماض الدهنية. أحد الأحماض مقيد والثاني غير مشبع. هذا يحدد قدرة الدهون على تكوين هياكل غشاء من طبقتين (ثنائي الشحوم) بشكل تلقائي. تؤدي الدهون الغشائية الوظائف التالية: الحاجز ، النقل ، البيئة الدقيقة للبروتين ، المقاومة الكهربائيةأغشية.

تختلف الأغشية عن بعضها البعض من خلال مجموعة من جزيئات البروتين. تتكون العديد من بروتينات الغشاء من مناطق غنية بالأحماض الأمينية القطبية (الحاملة للشحنة) ومناطق بها أحماض أمينية غير قطبية (جلايسين ، ألانين ، فالين ، ليسين). توجد مثل هذه البروتينات في الطبقات الدهنية للأغشية بطريقة تجعل مناطقها غير القطبية ، كما كانت ، مغمورة في الجزء "الدهني" من الغشاء ، حيث توجد مناطق الدهون الكارهة للماء. يتفاعل الجزء القطبي (المحب للماء) من هذه البروتينات مع رؤوس الدهون ويتجه نحو المرحلة المائية.

الأغشية البيولوجية لها خصائص مشتركة:

أغشية - أنظمة مغلقة، والتي لا تسمح باختلاط محتويات الخلية ومقصوراتها. يمكن أن يؤدي انتهاك سلامة الغشاء إلى موت الخلية ؛

التنقل السطحي (المستوي ، الجانبي). في الأغشية ، هناك حركة مستمرة للمواد على السطح ؛

عدم تناسق الغشاء. إن بنية الطبقات الخارجية والسطحية غير متجانسة كيميائياً وبنيوياً ووظيفياً.

أغشية الخلايا: هيكلها ووظائفها

الأغشية لزجة للغاية وفي نفس الوقت هياكل بلاستيكية تحيط بجميع الخلايا الحية. وظائف أغشية الخلايا:

1. غشاء البلازما عبارة عن حاجز يحافظ على تركيبة مختلفة من البيئة خارج وداخل الخلايا.

2. تشكل الأغشية حجرات متخصصة داخل الخلية ، أي العديد من العضيات - الميتوكوندريا ، الجسيمات الحالة ، مجمع جولجي ، الشبكة الإندوبلازمية ، الأغشية النووية.

3. يتم ترجمة الإنزيمات المشاركة في تحويل الطاقة في عمليات مثل الفسفرة المؤكسدة والتمثيل الضوئي في الأغشية.

هيكل الغشاء

في عام 1972 ، اقترح Singer و Nicholson نموذج فسيفساء سائل لهيكل الغشاء. وفقًا لهذا النموذج ، فإن الأغشية العاملة عبارة عن محلول ثنائي الأبعاد من بروتينات كروية متكاملة مذابة في مصفوفة فسفوليبيد سائلة. وهكذا ، فإن الأغشية تعتمد على طبقة دهنية ثنائية الجزيئية ، مع ترتيب مرتب للجزيئات.

في هذه الحالة ، تتكون الطبقة المحبة للماء من الرأس القطبي للفوسفوليبيدات (بقايا الفوسفات مع الكولين أو الإيثانولامين أو السيرين المرتبطة به) وأيضًا بواسطة جزء الكربوهيدرات من الجليكوليبيدات. طبقة كارهة للماء - الجذور الهيدروكربونية للأحماض الدهنية و sphingosine phospholipids و glycolipids.

خصائص الغشاء:

1. نفاذية انتقائية. توفر الطبقة الثنائية المغلقة إحدى الخصائص الرئيسية للغشاء: فهي غير منفذة لمعظم الجزيئات القابلة للذوبان في الماء ، لأنها لا تذوب في لبها الكارهة للماء. تمتلك الغازات مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والنيتروجين القدرة على اختراق الخلية بسهولة نظرًا لصغر حجم الجزيئات والتفاعل الضعيف مع المذيبات. أيضا ، الجزيئات ذات الطبيعة الدهنية ، على سبيل المثال ، هرمونات الستيرويد ، تخترق بسهولة من خلال الطبقة الثنائية.

2. السيولة. تحتوي الطبقة الدهنية الثنائية على بنية بلورية سائلة ، حيث تكون الطبقة الدهنية سائلة بشكل عام ، ولكن هناك مناطق تصلب فيها ، على غرار الهياكل البلورية. على الرغم من ترتيب موضع جزيئات الدهون ، إلا أنها تحتفظ بالقدرة على الحركة. هناك نوعان من حركات الفسفوليبيد ممكنة: الشقلبة (تسمى "فليب فلوب" في الأدبيات العلمية) والانتشار الجانبي. في الحالة الأولى ، تتعارض جزيئات الفسفوليبيد مع بعضها البعض في الطبقة ثنائية الجزيء (أو الشقلبة) تجاه بعضها البعض وتغير الأماكن في الغشاء ، أي يصبح الخارج هو الداخل والعكس صحيح. ترتبط هذه القفزات بإنفاق الطاقة وهي نادرة جدًا. في كثير من الأحيان ، يتم ملاحظة الدوران حول المحور (الدوران) والانتشار الجانبي - حركة داخل الطبقة موازية لسطح الغشاء.

3. عدم تناسق الأغشية. تختلف أسطح نفس الغشاء في تكوين الدهون والبروتينات والكربوهيدرات (عدم التناسق العرضي). على سبيل المثال ، يسود الفوسفاتيديل كولين في الطبقة الخارجية ، بينما يسود الفوسفاتيديل إيثانولامين والفوسفاتيديل سيرين في الطبقة الداخلية. تأتي مكونات الكربوهيدرات للبروتينات السكرية والجليكوليبيد إلى السطح الخارجي ، وتشكل كيسًا مستمرًا يسمى glycocalyx. لا توجد كربوهيدرات على السطح الداخلي. توجد البروتينات - مستقبلات الهرمونات على السطح الخارجي لغشاء البلازما ، والإنزيمات التي تنظمها - إنزيم أدينيلاتي ، فسفوليباز ج - في الداخل ، إلخ.

بروتينات الغشاء

تعمل الدهون الفسفورية الغشائية كمذيب لبروتينات الغشاء ، مما يخلق بيئة مكروية يمكن أن تعمل فيها هذه الأخيرة. يختلف عدد البروتينات المختلفة في الغشاء من 6-8 في الشبكة الساركوبلازمية إلى أكثر من 100 في غشاء البلازما. هذه هي الإنزيمات ، وبروتينات النقل ، والبروتينات الهيكلية ، والمستضدات ، بما في ذلك مستضدات نظام التوافق النسيجي الرئيسي ، ومستقبلات الجزيئات المختلفة.

عن طريق التوطين في الغشاء ، تنقسم البروتينات إلى أجزاء متكاملة (مغمورة جزئيًا أو كليًا في الغشاء) وطرفية (موجودة على سطحها). بعض البروتينات المتكاملة تخترق الغشاء بشكل متكرر. على سبيل المثال ، المستقبلة الضوئية الشبكية والمستقبلات الأدرينالية β 2 يعبران الطبقة الثنائية 7 مرات.

نقل المادة والمعلومات عبر الأغشية

أغشية الخلايا ليست أقسامًا مغلقة بإحكام. تتمثل إحدى الوظائف الرئيسية للأغشية في تنظيم نقل المواد والمعلومات. يتم تنفيذ حركة الجزيئات الصغيرة عبر الغشاء 1) عن طريق الانتشار ، السلبي أو الميسر ، و 2) بالنقل النشط. يتم تنفيذ حركة الجزيئات الكبيرة عبر الغشاء 1) عن طريق الالتقام الخلوي و 2) عن طريق الإفراز الخلوي. يتم نقل الإشارات عبر الأغشية بمساعدة مستقبلات موضعية على السطح الخارجي لغشاء البلازما. في هذه الحالة ، تخضع الإشارة إما للتحول (على سبيل المثال ، الجلوكاجون cAMP) ، أو يتم استيعابها داخليًا ، مرتبطة بالالتقام الخلوي (على سبيل المثال ، مستقبل LDL - LDL).

الانتشار البسيط هو تغلغل المواد في الخلية على طول التدرج الكهروكيميائي. في هذه الحالة ، لا توجد تكاليف طاقة مطلوبة. يتم تحديد معدل الانتشار البسيط من خلال 1) تدرج تركيز الغشاء للمادة و 2) قابليتها للذوبان في الطبقة الكارهة للماء من الغشاء.

مع الانتشار الميسر ، يتم أيضًا نقل المواد عبر الغشاء على طول تدرج تركيز ، بدون تكاليف طاقة ، ولكن بمساعدة بروتينات حاملة غشائية خاصة. لذلك ، يختلف الانتشار الميسر عن الانتشار السلبي في عدد من المعلمات: 1) يتميز الانتشار الميسر بانتقائية عالية ، حيث يحتوي البروتين الحامل على مركز نشط مكمل للمادة المنقولة ؛ 2) معدل الانتشار الميسر قادر على الوصول إلى هضبة ، منذ ذلك الحين عدد الجزيئات الحاملة محدود.

تحمل بعض بروتينات النقل ببساطة مادة من جانب واحد من الغشاء إلى الجانب الآخر. يسمى هذا النقل البسيط منفذ أحادي سلبي. مثال على uniport هو GLUT ، وهو ناقل الجلوكوز الذي ينقل الجلوكوز عبر أغشية الخلايا. تعمل البروتينات الأخرى كنظم نقل مشترك حيث يعتمد نقل مادة واحدة على النقل المتزامن أو المتتابع لمادة أخرى إما في نفس الاتجاه - يسمى هذا النقل بالرمز السلبي أو في الاتجاه المعاكس - يسمى هذا النقل مضاد سلبي. تعمل حاويات الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، على وجه الخصوص ، ADP / ATP translocase ، وفقًا لآلية مضاد المنفذ السلبي.

مع النقل النشط ، يتم نقل المادة مقابل تدرج تركيز ، وبالتالي يرتبط بتكاليف الطاقة. إذا كان نقل الروابط عبر الغشاء مرتبطًا بإنفاق طاقة ATP ، فإن هذا النقل يسمى النقل النشط الأولي. مثال على ذلك Na + K + -ATPase و Ca 2+ -ATPase المترجمة في غشاء البلازما للخلايا البشرية و H +، K + -ATPase من الغشاء المخاطي في المعدة.

النقل النشط الثانوي. يعتمد نقل بعض المواد مقابل تدرج التركيز على النقل المتزامن أو المتسلسل لـ Na + (أيونات الصوديوم) على طول تدرج التركيز. في هذه الحالة ، إذا تم نقل الترابط في نفس اتجاه Na + ، فإن العملية تسمى symport النشط. وفقًا لآلية العرض النشط ، يتم امتصاص الجلوكوز من تجويف الأمعاء ، حيث يكون تركيزه منخفضًا. إذا تم نقل الترابط في الاتجاه المعاكس لأيونات الصوديوم ، فإن هذه العملية تسمى antiport النشط. مثال على ذلك هو مبادل غشاء البلازما Na + ، Ca 2+.

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.

بناء.

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. الناقلات العصبية ( مواد كيميائية، والتي تضمن توصيل النبضات العصبية) ترتبط أيضًا ببروتينات مستقبلات محددة للخلايا 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. هذا يسمح أيضا الجهاز المناعيالتعرف 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.

الغشاء المحيط بخلية الدم الطبيعية منفذ 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

في عام 1972 ، تم طرح نظرية مفادها أن غشاءًا منفذاً جزئيًا يحيط بالخلية ويؤدي عددًا من المهام الحيوية ، وبنية ووظائف أغشية الخلية هي: قضايا مهمةفيما يتعلق بسير عمل جميع الخلايا في الجسم. انتشر على نطاق واسع في القرن السابع عشر ، إلى جانب اختراع المجهر. أصبح معروفًا أن الأنسجة النباتية والحيوانية تتكون من خلايا ، ولكن نظرًا لانخفاض دقة الجهاز ، كان من المستحيل رؤية أي حواجز حول الخلية الحيوانية. في القرن العشرين ، تمت دراسة الطبيعة الكيميائية للغشاء بمزيد من التفصيل ، ووجد أن الدهون هي أساسها.

هيكل ووظائف أغشية الخلايا

يحيط غشاء الخلية بسيتوبلازم الخلايا الحية ، ويفصل فعليًا المكونات داخل الخلايا عن البيئة الخارجية. تحتوي الفطريات والبكتيريا والنباتات أيضًا على جدران خلوية توفر الحماية وتمنع مرور الجزيئات الكبيرة. تلعب أغشية الخلايا أيضًا دورًا في تطوير الهيكل الخلوي وربط الجسيمات الحيوية الأخرى بالمصفوفة خارج الخلية. هذا ضروري من أجل تجميعهم معًا ، وتشكيل أنسجة وأعضاء الجسم. تشمل السمات الهيكلية لغشاء الخلية النفاذية. الوظيفة الرئيسية هي الحماية. يتكون الغشاء من طبقة فوسفورية مع بروتينات مدمجة. يشارك هذا الجزء في عمليات مثل التصاق الخلية، والتوصيل الأيوني ، وأنظمة الإشارات ويعمل كسطح مرفق للعديد من الهياكل خارج الخلية ، بما في ذلك الجدار ، و glycocalyx ، والهيكل الخلوي الداخلي. يحافظ الغشاء أيضًا على إمكانات الخلية من خلال العمل كمرشح انتقائي. إنه قابل للنفاذ بشكل انتقائي للأيونات والجزيئات العضوية ويتحكم في حركة الجسيمات.

الآليات البيولوجية التي تنطوي على غشاء الخلية

1. الانتشار السلبي: يمكن لبعض المواد (الجزيئات الصغيرة ، الأيونات) ، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) والأكسجين (O2) ، أن تنتشر عبر غشاء البلازما. تعمل القشرة كحاجز أمام بعض الجزيئات والأيونات التي يمكن أن تتركز على كلا الجانبين.

2. قنوات وناقلات البروتين عبر الغشاء: يجب أن تدخل المغذيات مثل الجلوكوز أو الأحماض الأمينية إلى الخلية ، ويجب أن تتركها بعض المنتجات الأيضية.

3. الالتقام الخلوي هو العملية التي يتم من خلالها امتصاص الجزيئات. يحدث تشوه طفيف (انقلاب) في غشاء البلازما ، حيث يتم ابتلاع المادة المراد نقلها. إنها تتطلب طاقة وبالتالي فهي شكل من أشكال النقل النشط.

4. خروج الخلايا: يحدث في خلايا مختلفة لإزالة بقايا المواد غير المهضومة الناتجة عن الالتقام الخلوي ، لإفراز مواد مثل الهرمونات والإنزيمات ، ونقل المادة بالكامل عبر الحاجز الخلوي.

التركيب الجزيئي

غشاء الخلية عبارة عن غشاء بيولوجي ، يتكون أساسًا من الدهون الفوسفورية ويفصل محتويات الخلية بأكملها عن البيئة الخارجية. تحدث عملية التكوين بشكل عفوي مع الظروف الطبيعية. لفهم هذه العملية ووصف بنية ووظائف أغشية الخلايا ، بالإضافة إلى الخصائص بشكل صحيح ، من الضروري تقييم طبيعة الهياكل الفسفورية التي تتميز بالاستقطاب الهيكلي. عندما تصل الدهون الفسفورية في البيئة المائية للسيتوبلازم إلى تركيز حرج ، فإنها تتحد في المذيلات ، والتي تكون أكثر استقرارًا في البيئة المائية.

خصائص الغشاء

• استقرار. هذا يعني أنه بعد تشكيل الغشاء من غير المرجح أن يتفكك.
• قوة. يعتبر الغشاء الدهني موثوقًا بدرجة كافية لمنع مرور مادة قطبية ؛ لا يمكن لكل من المواد المذابة (الأيونات والجلوكوز والأحماض الأمينية) والجزيئات الأكبر (البروتينات) المرور عبر الحدود المشكلة.
• الطابع الديناميكي. ربما تكون هذه هي الخاصية الأكثر أهمية عند النظر في بنية الخلية. يمكن أن يتعرض غشاء الخلية لتشوهات مختلفة ، ويمكن أن يطوي وينحني دون أن ينهار. في ظل ظروف خاصة ، مثل اندماج الحويصلات أو التبرعم ، يمكن كسرها ، ولكن بشكل مؤقت فقط. في درجة حرارة الغرفة ، تكون مكوناته الدهنية في حركة فوضوية ثابتة ، وتشكل حدودًا ثابتة للسائل.

نموذج الفسيفساء السائل

عند الحديث عن هيكل ووظائف أغشية الخلايا ، من المهم ملاحظة ذلك في منظر حديثتم اعتبار الغشاء كنموذج فسيفساء سائل في عام 1972 من قبل العلماء سينجر ونيكلسون. تعكس نظريتهم ثلاث سمات رئيسية لهيكل الغشاء. توفر التكاملات قالب فسيفساء للغشاء ، وهي قادرة على الحركة الجانبية داخل الطائرة بسبب الطبيعة المتغيرة للتنظيم الدهني. يمكن أيضًا أن تكون بروتينات الغشاء متحركة. ميزة مهمةهيكل الغشاء هو عدم تناسقه. ما هو هيكل الخلية؟ غشاء الخلية والنواة والبروتينات وهلم جرا. الخلية هي الوحدة الأساسية للحياة ، وتتكون جميع الكائنات الحية من خلية واحدة أو أكثر ، ولكل منها حاجز طبيعي يفصلها عن بيئتها. هذا الحد الخارجيتسمى الخلايا أيضًا بغشاء البلازما. يتكون من أربعة أنواع مختلفةالجزيئات: الدهون الفوسفورية والكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات. يصف نموذج الفسيفساء السائل هيكل غشاء الخلية على النحو التالي: مرن ومرن ، متشابه في الاتساق مع زيت نباتي، بحيث تطفو جميع الجزيئات الفردية ببساطة في الوسط السائل ، وتكون جميعها قادرة على التحرك جانبًا داخل هذه القشرة. الفسيفساء هي شيء يحتوي على العديد من التفاصيل المختلفة. في غشاء البلازما ، يتم تمثيله بالفوسفوليبيدات وجزيئات الكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات.

الفوسفوليبيد

تشكل الفسفوليبيدات البنية الأساسية لغشاء الخلية. هذه الجزيئات لها نهايتان متميزتان: رأس وذيل. تحتوي نهاية الرأس على مجموعة فوسفاتية وهي محبة للماء. هذا يعني أنه ينجذب إلى جزيئات الماء. يتكون الذيل من ذرات الهيدروجين والكربون تسمى سلاسل الأحماض الدهنية. هذه السلاسل كارهة للماء ، ولا تحب الاختلاط بجزيئات الماء. تشبه هذه العملية ما يحدث عندما تصب الزيت النباتي في الماء ، أي أنه لا يذوب فيه. ترتبط السمات الهيكلية لغشاء الخلية بما يسمى طبقة ثنائية الدهون ، والتي تتكون من الدهون الفوسفورية. توجد رؤوس الفوسفات المحبة للماء دائمًا حيث يوجد ماء على شكل سائل داخل الخلايا وخارج الخلية. يتم تنظيم ذيول الفسفوليبيد الكارهة للماء في الغشاء بطريقة تجعلها بعيدة عن الماء.

الكوليسترول والبروتينات والكربوهيدرات

عندما يسمع الناس كلمة "كولسترول" ، يعتقد الناس عادة أنها سيئة. ومع ذلك ، فإن الكوليسترول هو في الواقع عنصر مهم للغاية في أغشية الخلايا. تتكون جزيئاته من أربع حلقات من ذرات الهيدروجين والكربون. إنها كارهة للماء وتحدث بين ذيول كارهة للماء في طبقة ثنائية الدهون. تكمن أهميتها في الحفاظ على الاتساق ، فهي تقوي الأغشية ، وتمنع التقاطع. تحافظ جزيئات الكوليسترول أيضًا على ذيول الفسفوليبيد من التلامس والتصلب. هذا يضمن السيولة والمرونة. تعمل بروتينات الغشاء كإنزيمات لتسريع التفاعلات الكيميائية ، أو تعمل كمستقبلات لجزيئات معينة ، أو تنقل المواد عبر غشاء الخلية.

توجد الكربوهيدرات أو السكريات فقط في الجانب خارج الخلية من غشاء الخلية. معا يشكلون glycocalyx. يوفر توسيدًا وحماية لغشاء البلازما. بناءً على بنية ونوع الكربوهيدرات في الكُلَان السكري ، يمكن للجسم التعرف على الخلايا وتحديد ما إذا كان ينبغي أن تكون هناك أم لا.

بروتينات الغشاء

لا يمكن تخيل بنية غشاء الخلية بدون عنصر مهم مثل البروتين. على الرغم من ذلك ، يمكن أن تكون أقل شأنا في الحجم من عنصر مهم آخر - الدهون. هناك ثلاثة أنواع رئيسية من بروتينات الغشاء.

• أساسي. إنها تغطي تمامًا البيئة ثنائية الطبقة والسيتوبلازم وخارج الخلية. يؤدون وظيفة النقل والإشارات.
• هامشي. ترتبط البروتينات بالغشاء عن طريق روابط كهروستاتيكية أو هيدروجينية على أسطحها السيتوبلازمية أو خارج الخلية. يشاركون بشكل أساسي كوسيلة للتعلق بالبروتينات المتكاملة.
• ترانسيمبرين. يؤدون وظائف إنزيمية وإشارات ، ويقومون أيضًا بتعديل البنية الأساسية للطبقة الدهنية الثنائية للغشاء.

وظائف الأغشية البيولوجية

يتحكم التأثير الكارثي للماء ، الذي ينظم سلوك الهيدروكربونات في الماء ، في الهياكل المكونة من دهون الأغشية وبروتينات الأغشية. يتم منح العديد من خصائص الأغشية بواسطة حاملات طبقات الدهون الثنائية ، والتي تشكل الهيكل الأساسي للجميع أغشية بيولوجية. يتم إخفاء بروتينات الغشاء المتكامل جزئيًا في طبقة ثنائية الدهون. بروتينات الغشاء لها منظمة متخصصةالأحماض الأمينية في تسلسلها الأساسي.

تشبه بروتينات الغشاء المحيطي إلى حد بعيد البروتينات القابلة للذوبان ، ولكنها أيضًا مرتبطة بالغشاء. أغشية الخلايا المتخصصة لها وظائف خلوية متخصصة. كيف تؤثر بنية ووظائف أغشية الخلايا على الجسم؟ تعتمد وظيفة الكائن الحي بأكمله على كيفية ترتيب الأغشية البيولوجية. من العضيات داخل الخلايا ، تفاعلات الأغشية خارج الخلية وبين الخلايا ، يتم إنشاء الهياكل اللازمة لتنظيم وأداء الوظائف البيولوجية. العديد من الهيكلية و الميزات الوظيفيةشائعة بين البكتيريا والفيروسات المغلفة. جميع الأغشية البيولوجية مبنية على طبقة ثنائية للدهون ، والتي تحدد وجود عدد منها الخصائص العامة. بروتينات الغشاء لها العديد من الوظائف المحددة.

• المتابعة. تحدد أغشية الخلايا في البلازما حدود تفاعل الخلية مع البيئة.
• ينقل. تنقسم الأغشية داخل الخلايا إلى عدة كتل وظيفية ذات تركيبة داخلية مختلفة ، كل منها مدعوم بالمواد الضرورية. وظيفة النقلإلى جانب إدارة النفاذية.
• نقل الإشارة. يوفر اندماج الغشاء آلية للإخطار الحويصلي داخل الخلايا ومنع أنواع مختلفة من الفيروسات من الدخول بحرية إلى الخلية.

الأهمية والاستنتاجات

يؤثر هيكل غشاء الخلية الخارجي على الجسم كله. يلعب دورًا مهمًا في حماية السلامة من خلال السماح فقط للمواد المختارة بالاختراق. كما أنها قاعدة جيدة لترسيخ الهيكل الخلوي وجدار الخلية ، مما يساعد في الحفاظ على شكل الخلية. تشكل الدهون حوالي 50٪ من كتلة الغشاء لمعظم الخلايا ، على الرغم من أن هذا يختلف باختلاف نوع الغشاء. هيكل غشاء الخلية الخارجية للثدييات أكثر تعقيدًا ، فهو يحتوي على أربعة فوسفوليبيدات رئيسية. من الخصائص المهمة لطبقات الليبيدات الثنائية أنها تتصرف مثل سائل ثنائي الأبعاد حيث يمكن للجزيئات الفردية أن تدور بحرية وتتحرك أفقيًا. هذه السيولة هي خاصية مهمة للأغشية ، والتي يتم تحديدها اعتمادًا على درجة الحرارة وتكوين الدهون. بسبب بنية الحلقة الهيدروكربونية ، يلعب الكوليسترول دورًا في تحديد سيولة الأغشية. تسمح الأغشية البيولوجية للجزيئات الصغيرة للخلية بالتحكم في بنيتها الداخلية والحفاظ عليها.

بالنظر إلى بنية الخلية (غشاء الخلية ، النواة ، وما إلى ذلك) ، يمكننا أن نستنتج أن الجسم عبارة عن نظام ذاتي التنظيم لا يمكن أن يؤذي نفسه دون مساعدة خارجية وسيبحث دائمًا عن طرق لاستعادة كل منهما وحمايته وعمله بشكل صحيح خلية.

الوحدة الهيكلية الأساسية للكائن الحي هي الخلية ، وهي عبارة عن قسم متمايز من السيتوبلازم محاط 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 ارتكاب العديد من الأخطاء الجسيمة ، اكتشف العلماء 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.

معنى

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 ، بسبب الرطوبة والمواد الغذائية ومنتجات الاضمحلال التي يمكن 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 في الخلية تكوين خاصعلى أساس 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 ، والبقية عبارة عن بروتينات نقل تحمل مواد مختلفةمن البيئة 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.

ملكيات

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. تحتوي أغشية البلازما في الخلايا الحيوانية على طبقة بروتين سكري على جانبها الخارجي ، والتي تؤدي وظائف المستقبلات والإشارات ، كما تلعب أيضًا دور كبيرفي عملية دمج الخلايا في الأنسجة. غشاء الخلية قطبي الخارجالشحنة موجبة وفي الداخل سالبة. بالإضافة إلى كل ما سبق ، فإن غشاء الخلية لديه رؤية انتقائية.

هذا يعني أنه بالإضافة إلى الماء ، يُسمح فقط لمجموعة معينة من الجزيئات والأيونات من المواد الذائبة بالدخول إلى الخلية. 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. يتم تضمين هذه الميزة 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 التجويف أكبر حتى يدخل الجسيم المحيط في سيتوبلازم الخلية. من خلال البلعمة ، يتم تغذية بعض الأوليات ، مثل الأميبا ، وكذلك خلايا الدم - الكريات البيض والخلايا البلعمية. وبالمثل ، تمتص الخلايا السائل الذي يحتوي على ما هو ضروري مادة مفيدة. 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 الخارجية الموجودة أعلى 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 توسيعًا كبيرًا لمساحة سطح الخلية الكلية ، وتحسينها عمليات التمثيل الغذائي. يتكون هذا التركيب الجزيئي من 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 النشاط الفسيولوجي لأغشية الخلايا ودورها في وجود الخلايا والأنسجة.