غشاء الخلية. وظائف غشاء الخلية. هيكل غشاء الخلية. ما هي وظيفة غشاء الخلية الخارجية؟ هيكل غشاء الخلية الخارجي

تتكون جميع الكائنات الحية على الأرض من خلايا ، وكل خلية محاطة بقشرة واقية - غشاء. ومع ذلك ، فإن وظائف الغشاء لا تقتصر على حماية العضيات وفصل خلية عن أخرى. غشاء الخلية عبارة عن آلية معقدة تشارك بشكل مباشر في التكاثر والتجديد والتغذية والتنفس والعديد من وظائف الخلية المهمة الأخرى.

مصطلح "غشاء الخلية" يُستخدم منذ حوالي مائة عام. كلمة "غشاء" في الترجمة من اللاتينية تعني "فيلم". ولكن في حالة غشاء الخلية ، سيكون من الأصح الحديث عن مزيج من فيلمين مترابطين بطريقة معينة ، علاوة على ذلك ، فإن الجوانب المختلفة لهذه الأفلام لها خصائص مختلفة.

غشاء الخلية (الغشاء الخلوي ، غشاء البلازما) عبارة عن غلاف مكون من ثلاث طبقات من البروتين الدهني (بروتين دهني) يفصل كل خلية عن الخلايا المجاورة والبيئة ، ويقوم بتبادل متحكم فيه بين الخلايا والبيئة.

من الأهمية الحاسمة في هذا التعريف ألا يفصل غشاء الخلية خلية عن أخرى ، بل يضمن تفاعلها مع الخلايا الأخرى والبيئة. الغشاء عبارة عن هيكل خلية نشط للغاية يعمل باستمرار ، حيث يتم تعيين العديد من الوظائف بواسطة الطبيعة. من مقالتنا ، سوف تتعلم كل شيء عن تكوين غشاء الخلية وبنيته وخصائصه ووظائفه ، فضلاً عن الخطر الذي يشكله على صحة الإنسان من خلال الاضطرابات في أداء أغشية الخلايا.

تاريخ أبحاث غشاء الخلية

في عام 1925 ، تمكن عالمان ألمانيان ، جورتر وجريندل ، من إجراء تجربة معقدة على خلايا الدم الحمراء البشرية ، كريات الدم الحمراء. باستخدام الصدمة التناضحية ، حصل الباحثون على ما يسمى بـ "الظلال" - قذائف فارغة من خلايا الدم الحمراء ، ثم وضعوها في كومة واحدة وقاسوا مساحة السطح. كانت الخطوة التالية هي حساب كمية الدهون في غشاء الخلية. بمساعدة الأسيتون ، عزل العلماء الدهون من "الظلال" وقرروا أنها كافية فقط لطبقة مزدوجة مستمرة.

ومع ذلك ، أثناء التجربة ، تم ارتكاب خطأين فادحين:

لا يسمح استخدام الأسيتون بعزل جميع الدهون من الأغشية ؛

تم حساب مساحة سطح "الظلال" بالوزن الجاف ، وهو أيضًا غير صحيح.

نظرًا لأن الخطأ الأول أعطى علامة سالبة في الحسابات ، والخطأ الثاني أعطى علامة زائد ، فقد تبين أن النتيجة الإجمالية كانت دقيقة بشكل مدهش ، وقد جلب العلماء الألمان أهم اكتشاف للعالم العلمي - طبقة ثنائية الدهون في غشاء الخلية.

في عام 1935 ، توصل باحثان آخران ، دانييلي وداوسون ، بعد تجارب طويلة على أغشية ثنائية الدهون ، إلى استنتاج مفاده أن البروتينات موجودة في أغشية الخلايا. لم تكن هناك طريقة أخرى لشرح سبب ارتفاع التوتر السطحي في هذه الأفلام. قدم العلماء للجمهور نموذجًا تخطيطيًا لغشاء الخلية ، يشبه الساندويتش ، حيث تلعب طبقات البروتين الدهني المتجانسة دور شرائح الخبز ، وبينها بدلاً من الزيت يكون الفراغ.

في عام 1950 ، بمساعدة المجهر الإلكتروني الأول ، تم تأكيد نظرية دانييلي داوسون جزئيًا - أظهرت الصور المجهرية لغشاء الخلية بوضوح طبقتين تتكونان من رؤوس دهنية وبروتينية ، وبينهما مساحة شفافة مليئة فقط بذيول من الدهون و البروتينات.

في عام 1960 ، مسترشدًا بهذه البيانات ، طور عالم الأحياء الدقيقة الأمريكي جيه روبرتسون نظرية حول بنية أغشية الخلايا المكونة من ثلاث طبقات ، والتي كانت تعتبر لفترة طويلة النظرية الوحيدة الحقيقية. ومع ذلك ، مع تطور العلم ، ولدت المزيد والمزيد من الشكوك حول تجانس هذه الطبقات. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية ، فإن مثل هذه البنية غير مواتية للغاية - سيكون من الصعب جدًا على الخلايا نقل المواد داخل وخارج "الشطيرة" بأكملها. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن أغشية الخلايا للأنسجة المختلفة لها سماكة مختلفة وطريقة ربط مختلفة ، ويرجع ذلك إلى وظائف الأعضاء المختلفة.

في عام 1972 ، قام علماء الأحياء الدقيقة S.D. سينجر و ج. كان نيكلسون قادرًا على شرح جميع التناقضات في نظرية روبرتسون بمساعدة نموذج فسيفساء سائل جديد لغشاء الخلية. وجد العلماء أن الغشاء غير متجانس وغير متماثل ومليء بالسائل وأن خلاياه في حركة مستمرة. والبروتينات التي تتكون منها لها بنية وهدف مختلفان ، بالإضافة إلى أنها تقع بشكل مختلف بالنسبة للطبقة ثنائية الدهون من الغشاء.

تحتوي أغشية الخلايا على ثلاثة أنواع من البروتينات:

محيطي - متصل بسطح الفيلم ؛

شبه متكامل- تخترق جزئيًا طبقة البليبيد ؛

لا يتجزأ - تخترق الغشاء بالكامل.

ترتبط البروتينات الطرفية برؤوس الدهون الغشائية من خلال التفاعل الكهروستاتيكي ، ولا تشكل أبدًا طبقة مستمرة كما كان يعتقد سابقًا.وتعمل البروتينات شبه المتكاملة والمتكاملة على نقل الأكسجين والمواد المغذية إلى الخلية ، بالإضافة إلى إزالة التحلل منتجات منه وأكثر للعديد من الميزات المهمة ، والتي ستتعرف عليها لاحقًا.

يؤدي غشاء الخلية الوظائف التالية:

الحاجز - نفاذية الغشاء لأنواع مختلفة من الجزيئات ليست هي نفسها ، لتجاوز غشاء الخلية ، يجب أن يكون للجزيء حجم معين ، وخصائص كيميائية وشحنة كهربائية. الجزيئات الضارة أو غير الملائمة ، بسبب وظيفة الحاجز لغشاء الخلية ، ببساطة لا تستطيع دخول الخلية. على سبيل المثال ، بمساعدة تفاعل البيروكسيد ، يحمي الغشاء السيتوبلازم من البيروكسيدات التي تشكل خطورة عليه ؛

النقل - يمر التبادل السلبي والنشط والمنظم والانتقائي عبر الغشاء. الأيض السلبي مناسب للمواد القابلة للذوبان في الدهون والغازات التي تتكون من جزيئات صغيرة جدًا. تخترق هذه المواد داخل الخلية وخارجها دون إنفاق للطاقة ، بحرية ، عن طريق الانتشار. يتم تنشيط وظيفة النقل النشط لغشاء الخلية عند الضرورة ، ولكن يجب نقل المواد التي يصعب نقلها داخل الخلية أو خارجها. على سبيل المثال ، أولئك الذين لديهم حجم جزيئي كبير ، أو غير قادرين على عبور الطبقة ثنائية الشحوم بسبب كره الماء. ثم تبدأ مضخات البروتين في العمل ، بما في ذلك ATPase ، وهو المسؤول عن امتصاص أيونات البوتاسيوم في الخلية وطرد أيونات الصوديوم منها. النقل المنظم ضروري لوظائف الإفراز والتخمير ، مثل عندما تنتج الخلايا وتفرز الهرمونات أو العصارة المعدية. كل هذه المواد تخرج من الخلايا من خلال قنوات خاصة وفي حجم معين. وترتبط وظيفة النقل الانتقائي بالبروتينات المتكاملة للغاية التي تخترق الغشاء وتعمل كقناة لدخول وخروج أنواع محددة بدقة من الجزيئات ؛

المصفوفة - يحدد غشاء الخلية ويثبت موقع العضيات بالنسبة لبعضها البعض (النواة ، الميتوكوندريا ، البلاستيدات الخضراء) وينظم التفاعل بينها ؛

ميكانيكي - يضمن تقييد خلية من خلية أخرى ، وفي نفس الوقت ، التوصيل الصحيح للخلايا بنسيج متجانس ومقاومة الأعضاء للتشوه ؛

الحماية - في كل من النباتات والحيوانات ، يعمل غشاء الخلية كأساس لبناء إطار وقائي. مثال على ذلك الخشب الصلب ، قشر كثيف ، أشواك شائكة. في عالم الحيوان ، هناك أيضًا العديد من الأمثلة على الوظيفة الوقائية لأغشية الخلايا - قوقعة السلحفاة ، والصدفة الكيتينية ، والحوافر والقرون ؛

الطاقة - ستكون عمليات التمثيل الضوئي والتنفس الخلوي مستحيلة بدون مشاركة بروتينات غشاء الخلية ، لأن الخلايا تتبادل الطاقة بمساعدة قنوات البروتين ؛

مستقبل - قد يكون للبروتينات الموجودة في غشاء الخلية وظيفة مهمة أخرى. وهي تعمل كمستقبلات تستقبل الخلية من خلالها إشارة من الهرمونات والناقلات العصبية. وهذا بدوره ضروري لتوصيل النبضات العصبية والمسار الطبيعي للعمليات الهرمونية ؛

إنزيمية - وظيفة مهمة أخرى متأصلة في بعض بروتينات أغشية الخلايا. على سبيل المثال ، في ظهارة الأمعاء ، يتم تصنيع الإنزيمات الهاضمة بمساعدة هذه البروتينات ؛

القدرة الحيوية- تركيز أيونات البوتاسيوم داخل الخلية أعلى بكثير من تركيزه في الخارج ، كما أن تركيز أيونات الصوديوم ، على العكس من ذلك ، أكبر في الخارج منه في الداخل. وهذا ما يفسر الاختلاف المحتمل: داخل الخلية تكون الشحنة سالبة ، وخارجها تكون موجبة ، مما يساهم في حركة المواد داخل الخلية وخارجها في أي من أنواع التمثيل الغذائي الثلاثة - البلعمة ، والتضخم ، وإخراج الخلايا ؛

وضع العلامات - على سطح أغشية الخلايا هناك ما يسمى ب "الملصقات" - مستضدات تتكون من بروتينات سكرية (بروتينات ذات سلاسل جانبية متفرعة قليلة السكاريد متصلة بها). نظرًا لأن السلاسل الجانبية يمكن أن تحتوي على مجموعة كبيرة ومتنوعة من التكوينات ، فإن كل نوع من الخلايا يتلقى تسمية فريدة خاصة به تسمح للخلايا الأخرى في الجسم بالتعرف عليها "عن طريق البصر" والاستجابة لها بشكل صحيح. لهذا السبب ، على سبيل المثال ، تتعرف الخلايا المناعية البشرية ، الضامة ، بسهولة على شخص أجنبي دخل الجسم (عدوى ، فيروس) ومحاولة تدميره. يحدث الشيء نفسه مع الخلايا المريضة والمتحورة والقديمة - يتغير الملصق الموجود على غشاء الخلية ويتخلص الجسم منها.

يحدث التبادل الخلوي عبر الأغشية ، ويمكن إجراؤه من خلال ثلاثة أنواع رئيسية من التفاعلات:

البلعمة هي عملية خلوية تقوم فيها الخلايا البلعمية المدمجة في الغشاء بالتقاط وهضم الجزيئات الصلبة من العناصر الغذائية. في جسم الإنسان ، تتم عملية البلعمة بواسطة أغشية من نوعين من الخلايا: الخلايا الحبيبية (الكريات البيض الحبيبية) والضامة (الخلايا القاتلة المناعية) ؛

كثرة الخلايا البينية هي عملية التقاط الجزيئات السائلة التي تتلامس معها عن طريق سطح غشاء الخلية. للتغذية حسب نوع كثرة الخلايا ، تنمو الخلية نواتج رقيقة رقيقة على شكل هوائيات على غشاءها ، والتي ، كما كانت ، تحيط بقطرة من السائل ، ويتم الحصول على فقاعة. أولاً ، تبرز هذه الحويصلة فوق سطح الغشاء ، ثم "تبتلع" - تختبئ داخل الخلية ، وتندمج جدرانها مع السطح الداخلي لغشاء الخلية. يحدث كثرة الخلايا في جميع الخلايا الحية تقريبًا ؛

خروج الخلايا هو عملية عكسية يتم فيها تكوين حويصلات بسائل وظيفي إفرازي (إنزيم ، هرمون) داخل الخلية ، ويجب بطريقة ما إزالتها من الخلية إلى البيئة. للقيام بذلك ، تندمج الفقاعة أولاً مع السطح الداخلي لغشاء الخلية ، ثم تنتفخ للخارج ، وتنفجر ، وتطرد المحتويات وتندمج مرة أخرى مع سطح الغشاء ، هذه المرة من الخارج. يحدث خروج الخلايا ، على سبيل المثال ، في خلايا الظهارة المعوية والقشرة الكظرية.

تحتوي أغشية الخلايا على ثلاث فئات من الدهون:

الفسفوليبيدات.

جليكوليبيدات.

الكوليسترول.

تتكون الفسفوليبيدات (مزيج من الدهون والفوسفور) وجليكوليبيدات (مزيج من الدهون والكربوهيدرات) ، بدورها ، من رأس محب للماء ، يمتد منه ذيلان طويلين كارهين للماء. لكن الكوليسترول أحيانًا يحتل الفراغ بين هذين الذيلين ولا يسمح لهما بالانحناء ، مما يجعل أغشية بعض الخلايا صلبة. بالإضافة إلى ذلك ، تعمل جزيئات الكوليسترول على تبسيط بنية أغشية الخلايا وتمنع انتقال الجزيئات القطبية من خلية إلى أخرى.

لكن أهم مكون ، كما يتضح من القسم السابق حول وظائف أغشية الخلايا ، هو البروتينات. إن تكوينها والغرض منها وموقعها متنوع للغاية ، ولكن هناك شيء مشترك يوحدهم جميعًا: توجد دائمًا الدهون الحلقية حول بروتينات أغشية الخلايا. وهي دهون خاصة منظمة بشكل واضح ومستقرة وتحتوي على المزيد من الأحماض الدهنية المشبعة في تركيبها ، ويتم إطلاقها من الأغشية جنبًا إلى جنب مع البروتينات "المدعومة". هذا نوع من الغلاف الواقي الشخصي للبروتينات ، والتي بدونها لن تعمل ببساطة.

يتكون غشاء الخلية من ثلاث طبقات. توجد طبقة سائلة متجانسة نسبيًا في الوسط ، وتغطيها البروتينات على كلا الجانبين بنوع من الفسيفساء ، تخترق السماكة جزئيًا. بمعنى أنه سيكون من الخطأ الاعتقاد بأن طبقات البروتين الخارجية لأغشية الخلايا مستمرة. البروتينات ، بالإضافة إلى وظائفها المعقدة ، ضرورية في الغشاء لكي تمر داخل الخلايا وتنقل منها تلك المواد التي لا تستطيع اختراق الطبقة الدهنية. على سبيل المثال ، أيونات البوتاسيوم والصوديوم. بالنسبة لهم ، يتم توفير هياكل بروتينية خاصة - القنوات الأيونية ، والتي سنناقشها بمزيد من التفصيل أدناه.

إذا نظرت إلى غشاء الخلية من خلال مجهر ، يمكنك أن ترى طبقة من الدهون تكونت من أصغر الجزيئات الكروية ، والتي تطفو على طولها ، مثل البحر ، خلايا بروتينية كبيرة بأشكال مختلفة. تقسم الأغشية نفسها المساحة الداخلية لكل خلية إلى أجزاء حيث توجد النواة والبلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا بشكل مريح. إذا لم تكن هناك "غرف" منفصلة داخل الخلية ، فإن العضيات ستلتصق ببعضها البعض ولن تكون قادرة على أداء وظائفها بشكل صحيح.

الخلية عبارة عن مجموعة من العضيات منظمة ومحددة بواسطة أغشية ، والتي تشارك في مجموعة معقدة من عمليات الطاقة والتمثيل الغذائي والمعلوماتية والتكاثرية التي تضمن النشاط الحيوي للكائن الحي.

كما يتضح من هذا التعريف ، فإن الغشاء هو أهم مكون وظيفي لأي خلية. أهميته كبيرة مثل أهمية النواة والميتوكوندريا وعضيات الخلية الأخرى. وترجع الخصائص الفريدة للغشاء إلى هيكله: فهو يتكون من فيلمين ملتصقين معًا بطريقة خاصة. توجد جزيئات الفسفوليبيد في الغشاء برؤوس محبة للماء إلى الخارج وذيول كارهة للماء إلى الداخل. لذلك ، أحد جوانب الفيلم مبلل بالماء ، بينما الآخر غير مبلل. لذلك ، ترتبط هذه الأفلام ببعضها البعض بجوانب غير قابلة للبلل إلى الداخل ، وتشكل طبقة ثنائية الشحوم محاطة بجزيئات بروتينية. هذا هو الهيكل "الشطري" لغشاء الخلية.

القنوات الأيونية لأغشية الخلايا

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في مبدأ تشغيل القنوات الأيونية. ما الذي يحتاجون إليه؟ الحقيقة هي أن المواد القابلة للذوبان في الدهون فقط هي التي يمكنها اختراق الغشاء الدهني بحرية - وهذه هي الغازات والكحول والدهون نفسها. لذلك ، على سبيل المثال ، يوجد في خلايا الدم الحمراء تبادل مستمر للأكسجين وثاني أكسيد الكربون ، ولهذا لا يضطر جسمنا إلى اللجوء إلى أي حيل إضافية. ولكن ماذا عن متى يصبح من الضروري نقل المحاليل المائية ، مثل أملاح الصوديوم والبوتاسيوم ، عبر غشاء الخلية؟

سيكون من المستحيل تمهيد الطريق لمثل هذه المواد في الطبقة ثنائية الشحميات ، حيث أن الثقوب سوف تشد فورًا وتلتصق ببعضها البعض ، مثل بنية أي نسيج دهني. لكن الطبيعة ، كما هو الحال دائمًا ، وجدت طريقة للخروج من الموقف وأنشأت هياكل خاصة لنقل البروتين.

هناك نوعان من البروتينات الموصلة:

الناقلات عبارة عن مضخات بروتينية شبه متكاملة ؛

تعد مشكّلات القناة بروتينات متكاملة.

تنغمس البروتينات من النوع الأول جزئيًا في الطبقة ثنائية الشحوم من غشاء الخلية ، وتنظر برؤوسها ، وفي وجود المادة المرغوبة ، تبدأ في التصرف كمضخة: فهي تجذب الجزيء وتمتصه في زنزانة. والبروتينات من النوع الثاني ، متكامل ، لها شكل ممدود وتقع بشكل عمودي على الطبقة ثنائية الشحميات من غشاء الخلية ، وتخترقها من خلالها ومن خلالها. من خلالهم ، كما هو الحال من خلال الأنفاق ، تنتقل المواد غير القادرة على المرور عبر الدهون إلى داخل الخلية وخارجها. من خلال القنوات الأيونية ، تخترق أيونات البوتاسيوم الخلية وتتراكم فيها ، بينما يتم إخراج أيونات الصوديوم ، على العكس من ذلك. هناك اختلاف في الجهد الكهربائي ، وهو أمر ضروري للعمل السليم لجميع خلايا الجسم.

أهم الاستنتاجات حول بنية ووظائف أغشية الخلايا

تبدو النظرية دائمًا مثيرة للاهتمام وواعدة إذا كان من الممكن تطبيقها بشكل مفيد في الممارسة العملية. سمح اكتشاف بنية ووظائف أغشية الخلايا في جسم الإنسان للعلماء بإحداث اختراق حقيقي في العلوم بشكل عام ، وفي الطب بشكل خاص. ليس من قبيل المصادفة أننا ركزنا على القنوات الأيونية بمثل هذه التفاصيل ، لأن هنا تكمن الإجابة على أحد أهم الأسئلة في عصرنا: لماذا يمرض الناس بشكل متزايد بسبب الأورام؟

يودي السرطان بحياة حوالي 17 مليون شخص في جميع أنحاء العالم كل عام وهو رابع سبب رئيسي لجميع الوفيات. وفقًا لمنظمة الصحة العالمية ، فإن حالات الإصابة بالسرطان تتزايد باطراد ، وبحلول نهاية عام 2020 قد تصل إلى 25 مليونًا سنويًا.

ما الذي يفسر الوباء الحقيقي للسرطان ، وما علاقة وظيفة أغشية الخلايا به؟ ستقولون: السبب في الظروف البيئية السيئة وسوء التغذية والعادات السيئة والوراثة الشديدة. وبالطبع ستكون على حق ، لكن إذا تحدثنا عن المشكلة بمزيد من التفصيل ، فإن السبب هو تحمض جسم الإنسان. العوامل السلبية المذكورة أعلاه تؤدي إلى اضطراب أغشية الخلايا وتثبط التنفس والتغذية.

عندما يجب أن يكون هناك علامة زائد ، يتم تكوين ناقص ، ولا يمكن للخلية أن تعمل بشكل طبيعي. لكن الخلايا السرطانية لا تحتاج إلى أكسجين أو بيئة قلوية - فهي قادرة على استخدام نوع من التغذية اللاهوائية. لذلك ، في ظروف تجويع الأكسجين ومستويات الأس الهيدروجيني خارج النطاق ، تتحور الخلايا السليمة ، وترغب في التكيف مع البيئة ، وتصبح خلايا سرطانية. هذه هي الطريقة التي يصاب بها الإنسان بالسرطان. لتجنب ذلك ، تحتاج فقط إلى شرب كمية كافية من الماء النظيف يوميًا ، والتخلي عن المواد المسرطنة في الطعام. ولكن ، كقاعدة عامة ، يدرك الناس جيدًا المنتجات الضارة والحاجة إلى مياه عالية الجودة ، ولا يفعلون شيئًا - فهم يأملون أن تتخطى المشاكل.

من خلال معرفة ميزات بنية ووظائف أغشية الخلايا للخلايا المختلفة ، يمكن للأطباء استخدام هذه المعلومات لتوفير تأثيرات علاجية مستهدفة وموجهة على الجسم. تبحث العديد من الأدوية الحديثة ، التي تدخل أجسامنا ، عن "الهدف" الصحيح ، والذي يمكن أن يكون قنوات أيونية ، وإنزيمات ، ومستقبلات ، ومؤشرات حيوية لأغشية الخلايا. تسمح لك طريقة العلاج هذه بتحقيق نتائج أفضل مع الحد الأدنى من الآثار الجانبية.

المضادات الحيوية من الجيل الأحدث ، عند إطلاقها في الدم ، لا تقتل جميع الخلايا على التوالي ، ولكنها تبحث عن خلايا العامل الممرض بالضبط ، مع التركيز على العلامات الموجودة في أغشية الخلايا. أحدث الأدوية المضادة للصداع النصفي ، أدوية التريبتان ، تعمل فقط على تقليص الأوعية الدموية الملتهبة في الدماغ ، دون أي تأثير تقريبًا على القلب والجهاز الدوري المحيطي. ويتعرفون على الأوعية الضرورية بدقة عن طريق بروتينات أغشية الخلايا الخاصة بهم. هناك العديد من الأمثلة ، لذلك يمكننا القول بثقة أن المعرفة حول بنية ووظائف أغشية الخلايا تكمن وراء تطور العلوم الطبية الحديثة ، وتنقذ ملايين الأرواح كل عام.

تعليم:معهد موسكو الطبي. M. Sechenov ، تخصص - "الطب" عام 1991 ، في عام 1993 "الأمراض المهنية" ، في عام 1996 "العلاج".

يسمى غشاء الخلية غشاء البلازما أو غشاء البلازما. تتمثل الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية في الحفاظ على سلامة الخلية والتواصل مع البيئة الخارجية.

بنية

تتكون أغشية الخلايا من هياكل البروتين الدهني (البروتين الدهني) ويبلغ سمكها 10 نانومتر. تتكون جدران الأغشية من ثلاث فئات من الدهون:

• الفوسفوليبيد - مركبات الفوسفور والدهون.
• جليكوليبيدات - مركبات الدهون والكربوهيدرات.
• الكوليسترول (كولسترول) - كحول دهني.

تشكل هذه المواد بنية فسيفساء سائلة تتكون من ثلاث طبقات. تشكل الدهون الفوسفورية طبقتين خارجيتين. لديهم رأس محب للماء ، يمتد منه ذيلان مسعوران. يتم قلب ذيول داخل الهيكل ، لتشكيل الطبقة الداخلية. عندما يتم دمج الكوليسترول في ذيول الفسفوليبيد ، يصبح الغشاء صلبًا.

أرز. 1. هيكل الغشاء.

يتم تضمين الجليكوليبيدات بين الفسفوليبيدات ، التي تؤدي وظيفة المستقبل ، والبروتينات من نوعين:

• هامشي (خارجي ، سطحي) - موجود على سطح الدهون ، دون اختراق عمق الغشاء ؛
• متكامل - مضمن على مستويات مختلفة ، يمكن أن يخترق الغشاء بأكمله ، فقط الطبقة الدهنية الداخلية أو الخارجية ؛

تختلف جميع البروتينات في بنيتها وتؤدي وظائف مختلفة. على سبيل المثال ، تحتوي مركبات البروتين الكروية على هيكل مسعور محب للماء وتؤدي وظيفة النقل.

أعلى 4 مقالاتالذين قرأوا مع هذا

أرز. 2. أنواع بروتينات الغشاء.

البلازما هي بنية سائلة ، لأن لا ترتبط الدهون ببعضها البعض ، ولكن يتم ترتيبها ببساطة في صفوف كثيفة. بسبب هذه الخاصية ، يمكن للغشاء أن يغير تكوينه ، ويكون متحركًا ومرنًا ، وأيضًا يقوم بنقل المواد.

المهام

ما هي وظائف غشاء الخلية؟

• حاجز - يفصل محتويات الخلية عن البيئة الخارجية ؛
• المواصلات - ينظم التمثيل الغذائي.
• الأنزيمية - ينفذ تفاعلات أنزيمية ؛
• مستقبل - يتعرف على المحفزات الخارجية.

أهم وظيفة هي نقل المواد أثناء عملية التمثيل الغذائي. تدخل المواد السائلة والصلبة الخلية باستمرار من البيئة الخارجية. خرجت منتجات الصرف. تمر جميع المواد عبر غشاء الخلية. يحدث النقل بعدة طرق موضحة في الجدول.

أرز. 3. الإلتقام والإفراز الخلوي.

يتم النقل الفعال لجزيئات المواد (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم) بمساعدة هياكل البروتين المدمجة في الغشاء ، ويتطلب إنفاق الطاقة في شكل ATP.

متوسط ​​تقييم: 4.7 مجموع التصنيفات المستلمة: 289.

وصف قصير:

سازونوف ف. 1_1 هيكل غشاء الخلية [مورد إلكتروني] // عالم الحركة ، 2009-2018: [موقع]. تاريخ التحديث: 06.02.2018 ..__. 201_). _وصف هيكل وعمل غشاء الخلية (المرادفات: غشاء البلازما ، غشاء البلازما ، الغشاء الحيوي ، غشاء الخلية ، غشاء الخلية الخارجي ، غشاء الخلية ، الغشاء السيتوبلازمي). هذه المعلومات الأولية ضرورية لعلم الخلايا وفهم عمليات النشاط العصبي: الإثارة العصبية ، والتثبيط ، وعمل المشابك العصبية والمستقبلات الحسية.

غشاء الخلية (البلازما أاللمة أو البلازما حولليما)

تعريف المفهوم

غشاء الخلية (المرادفات: غشاء البلازما ، غشاء البلازما ، الغشاء السيتوبلازمي ، الغشاء الحيوي) هو غشاء ثلاثي البروتين الدهني (أي "البروتين الدهني") الذي يفصل الخلية عن البيئة ويقوم بتبادل وتواصل متحكم فيه بين الخلية وبيئتها.

الشيء الرئيسي في هذا التعريف ليس أن الغشاء يفصل الخلية عن البيئة ، بل هو ذلك فقط يربط خلية مع البيئة. الغشاء نشيط هيكل الخلية يعمل باستمرار.

الغشاء البيولوجي هو غشاء رقيق ثنائي الجزيئات من الفسفوليبيد مغطى بالبروتينات والسكريات. هذا الهيكل الخلوي يكمن وراء الحاجز ، والخصائص الميكانيكية والمصفوفة للكائن الحي (Antonov VF ، 1996).

تمثيل تصويري للغشاء

بالنسبة لي ، يظهر غشاء الخلية كسور شبكي به العديد من الأبواب ، والذي يحيط بمنطقة معينة. يمكن لأي كائنات حية صغيرة أن تتحرك بحرية ذهابًا وإيابًا عبر هذا السياج. لكن لا يمكن للزوار الأكبر الدخول إلا من خلال الأبواب ، وحتى في هذه الحالة لا يمكنهم الدخول جميعًا. الزوار المختلفون لديهم مفاتيح لأبوابهم الخاصة فقط ، ولا يمكنهم المرور عبر أبواب الآخرين. لذلك ، من خلال هذا السور ، يتدفق الزوار باستمرار ذهابًا وإيابًا ، لأن الوظيفة الرئيسية لسياج الغشاء ذات شقين: فصل المنطقة عن الفضاء المحيط وفي نفس الوقت ربطها بالمساحة المحيطة. لهذا هناك العديد من الثقوب والأبواب في السياج - !

خصائص الغشاء

1. نفاذية.

2. شبه نفاذية (نفاذية جزئية).

3. النفاذية الانتقائية (مرادف: انتقائي).

4. النفاذية النشطة (مرادف: النقل النشط).

5. نفاذية خاضعة للرقابة.

كما ترون ، فإن الخاصية الرئيسية للغشاء هي نفاذه فيما يتعلق بمختلف المواد.

6. البلعمة والكريات.

7. خروج الخلايا.

8. وجود جهود كهربائية وكيميائية ، وبصورة أدق ، فرق الجهد بين الجانبين الداخلي والخارجي للغشاء. مجازيًا ، يمكن للمرء أن يقول ذلك "يحول الغشاء الخلية إلى" بطارية كهربائية "عن طريق التحكم في تدفقات الأيونات". تفاصيل: .

9. التغيرات في الإمكانات الكهربائية والكيميائية.

10. التهيج. يمكن للمستقبلات الجزيئية الخاصة الموجودة على الغشاء أن تتصل بمواد الإشارة (التحكم) ، ونتيجة لذلك يمكن أن تتغير حالة الغشاء والخلية بأكملها. تؤدي المستقبلات الجزيئية إلى تفاعلات كيميائية حيوية استجابةً لتوليفة الروابط (المواد الضابطة) معها. من المهم ملاحظة أن مادة الإشارة تعمل على المستقبل من الخارج ، بينما تستمر التغييرات داخل الخلية. اتضح أن الغشاء ينقل المعلومات من البيئة إلى البيئة الداخلية للخلية.

11. النشاط الأنزيمي الحفزي. يمكن أن تكون الإنزيمات مغروسة في الغشاء أو مرتبطة بسطحه (داخل الخلية وخارجها) ، وهناك تقوم بنشاطها الأنزيمي.

12. تغيير شكل السطح ومساحته. يسمح هذا للغشاء بتكوين نتوءات خارجية أو ، على العكس من ذلك ، انغالات في الخلية.

13. القدرة على تكوين اتصالات مع أغشية الخلايا الأخرى.

14. الالتصاق - القدرة على الالتصاق بالأسطح الصلبة.

قائمة مختصرة من خصائص الغشاء

• نفاذية.
• الالتقام الخلوي ، خروج الخلايا ، كثرة الخلايا.
• الإمكانات.
• التهيج.
• النشاط الأنزيمي.
• جهات الاتصال.
• التصاق.

وظائف الغشاء

1. عزل غير كامل للمحتوى الداخلي عن البيئة الخارجية.

2. الشيء الرئيسي في عمل غشاء الخلية هو تبادل مختلف مواد بين الخلية والبيئة خارج الخلية. هذا بسبب خاصية الغشاء مثل النفاذية. بالإضافة إلى ذلك ، ينظم الغشاء هذا التبادل من خلال تنظيم نفاذه.

3. وظيفة أخرى مهمة للغشاء هي إحداث فرق في الإمكانات الكيميائية والكهربائية بين الجانبين الداخلي والخارجي. نتيجة لذلك ، داخل الزنزانة لديها جهد كهربائي سلبي -.

4. يتم أيضا من خلال الغشاء تبادل المعلومات بين الخلية وبيئتها. يمكن للمستقبلات الجزيئية الخاصة الموجودة على الغشاء أن ترتبط بمواد التحكم (الهرمونات ، الوسطاء ، المُعدِّلات) وتؤدي إلى تفاعلات كيميائية حيوية في الخلية ، مما يؤدي إلى تغييرات مختلفة في الخلية أو في بنيتها.

فيديو:هيكل غشاء الخلية

محاضرة فيديو:تفاصيل حول هيكل الغشاء والنقل

هيكل الغشاء

غشاء الخلية له عالمي ثلاث طبقات بنية. طبقة الدهون المتوسطة مستمرة ، وتغطيها طبقات البروتين العلوية والسفلية على شكل فسيفساء من مناطق البروتين الفردية. الطبقة الدهنية هي الأساس الذي يضمن عزل الخلية عن البيئة وعزلها عن البيئة. في حد ذاته ، فإنه يمر بمواد قابلة للذوبان في الماء بشكل سيئ للغاية ، ولكنه يمر بسهولة بالمواد القابلة للذوبان في الدهون. لذلك ، يجب تزويد نفاذية الغشاء للمواد القابلة للذوبان في الماء (على سبيل المثال ، الأيونات) بهياكل بروتينية خاصة - و.

يوجد أدناه صور مجهرية لأغشية الخلايا الحقيقية للخلايا المتلامسة ، والتي تم الحصول عليها باستخدام مجهر إلكتروني ، بالإضافة إلى رسم تخطيطي يوضح الغشاء ثلاثي الطبقات والطبيعة الفسيفسائية لطبقات البروتين الخاصة به. لتكبير الصورة ، اضغط عليها.

صورة منفصلة للطبقة الدهنية الداخلية (الدهنية) لغشاء الخلية ، متخللة ببروتينات مدمجة متكاملة. تتم إزالة طبقات البروتين العلوية والسفلية حتى لا تتداخل مع النظر في طبقة ثنائية الدهون

الشكل أعلاه: تمثيل تخطيطي غير مكتمل لغشاء الخلية (جدار الخلية) من ويكيبيديا.

لاحظ أنه تم إزالة طبقات البروتين الخارجية والداخلية من الغشاء هنا حتى نتمكن من رؤية الطبقة الدهنية المزدوجة المركزية بشكل أفضل. في غشاء الخلية الحقيقي ، تطفو "جزر" بروتينية كبيرة فوق وتحت الغشاء الدهني (كرات صغيرة في الشكل) ، ويتضح أن الغشاء أكثر سمكًا وثلاث طبقات: بروتين - دهون - بروتين . لذلك فهي في الواقع مثل شطيرة من "شريحتين من الخبز" بروتين مع طبقة سميكة من "الزبدة" في المنتصف ، أي. له هيكل من ثلاث طبقات ، وليس طبقة من طبقتين.

في هذا الشكل ، تتطابق الكرات الزرقاء والبيضاء الصغيرة مع "رؤوس" الدهون (القابلة للبلل) ، وتتوافق "الأوتار" المرتبطة بها مع "ذيول" الكارهة للماء (غير القابلة للبلل). من بين البروتينات ، يتم عرض بروتينات الغشاء المتكاملة فقط من طرف إلى طرف (الكريات الحمراء واللوالب الصفراء). النقاط البيضاوية الصفراء داخل الغشاء عبارة عن جزيئات الكوليسترول. سلاسل من الخرز صفراء وخضراء على السطح الخارجي للغشاء عبارة عن سلاسل قليلة السكاريد التي تشكل جلايكوكاليكس. يشبه Glycocalyx الكربوهيدرات ("السكر") "الزغب" على الغشاء ، ويتكون من جزيئات بروتين كربوهيدرات طويلة تبرز منه.

المعيشة عبارة عن "كيس دهون بروتيني" صغير مليء بمحتويات شبه سائلة تشبه الهلام ، تخترقها الأفلام والأنابيب.

تتكون جدران هذا الكيس من طبقة دهنية مزدوجة (دهنية) ، مغطاة من الداخل والخارج بالبروتينات - غشاء الخلية. لذلك ، يقال أن الغشاء يحتوي على هيكل من ثلاث طبقات : بروتينات ، دهون ، بروتينات. يوجد داخل الخلية أيضًا العديد من الأغشية الدهنية المماثلة التي تقسم مساحتها الداخلية إلى مقصورات. العضيات الخلوية محاطة بنفس الأغشية: النواة ، الميتوكوندريا ، البلاستيدات الخضراء. لذا فإن الغشاء عبارة عن بنية جزيئية عالمية متأصلة في جميع الخلايا وجميع الكائنات الحية.

على اليسار - لم يعد نموذجًا حقيقيًا ، بل نموذجًا مصطنعًا لقطعة من الغشاء البيولوجي: هذه لقطة فورية لطبقة ثنائية الفوسفوليبيد الدهنية (أي طبقة مزدوجة) في عملية نمذجة الديناميكيات الجزيئية. يتم عرض خلية الحساب للنموذج - 96 جزيء PQ ( Fأوسفاتيديل Xأولين) و 2304 جزيء ماء ، إجمالي 20544 ذرة.

يوجد على اليمين نموذج مرئي لجزيء واحد من نفس الدهن ، يتم من خلاله تجميع طبقة ثنائية الغشاء الدهنية. له رأس محب للماء (محب للماء) في الأعلى ، وذيولان كارهان للماء (يخافان الماء) في الأسفل. هذا الدهن له اسم بسيط: 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-phosphatidylcholine (18: 0/22: 6 (n-3) cis PC) ، لكنك لست بحاجة إلى حفظه إلا إذا كنت تخطط لإغماء معلمك بعمق معرفتك.

يمكنك إعطاء تعريف علمي أكثر دقة للخلية:

هو نظام غير متجانس منظم ومنظم من البوليمرات الحيوية المحدودة بواسطة غشاء نشط ، يشارك في مجموعة واحدة من عمليات التمثيل الغذائي والطاقة والمعلومات ، وكذلك الحفاظ على النظام بأكمله وإعادة إنتاجه.

يتم اختراق داخل الخلية أيضًا عن طريق الأغشية ، وبين الأغشية لا يوجد ماء ، ولكن يوجد هلام لزج / محلول سائل بكثافة متغيرة. لذلك ، لا تطفو الجزيئات المتفاعلة في الخلية بحرية ، كما هو الحال في أنبوب الاختبار بمحلول مائي ، ولكنها في الغالب تجلس (ثابتة) على الهياكل البوليمرية للهيكل الخلوي أو الأغشية داخل الخلايا. وبالتالي ، تحدث التفاعلات الكيميائية داخل الخلية تقريبًا مثل الجسم الصلب ، وليس في السائل. الغشاء الخارجي المحيط بالخلية مغطى أيضًا بالأنزيمات والمستقبلات الجزيئية ، مما يجعلها جزءًا نشطًا جدًا من الخلية.

غشاء الخلية (غشاء البلازما ، بلازما الدم) عبارة عن غلاف نشط يفصل الخلية عن البيئة ويربطها بالبيئة. © Sazonov V.F. ، 2016.

من هذا التعريف للغشاء ، يترتب على ذلك أنه لا يحد من الخلية فحسب ، بل تعمل بنشاطربطها ببيئتها.

الدهون التي تتكون منها الأغشية خاصة ، لذلك لا يُطلق على جزيئاتها عادة اسم الدهون فقط ، ولكن الدهون ، الفوسفوليبيدات ، السفينجوليبيد. فيلم الغشاء مزدوج ، أي أنه يتكون من فيلمين ملتصقين معًا. لذلك ، تكتب الكتب المدرسية أن قاعدة غشاء الخلية تتكون من طبقتين من الدهون (أو " طبقة ثنائية"، أي طبقة مزدوجة). لكل طبقة دهنية فردية ، يمكن ترطيب جانب واحد بالماء ، والآخر لا يمكن ، لذلك ، تلتصق هذه الأغشية ببعضها البعض على وجه التحديد من خلال جوانبها غير المبللة.

غشاء البكتيريا

تتكون قشرة خلية بدائية النواة للبكتيريا سالبة الجرام من عدة طبقات ، كما هو موضح في الشكل أدناه.
طبقات قشرة البكتيريا سالبة الجرام:
1. الغشاء السيتوبلازمي الداخلي المكون من ثلاث طبقات والذي يتلامس مع السيتوبلازم.
2. جدار الخلية ويتكون من مورين.
3. الغشاء السيتوبلازمي الخارجي المكون من ثلاث طبقات والذي له نفس نظام الدهون مع المجمعات البروتينية مثل الغشاء الداخلي.
إن اتصال الخلايا البكتيرية سالبة الجرام مع العالم الخارجي من خلال بنية معقدة من ثلاث خطوات لا تمنحها ميزة في البقاء على قيد الحياة في ظروف قاسية مقارنة بالبكتيريا موجبة الجرام التي لها قشرة أقل قوة. إنها تتحمل درجات الحرارة المرتفعة والحموضة العالية وانخفاض الضغط.

محاضرة فيديو:غشاء بلازمي. إي. شيفال ، دكتوراه.

محاضرة فيديو:الغشاء كحدود للخلية. أ. إلياسكين

أهمية القنوات الأيونية الغشائية

من السهل أن نفهم أن المواد القابلة للذوبان في الدهون فقط هي التي يمكن أن تدخل الخلية من خلال الغشاء الدهني. هذه هي الدهون والكحول والغازات.على سبيل المثال ، في كريات الدم الحمراء ، يمر الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بسهولة داخل وخارج الغشاء مباشرة. لكن الماء والمواد القابلة للذوبان في الماء (على سبيل المثال ، الأيونات) لا يمكنها ببساطة المرور عبر الغشاء إلى أي خلية. هذا يعني أنهم بحاجة إلى ثقوب خاصة. ولكن إذا قمت للتو بعمل ثقب في الفيلم الدهني ، فسيتم إحكامه على الفور. ماذا أفعل؟ تم العثور على حل في الطبيعة: من الضروري عمل هياكل نقل بروتينية خاصة وتمديدها عبر الغشاء. هذه هي الطريقة التي يتم بها الحصول على قنوات مرور المواد غير القابلة للذوبان في الدهون - القنوات الأيونية لغشاء الخلية.

لذلك ، من أجل إعطاء غشاءها خصائص إضافية للنفاذية للجزيئات القطبية (الأيونات والماء) ، تصنع الخلية بروتينات خاصة في السيتوبلازم ، والتي يتم دمجها بعد ذلك في الغشاء. هم من نوعين: البروتينات الناقلة (على سبيل المثال ، نقل ATPases) و بروتينات تشكيل القناة (صانعو القنوات). يتم تضمين هذه البروتينات في الطبقة الدهنية المزدوجة من الغشاء وتشكل هياكل نقل على شكل ناقلات أو في شكل قنوات أيونية. يمكن الآن أن تمر العديد من المواد القابلة للذوبان في الماء من خلال هياكل النقل هذه ، والتي لا يمكن أن تمر عبر غشاء الغشاء الدهني.

بشكل عام ، تسمى أيضًا البروتينات الموجودة في الغشاء متكامل، على وجه التحديد لأنها ، كما كانت ، متضمنة في تكوين الغشاء وتخترقه من خلاله. بروتينات أخرى ، غير متكاملة ، تشكل ، كما كانت ، جزرًا "تطفو" على سطح الغشاء: إما على طول سطحه الخارجي أو على طول سطحه الداخلي. بعد كل شيء ، يعلم الجميع أن الدهون مادة تشحيم جيدة ومن السهل الانزلاق عليها!

الاستنتاجات

1. بشكل عام ، يتكون الغشاء من ثلاث طبقات:

1) الطبقة الخارجية من البروتين "الجزر" ،

2) "البحر" الدهني ذو الطبقتين (طبقة ثنائية الدهون) ، أي فيلم مزدوج الدهون

3) الطبقة الداخلية من بروتين "الجزر".

ولكن هناك أيضًا طبقة خارجية رخوة - كالوكاليكس ، والتي تتكون من بروتينات سكرية تخرج من الغشاء. إنها مستقبلات جزيئية ترتبط بها ضوابط الإشارة.

2. يتم بناء هياكل بروتينية خاصة في الغشاء ، مما يضمن نفاذه للأيونات أو المواد الأخرى. يجب ألا ننسى أنه في بعض الأماكن يتخلل بحر الدهن بروتينات متكاملة. وهي بروتينات متكاملة تشكل خاصًا هياكل النقل غشاء الخلية (انظر القسم 1_2 آليات النقل الغشائي). من خلالهم ، تدخل المواد إلى الخلية ، ويتم إزالتها أيضًا من الخلية إلى الخارج.

3. يمكن أن توجد بروتينات الإنزيم على أي جانب من الغشاء (الخارجي والداخلي) ، وكذلك داخل الغشاء ، مما يؤثر على حالة الغشاء نفسه وحياة الخلية بأكملها.

لذا فإن غشاء الخلية عبارة عن بنية متغيرة نشطة تعمل بنشاط لصالح الخلية بأكملها وتربطها بالعالم الخارجي ، وليس مجرد "غلاف واقي". هذا هو أهم شيء يجب معرفته عن غشاء الخلية.

في الطب ، غالبًا ما تستخدم بروتينات الغشاء "كأهداف" للأدوية. تعمل المستقبلات والقنوات الأيونية والإنزيمات وأنظمة النقل كأهداف. في الآونة الأخيرة ، بالإضافة إلى الغشاء ، أصبحت الجينات المخبأة في نواة الخلية أهدافًا للأدوية.

فيديو:مقدمة في الفيزياء الحيوية لغشاء الخلية: هيكل الغشاء 1 (Vladimirov Yu.A.)

فيديو:تاريخ وهيكل ووظائف غشاء الخلية: هيكل الأغشية 2 (فلاديميروف يو.أيه)

© 2010-2018 Sazonov V.F.، © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

لا يخفى على أحد أن جميع الكائنات الحية على كوكبنا تتكون من خلاياها ، هذه "" مواد عضوية لا حصر لها. الخلايا ، بدورها ، محاطة بغشاء واقي خاص - غشاء يلعب دورًا مهمًا للغاية في حياة الخلية ، ولا تقتصر وظائف غشاء الخلية على حماية الخلية ، ولكنها تمثل الآلية الأكثر تعقيدًا المعنية. في تكاثر الخلايا والتغذية والتجديد.

ما هو غشاء الخلية

تُرجمت كلمة "غشاء" نفسها من اللاتينية على أنها "فيلم" ، على الرغم من أن الغشاء ليس مجرد نوع من الفيلم تُلف فيه الخلية ، ولكنه مزيج من فيلمين مترابطين ولهما خصائص مختلفة. في الواقع ، غشاء الخلية عبارة عن غلاف مكون من ثلاث طبقات من البروتين الدهني (بروتين دهني) يفصل كل خلية عن الخلايا المجاورة والبيئة ، ويقوم بتبادل متحكم فيه بين الخلايا والبيئة ، وهذا هو التعريف الأكاديمي لماهية الخلية الغشاء.

إن قيمة الغشاء هائلة ببساطة ، لأنه لا يفصل خلية عن أخرى فحسب ، بل يضمن أيضًا تفاعل الخلية ، سواء مع الخلايا الأخرى أو مع البيئة.

تاريخ أبحاث غشاء الخلية

قدم عالمان ألمانيان Gorter و Grendel مساهمة مهمة في دراسة غشاء الخلية في عام 1925. بعد ذلك تمكنوا من إجراء تجربة بيولوجية معقدة على خلايا الدم الحمراء - كريات الدم الحمراء ، تلقى خلالها العلماء ما يسمى بـ "الظلال" ، وهي قذائف فارغة من كريات الدم الحمراء ، تم طيها في كومة واحدة وقياس مساحة السطح ، وكذلك تحسب كمية الدهون فيها. بناءً على كمية الدهون التي تم الحصول عليها ، توصل العلماء إلى استنتاج مفاده أنها كافية فقط للطبقة المزدوجة من غشاء الخلية.

في عام 1935 ، قام زوج آخر من الباحثين في غشاء الخلية ، هذه المرة الأمريكيان دانيال وداوسون ، بعد سلسلة من التجارب الطويلة ، بتحديد محتوى البروتين في غشاء الخلية. خلاف ذلك ، كان من المستحيل تفسير سبب ارتفاع التوتر السطحي في الغشاء. قدم العلماء بذكاء نموذجًا لغشاء الخلية على شكل شطيرة ، حيث يتم لعب دور الخبز بواسطة طبقات بروتين دهني متجانسة ، وبينها بدلاً من الزبدة هو الفراغ.

في عام 1950 ، مع ظهور النظرية الإلكترونية لدانيال وداوسون ، كان من الممكن بالفعل تأكيد الملاحظات العملية - على الصور المجهرية لغشاء الخلية ، كانت طبقات من الدهون ورؤوس البروتين وأيضًا مساحة فارغة بينهما مرئية بوضوح.

في عام 1960 ، طور عالم الأحياء الأمريكي J. لذلك ، على سبيل المثال ، من وجهة نظر الخلايا ، سيكون من الصعب والمرهق نقل المواد المفيدة الضرورية عبر "الشطيرة" بأكملها

وفقط في عام 1972 ، تمكن عالما الأحياء الأمريكيان S. Singer و G.Nicholson من شرح التناقضات في نظرية روبرتسون بمساعدة نموذج فسيفساء سائل جديد لغشاء الخلية. على وجه الخصوص ، وجدوا أن غشاء الخلية ليس متجانسًا في التركيب ، علاوة على أنه غير متماثل ومليء بالسائل. بالإضافة إلى ذلك ، فإن الخلايا في حركة مستمرة. والبروتينات سيئة السمعة التي يتكون منها غشاء الخلية لها هياكل ووظائف مختلفة.

خصائص ووظائف غشاء الخلية

الآن دعونا نلقي نظرة على الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية:

وظيفة الحاجز لغشاء الخلية - الغشاء ، كحارس حدود حقيقي ، يقف حراسة على حدود الخلية ، مما يؤخر ، ولا يسمح بمرور الجزيئات الضارة أو ببساطة غير المناسبة

وظيفة النقل لغشاء الخلية - الغشاء ليس فقط حارس حدود عند بوابات الخلية ، ولكنه أيضًا نوع من نقاط التفتيش الجمركية ، والتي يمر من خلالها تبادل المواد المفيدة مع الخلايا الأخرى والبيئة باستمرار.

وظيفة المصفوفة - غشاء الخلية هو الذي يحدد الموقع بالنسبة لبعضهم البعض ، وينظم التفاعل بينهم.

الوظيفة الميكانيكية - مسؤولة عن تقييد خلية من أخرى وبالتوازي عن الاتصال الصحيح للخلايا مع بعضها البعض ، لتكوينها في نسيج متجانس.

الوظيفة الوقائية لغشاء الخلية هي الأساس لبناء درع واقي للخلية. في الطبيعة ، يمكن تمثيل هذه الوظيفة بالخشب الصلب ، والجلد الكثيف ، والغطاء الواقي ، وكل ذلك بسبب الوظيفة الوقائية للغشاء.

الوظيفة الأنزيمية هي وظيفة مهمة أخرى تؤديها بعض بروتينات الخلية. على سبيل المثال ، بسبب هذه الوظيفة ، يحدث تخليق إنزيمات الجهاز الهضمي في ظهارة الأمعاء.

بالإضافة إلى كل هذا ، يتم استقلاب الخلية من خلال غشاء الخلية ، والذي يمكن أن يحدث من خلال ثلاث تفاعلات مختلفة:

• البلعمة هو تبادل خلوي تلتقط فيه الخلايا البلعمية الموجودة في الغشاء وتهضم العناصر الغذائية المختلفة.
• كثرة الخلايا - هي عملية الالتقاط بواسطة غشاء الخلية ، جزيئات السوائل التي تتلامس معها. للقيام بذلك ، تتشكل محلاق خاصة على سطح الغشاء ، والتي يبدو أنها تحيط بقطرة من السائل ، مكونة فقاعة ، "يبتلعها" الغشاء فيما بعد.
• خروج الخلايا - هو عملية عكسية ، عندما تطلق الخلية سائل وظيفي إفرازي عبر الغشاء إلى السطح.

هيكل غشاء الخلية

هناك ثلاث فئات من الدهون في غشاء الخلية:

• الفسفوليبيدات (مزيج من الدهون والفوسفور) ،
• جليكوليبيدات (مزيج من الدهون والكربوهيدرات) ،
• الكوليسترول.

تتكون الفسفوليبيدات والجليكوليبيدات ، بدورها ، من رأس محب للماء ، يمتد فيه ذيلان طويلين كارهين للماء. من ناحية أخرى ، يحتل الكوليسترول الفراغ بين هذه الذيل ويمنعها من الانحناء ، كل هذا في بعض الحالات يجعل غشاء بعض الخلايا شديد الصلابة. بالإضافة إلى كل هذا ، فإن جزيئات الكوليسترول تنظم بنية غشاء الخلية.

ولكن مهما كان الأمر ، فإن أهم جزء من بنية غشاء الخلية هو البروتين ، أو بالأحرى بروتينات مختلفة تلعب أدوارًا مهمة مختلفة. على الرغم من تنوع البروتينات الموجودة في الغشاء ، إلا أن هناك شيئًا يوحدها - توجد الدهون الحلقية حول جميع بروتينات الغشاء. الدهون الحلقية هي دهون منظمة خاصة تعمل كنوع من الغلاف الواقي للبروتينات ، والتي بدونها لن تعمل ببساطة.

يتكون هيكل غشاء الخلية من ثلاث طبقات: أساس غشاء الخلية عبارة عن طبقة دهنية سائلة متجانسة. تغطيها البروتينات على كلا الجانبين مثل الفسيفساء. إنها البروتينات التي ، بالإضافة إلى الوظائف المذكورة أعلاه ، تلعب أيضًا دور القنوات الغريبة التي تمر عبرها المواد عبر الغشاء غير قادرة على اختراق الطبقة السائلة من الغشاء. وتشمل هذه ، على سبيل المثال ، أيونات البوتاسيوم والصوديوم ؛ لاختراقها من خلال الغشاء ، توفر الطبيعة قنوات أيونية خاصة لأغشية الخلايا. بمعنى آخر ، توفر البروتينات نفاذية أغشية الخلايا.

إذا نظرنا إلى غشاء الخلية من خلال مجهر ، فسنرى طبقة من الدهون تكونت من جزيئات كروية صغيرة تطفو عليها البروتينات مثل البحر. الآن أنت تعرف ما هي المواد التي تشكل جزءًا من غشاء الخلية.

غشاء الخلية ، فيديو

وأخيرا فيديو تعليمي عن غشاء الخلية.

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

تنظيم التبادل بين الخلية والبيئة ؛

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

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

توفير الاتصال بين الخلايا في أنسجة الكائنات متعددة الخلايا ؛

المواصلات- ينفذ النقل عبر الغشاء.

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

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

النقل السلبي ، أو الانتشار الميسر ؛

النقل النشط (الانتقائي) بمشاركة ATP والإنزيمات.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

يعزز الشكل الجديد للبروتين إضافة أيونات البوتاسيوم إليه.

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

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

يصبح البروتين جاهزًا مرة أخرى لربط أيونات الصوديوم بنفسه.

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

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

الهيالوبلازم

العضيات (مكونات دائمة من السيتوبلازم)

الادراج - مكونات مؤقتة من السيتوبلازم.

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

الخصائص الأساسية للمصفوفة السيتوبلازمية.

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

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

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

يحدد قطبية موقع المكونات داخل الخلايا.

يوفر الخصائص الميكانيكية للخلايا - المرونة والقدرة على الاندماج والصلابة.

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

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

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

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

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

هناك نوعان من EPS - خشن وسلس.

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