غشای سلولی یک فیلم فوق نازک بر روی سطح سلول یا اندامک سلولی است که از یک لایه دو مولکولی از لیپیدها با پروتئین ها و پلی ساکاریدهای جاسازی شده تشکیل شده است.

عملکرد غشاء:

• · مانع - متابولیسم تنظیم شده، انتخابی، غیرفعال و فعال را با محیط فراهم می کند. به عنوان مثال، غشای پراکسی زوم از سیتوپلاسم در برابر پراکسیدهایی که برای سلول خطرناک هستند محافظت می کند. نفوذپذیری انتخابی به این معنی است که نفوذپذیری غشاء به اتم ها یا مولکول های مختلف به اندازه آنها بستگی دارد. شارژ الکتریکیو خواص شیمیایی. نفوذپذیری انتخابی تضمین می کند که سلول و محفظه های سلولی از محیط جدا شده و مواد لازم تامین می شود.
• · انتقال - انتقال مواد به داخل و خارج سلول از طریق غشاء انجام می شود. حمل و نقل از طریق غشا تضمین می کند: تحویل مواد مغذی، حذف محصولات نهایی متابولیک، ترشح مواد مختلف، ایجاد گرادیان های یونی، حفظ pH و غلظت یون بهینه در سلول، که برای عملکرد آنزیم های سلولی ضروری است. ذراتی که به هر دلیلی قادر به عبور از دولایه فسفولیپیدی نیستند (مثلاً به دلیل خاصیت آبدوست، چون غشای داخل آن آبگریز است و اجازه عبور مواد آبدوست را نمی دهد یا به دلیل اندازه بزرگشان)، اما برای سلول ضروری است. ، می تواند از طریق پروتئین های حامل ویژه (انتقال دهنده ها) و پروتئین های کانال یا توسط اندوسیتوز به غشاء نفوذ کند. در انتقال غیرفعال، مواد از دولایه لیپیدی بدون صرف انرژی در امتداد گرادیان غلظت با انتشار عبور می کنند. یک نوع از این مکانیسم انتشار تسهیل شده است که در آن یک مولکول خاص به ماده ای کمک می کند تا از غشاء عبور کند. این مولکول ممکن است کانالی داشته باشد که تنها به یک نوع ماده اجازه عبور می دهد. حمل و نقل فعال به انرژی نیاز دارد زیرا در برابر گرادیان غلظت رخ می دهد. پروتئین های پمپ خاصی روی غشاء وجود دارد، از جمله ATPase، که به طور فعال یون های پتاسیم (K +) را به داخل سلول پمپ می کند و یون های سدیم (Na +) را از آن پمپ می کند.
• · ماتریس - موقعیت نسبی و جهت گیری پروتئین های غشایی، تعامل بهینه آنها را تضمین می کند.
• · مکانیکی - استقلال سلول، ساختارهای درون سلولی آن و همچنین ارتباط با سایر سلول ها (در بافت ها) را تضمین می کند. دیواره های سلولی نقش عمده ای در تضمین عملکرد مکانیکی و در حیوانات، ماده بین سلولی دارند.
• · انرژی - در طول فتوسنتز در کلروپلاست ها و تنفس سلولی در میتوکندری، سیستم های انتقال انرژی در غشاهای آنها کار می کنند که پروتئین ها نیز در آن شرکت می کنند.
• گیرنده - برخی از پروتئین های واقع در غشاء گیرنده هستند (مولکول هایی که سلول با کمک آنها سیگنال های خاصی را درک می کند). برای مثال، هورمون‌هایی که در خون گردش می‌کنند، فقط روی سلول‌های هدفی که گیرنده‌های مربوط به این هورمون‌ها دارند، عمل می‌کنند. انتقال دهنده های عصبی ( مواد شیمیایی، تضمین هدایت تکانه های عصبی) همچنین به پروتئین های گیرنده خاص سلول های هدف متصل می شود.
• · آنزیمی - پروتئین های غشایی اغلب آنزیم هستند. به عنوان مثال، غشای پلاسمایی سلول های اپیتلیال روده حاوی آنزیم های گوارشی است.
• · اجرای تولید و هدایت پتانسیل های زیستی. با کمک غشاء، غلظت ثابتی از یون ها در سلول حفظ می شود: غلظت یون K + در داخل سلول بسیار بیشتر از خارج است، و غلظت Na + بسیار کمتر است، که بسیار مهم است، زیرا این حفظ اختلاف پتانسیل روی غشاء و تولید یک تکانه عصبی را تضمین می کند.
• علامت گذاری سلول - آنتی ژن هایی روی غشاء وجود دارد که به عنوان نشانگر عمل می کنند - "برچسب هایی" که به سلول اجازه شناسایی می دهند. اینها گلیکوپروتئین هایی هستند (یعنی پروتئین هایی با زنجیره های جانبی الیگوساکارید شاخه ای متصل به آنها) که نقش "آنتن" را بازی می کنند. به دلیل پیکربندی‌های بی‌شمار زنجیره‌های جانبی، می‌توان برای هر نوع سلول یک نشانگر خاص ساخت. با کمک نشانگرها، سلول ها می توانند سلول های دیگر را بشناسند و به طور هماهنگ با آنها عمل کنند، مثلاً در تشکیل اندام ها و بافت ها. این نیز اجازه می دهد سیستم ایمنیآنتی ژن های خارجی را بشناسید

برخی از مولکول های پروتئین آزادانه در سطح لایه لیپیدی پخش می شوند. در حالت طبیعی، بخش‌هایی از مولکول‌های پروتئین که در طرف‌های مختلف غشای سلولی ظاهر می‌شوند، موقعیت خود را تغییر نمی‌دهند.

مورفولوژی خاص غشای سلولی آنها را تعیین می کند مشخصات الکتریکیکه از جمله مهمترین آنها می توان به ظرفیت خازنی و رسانایی اشاره کرد.

خواص خازنی عمدتاً توسط دولایه فسفولیپیدی تعیین می شود که در برابر یون های هیدراته نفوذ ناپذیر است و در عین حال به اندازه کافی نازک است (حدود 5 نانومتر) تا امکان جداسازی و ذخیره بار کارآمد و برهمکنش الکترواستاتیکی کاتیون ها و آنیون ها را فراهم کند. علاوه بر این، ویژگی های خازنی غشاهای سلولی یکی از دلایلی است که مشخصه های زمانی را تعیین می کند فرآیندهای الکتریکیروی غشای سلولی جریان دارد.

رسانایی (g) -- متقابل مقاومت الکتریکیو برابر است با نسبت کل جریان گذرنده برای یک یون معین به مقداری که اختلاف پتانسیل گذرنده آن را تعیین می کند.

مواد مختلف می توانند از طریق دولایه فسفولیپیدی منتشر شوند و درجه نفوذپذیری (P) یعنی توانایی غشای سلولی برای عبور این مواد به تفاوت غلظت ماده منتشر کننده در دو طرف غشا و حلالیت آن بستگی دارد. در لیپیدها و خواص غشای سلولی سرعت انتشار برای یون های باردار تحت شرایط میدان ثابت در یک غشاء با تحرک یون ها، ضخامت غشا و توزیع یون ها در غشا تعیین می شود. برای غیرالکترولیت ها، نفوذپذیری غشا بر رسانایی آن تأثیر نمی گذارد، زیرا غیر الکترولیت ها بار حمل نمی کنند، یعنی نمی توانند جریان الکتریکی را حمل کنند.

رسانایی یک غشا معیاری برای نفوذپذیری یونی آن است. افزایش رسانایی نشان دهنده افزایش تعداد یون هایی است که از غشا عبور می کنند.

خاصیت مهم غشاهای بیولوژیکی سیالیت است. تمام غشاهای سلولی ساختارهای سیال متحرک هستند: بیشتر مولکول های لیپیدی و پروتئینی تشکیل دهنده آنها قادر به حرکت بسیار سریع در صفحه غشاء هستند.

بر کسی پوشیده نیست که همه موجودات زنده روی سیاره ما از سلول ها، این مواد آلی بی شمار "" تشکیل شده اند. سلول ها به نوبه خود توسط یک پوسته محافظ ویژه احاطه شده اند - غشایی که نقش بسیار مهمی در زندگی سلول ایفا می کند و عملکرد غشای سلولی فقط به محافظت از سلول محدود نمی شود، بلکه نشان دهنده آن است. مکانیزم بسیار پیچیدهدر تولید مثل، تغذیه و بازسازی سلولی نقش دارد.

غشای سلولی چیست

خود کلمه "غشاء" از لاتین به عنوان "فیلم" ترجمه شده است، اگرچه غشاء فقط نوعی فیلم نیست که سلول در آن پیچیده شده است، بلکه مجموعه ای از دو فیلم است که به یکدیگر متصل هستند و دارای آن هستند. خواص مختلف. در واقع غشای سلولی یک غشای لیپوپروتئین سه لایه (پروتئین چربی) است که هر سلول را از سلول های همسایه و محیط جدا می کند و تبادل کنترل شده ای را بین سلول ها و محیط انجام می دهد، این تعریف آکادمیک از غشای سلولی است. است.

اهمیت غشاء به سادگی بسیار زیاد است، زیرا نه تنها یک سلول را از سلول دیگر جدا می کند، بلکه تعامل سلول را با سلول های دیگر و محیط نیز تضمین می کند.

تاریخچه تحقیقات غشای سلولی

سهم مهمی در مطالعه غشای سلولی توسط دو دانشمند آلمانی گورتر و گرندل در سال 1925 انجام شد. پس از آن بود که آنها موفق به انجام یک آزمایش بیولوژیکی پیچیده بر روی گلبول های قرمز خون - گلبول های قرمز شدند که در طی آن دانشمندان به اصطلاح "سایه ها" ، پوسته های خالی گلبول های قرمز را به دست آوردند که آنها را در یک پشته چیده و سطح را اندازه گرفتند و همچنین مقدار لیپیدهای موجود در آنها را محاسبه کرد. بر اساس مقدار لیپیدهای به دست آمده، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که آنها فقط برای پوشاندن لایه دوگانه غشای سلولی کافی هستند.

در سال 1935، یک جفت دیگر از محققین غشای سلولی، این بار دانیل و داوسون آمریکایی، پس از یک سری آزمایشات طولانی، محتوای پروتئین را در غشای سلولی مشخص کردند. هیچ راه دیگری برای توضیح اینکه چرا غشاء دارای چنین کشش سطحی بالایی است وجود نداشت. دانشمندان با هوشمندی مدلی از غشای سلولی را به شکل ساندویچ ارائه کرده اند که در آن نقش نان را لایه های لیپیدی-پروتئینی همگن ایفا می کند و بین آنها به جای روغن، خلاء وجود دارد.

در سال 1950، با ظهور الکترونیک، نظریه دانیل و داوسون با مشاهدات عملی تأیید شد - در میکروگراف های غشای سلولی، لایه هایی از سرهای لیپید و پروتئین و همچنین فضای خالی بین آنها به وضوح قابل مشاهده بود.

در سال 1960، زیست شناس آمریکایی، جی رابرتسون، نظریه ای در مورد ساختار سه لایه غشای سلولی ارائه کرد که برای مدت طولانیتنها حقیقت در نظر گرفته شد، اما با پیشرفت بیشتر علم، تردیدهایی در مورد خطاناپذیری آن ایجاد شد. بنابراین، به عنوان مثال، از این نقطه نظر، انتقال مواد مغذی لازم از طریق کل "ساندویچ" برای سلول ها دشوار و پر زحمت است.

و تنها در سال 1972، زیست شناسان آمریکایی S. Singer و G. Nicholson توانستند ناهماهنگی های نظریه رابرتسون را با استفاده از یک مدل مایع موزاییکی جدید از غشای سلولی توضیح دهند. به طور خاص، آنها دریافتند که غشای سلولی در ترکیب خود همگن نیست، علاوه بر این، نامتقارن و پر از مایع است. علاوه بر این، سلول ها در حرکت دائمی هستند. و پروتئین های بدنام که بخشی از غشای سلولی هستند ساختار و عملکرد متفاوتی دارند.

خواص و عملکرد غشای سلولی

حال بیایید ببینیم که غشای سلولی چه وظایفی را انجام می دهد:

عملکرد مانع غشای سلولی غشاء به عنوان یک محافظ مرزی واقعی است که بر روی مرزهای سلول نگهبانی می‌دهد و به مولکول‌های مضر یا نامناسب اجازه عبور نمی‌دهد.

عملکرد حمل و نقل غشای سلولی - غشاء نه تنها یک نگهبان مرزی در دروازه سلول است، بلکه یک نوع مبادلات گمرکی دائماً از آن عبور می کند مواد مفیدبا سلول های دیگر و محیط.

عملکرد ماتریکس - این غشای سلولی است که مکان را نسبت به یکدیگر تعیین می کند و تعامل بین آنها را تنظیم می کند.

عملکرد مکانیکی - مسئول محدود کردن یک سلول از سلول دیگر و در عین حال اتصال صحیح سلول ها به یکدیگر و تبدیل آنها به یک بافت همگن است.

عملکرد محافظتی غشای سلولی اساس ساخت سپر محافظ سلول است. در طبیعت، نمونه ای از این عملکرد می تواند چوب سخت، یک پوسته متراکم، یک پوسته محافظ باشد که همه به دلیل عملکرد محافظتی غشاء است.

عملکرد آنزیمی عملکرد مهم دیگری است که توسط پروتئین های خاصی در سلول انجام می شود. به عنوان مثال، به لطف این عملکرد، سنتز آنزیم های گوارشی در اپیتلیوم روده اتفاق می افتد.

همچنین، علاوه بر همه اینها، تبادل سلولی از طریق غشای سلولی انجام می شود که می تواند در سه واکنش مختلف انجام شود:

• فاگوسیتوز یک تبادل سلولی است که در آن سلول های فاگوسیت تعبیه شده در غشاء مختلف را جذب و هضم می کنند. مواد مغذی.
• پینوسیتوز فرآیند جذب توسط غشای سلولی مولکول های مایع در تماس با آن است. برای انجام این کار، پیچک های خاصی روی سطح غشاء تشکیل می شود که به نظر می رسد یک قطره مایع را احاطه کرده و یک حباب را تشکیل می دهد که متعاقباً توسط غشاء "بلعیده" می شود.
• اگزوسیتوز است روند معکوسهنگامی که یک سلول یک مایع عملکردی ترشحی را از طریق یک غشاء به سطح آزاد می کند.

ساختار غشای سلولی

سه دسته از لیپیدها در غشای سلولی وجود دارد:

• فسفولیپیدها (که ترکیبی از چربی و فسفر هستند)
• گلیکولیپیدها (ترکیبی از چربی ها و کربوهیدرات ها)
• کلسترول

فسفولیپیدها و گلیکولیپیدها به نوبه خود از یک سر آبدوست تشکیل شده اند که دو دم آبگریز دراز به داخل آن کشیده می شوند. کلسترول فضای بین این دم ها را اشغال می کند و از خم شدن آنها جلوگیری می کند، در برخی موارد، غشای سلول های خاص را بسیار سفت و سخت می کند. علاوه بر همه اینها، مولکول های کلسترول ساختار غشای سلولی را سازماندهی می کنند.

اما به هر حال مهم‌ترین بخش ساختار غشای سلولی پروتئین یا بهتر است بگوییم پروتئین‌های مختلف است که نقش‌های مهم متفاوتی دارند. با وجود تنوع پروتئین های موجود در غشاء، چیزی وجود دارد که آنها را متحد می کند - لیپیدهای حلقوی در اطراف همه پروتئین های غشایی قرار دارند. لیپیدهای حلقوی چربی های ساختاری خاصی هستند که به عنوان نوعی پوسته محافظ برای پروتئین ها عمل می کنند، بدون آن به سادگی کار نمی کنند.

ساختار غشای سلولی دارای سه لایه است: اساس غشای سلولی یک لایه بیلیپیدی مایع همگن است. پروتئین ها از دو طرف آن را مانند موزاییک می پوشانند. علاوه بر عملکردهایی که در بالا توضیح داده شد، این پروتئین ها هستند که نقش کانال های عجیب و غریبی را نیز ایفا می کنند که از طریق آنها موادی که قادر به نفوذ از طریق لایه مایع غشاء نیستند از غشاء عبور می کنند. به عنوان مثال، یون های پتاسیم و سدیم برای نفوذ آنها از طریق غشاء، طبیعت کانال های یونی خاصی را در غشای سلولی فراهم می کند. به عبارت دیگر، پروتئین ها نفوذپذیری غشای سلولی را تضمین می کنند.

اگر از طریق میکروسکوپ به غشای سلولی نگاه کنیم، لایه‌ای از لیپیدها را می‌بینیم که توسط مولکول‌های کروی کوچک تشکیل شده‌اند که روی آن پروتئین‌ها مانند روی دریا شنا می‌کنند. اکنون می دانید که چه موادی غشای سلولی را تشکیل می دهند.

فیلم غشای سلولی

و در آخر فیلم آموزشی در مورد غشای سلولی.

9.5.1. یکی از وظایف اصلی غشاها مشارکت در انتقال مواد است. این فرآیند از طریق سه مکانیسم اصلی به دست می آید: انتشار ساده، انتشار تسهیل شده و انتقال فعال (شکل 9.10). یاد آوردن مهمترین ویژگی هااز این مکانیسم ها و نمونه هایی از مواد منتقل شده در هر مورد.

شکل 9.10.مکانیسم های انتقال مولکول ها از طریق غشاء

انتشار ساده- انتقال مواد از طریق غشاء بدون مشارکت مکانیسم های خاص. حمل و نقل در امتداد یک گرادیان غلظت بدون مصرف انرژی رخ می دهد. با انتشار ساده، مولکول های زیستی کوچک منتقل می شوند - H2O، CO2، O2، اوره، مواد کم مولکولی آبگریز. سرعت انتشار ساده با گرادیان غلظت متناسب است.

انتشار تسهیل شده- انتقال مواد از طریق غشا با استفاده از کانال های پروتئینی یا پروتئین های حامل خاص. در امتداد یک گرادیان غلظت بدون مصرف انرژی انجام می شود. مونوساکاریدها، آمینو اسیدها، نوکلئوتیدها، گلیسرول و برخی یونها منتقل می شوند. سینتیک اشباع مشخصه است - در غلظت معینی (اشباع) ماده حمل شده، تمام مولکول های حامل در انتقال شرکت می کنند و سرعت انتقال به حداکثر مقدار می رسد.

حمل و نقل فعال- همچنین مستلزم مشارکت پروتئین های حمل و نقل ویژه است، اما حمل و نقل بر خلاف گرادیان غلظت اتفاق می افتد و بنابراین نیاز به مصرف انرژی دارد. با استفاده از این مکانیسم، یون های Na+، K+، Ca2+، Mg2+ از طریق غشای سلولی و پروتون ها از طریق غشای میتوکندری منتقل می شوند. انتقال فعال مواد با سینتیک اشباع مشخص می شود.

9.5.2. نمونه ای از یک سیستم حمل و نقل که انتقال فعال یون ها را انجام می دهد، Na+,K+-آدنوزین تری فسفاتاز (Na+,K+-ATPase یا Na+,K+-pump) است. این پروتئین در عمق غشای پلاسمایی قرار دارد و قادر است واکنش هیدرولیز ATP را کاتالیز کند. انرژی آزاد شده در طول هیدرولیز 1 مولکول ATP برای انتقال 3 یون Na+ از سلول به فضای خارج سلولی و 2 یون K+ در جهت مخالف استفاده می شود (شکل 9.11). در نتیجه عمل Na+,K+-ATPase، اختلاف غلظت بین سیتوزول سلولی و مایع خارج سلولی ایجاد می شود. از آنجایی که انتقال یون ها معادل نیست، تفاوت ایجاد می شود پتانسیل های الکتریکی. بنابراین، یک پتانسیل الکتروشیمیایی ایجاد می شود که شامل انرژی اختلاف پتانسیل های الکتریکی Δφ و انرژی تفاوت در غلظت مواد ΔC در دو طرف غشاء است.

شکل 9.11.نمودار پمپ Na+، K+.

9.5.3. انتقال ذرات و ترکیبات با وزن مولکولی بالا از طریق غشاها

همراه با حمل و نقل مواد آلی و یون ها که توسط حامل ها انجام می شود، مکانیسم بسیار ویژه ای در سلول وجود دارد که برای جذب ترکیبات با مولکولی بالا به داخل سلول و حذف ترکیبات با مولکولی بالا از آن با تغییر شکل غشای زیستی طراحی شده است. این مکانیسم نامیده می شود حمل و نقل وزیکولی.

شکل 9.12.انواع انتقال تاولی: 1 - اندوسیتوز; 2- اگزوسیتوز.

در حین انتقال ماکرومولکول ها، تشکیل متوالی و همجوشی وزیکول های احاطه شده در غشاء (وزیکول) اتفاق می افتد. بر اساس جهت حمل و نقل و ماهیت مواد منتقل شده، انواع زیر از انتقال تاولی متمایز می شود:

اندوسیتوز(شکل 9.12، 1) - انتقال مواد به داخل سلول. بسته به اندازه وزیکول های حاصل، آنها متمایز می شوند:

آ) پینوسیتوز - جذب ماکرومولکول های مایع و محلول (پروتئین ها، پلی ساکاریدها، اسیدهای نوکلئیک) با استفاده از حباب های کوچک (قطر 150 نانومتر).

ب) فاگوسیتوز - جذب ذرات بزرگ مانند میکروارگانیسم ها یا بقایای سلولی. در این حالت وزیکول های بزرگی به نام فاگوزوم با قطر بیش از 250 نانومتر تشکیل می شود.

پینوسیتوز مشخصه اکثر سلول های یوکاریوتی است، در حالی که ذرات بزرگ توسط سلول های تخصصی - لکوسیت ها و ماکروفاژها جذب می شوند. در مرحله اول اندوسیتوز، مواد یا ذرات روی سطح غشاء جذب می شوند، این فرآیند بدون مصرف انرژی اتفاق می افتد. در مرحله بعد، غشاء با ماده جذب شده به داخل سیتوپلاسم عمیق می شود. هجوم های موضعی ناشی از غشای پلاسمایی از سطح سلول جدا شده و وزیکول هایی را تشکیل می دهند که سپس به داخل سلول مهاجرت می کنند. این فرآیند توسط سیستمی از ریز رشته ها متصل می شود و وابسته به انرژی است. وزیکول ها و فاگوزوم هایی که وارد سلول می شوند می توانند با لیزوزوم ها ادغام شوند. آنزیم های موجود در لیزوزوم ها مواد موجود در وزیکول ها و فاگوزوم ها را به محصولات با وزن مولکولی کم (اسیدهای آمینه، مونوساکاریدها، نوکلئوتیدها) تجزیه می کنند، که به داخل سیتوزول منتقل می شوند، جایی که سلول می تواند از آنها استفاده کند.

اگزوسیتوز(شکل 9.12، 2) - انتقال ذرات و ترکیبات بزرگ از سلول. این فرآیند، مانند اندوسیتوز، با جذب انرژی رخ می دهد. انواع اصلی اگزوسیتوز عبارتند از:

آ) ترشح - حذف ترکیبات محلول در آب از سلول که مورد استفاده قرار می گیرند یا سلول های دیگر بدن را تحت تأثیر قرار می دهند. هم توسط سلول های غیر تخصصی و هم توسط سلول های غدد درون ریز، غشاهای مخاطی قابل انجام است. دستگاه گوارش، برای ترشح موادی که تولید می کنند (هورمون ها، انتقال دهنده های عصبی، پروآنزیم ها) بسته به نیازهای خاص بدن سازگار است.

پروتئین های ترشح شده بر روی ریبوزوم های مرتبط با غشاهای شبکه آندوپلاسمی خشن سنتز می شوند. این پروتئین‌ها سپس به دستگاه گلژی منتقل می‌شوند، در آنجا اصلاح، تغلیظ، دسته‌بندی می‌شوند و سپس به شکل وزیکول‌هایی بسته‌بندی می‌شوند که به داخل سیتوزول آزاد می‌شوند و متعاقباً با غشای پلاسمایی ترکیب می‌شوند تا محتویات وزیکول‌ها خارج از سلول باشد.

برخلاف ماکرومولکول ها، ذرات کوچک ترشح شده مانند پروتون ها با استفاده از مکانیسم های انتشار تسهیل شده و انتقال فعال به خارج از سلول منتقل می شوند.

ب) دفع - حذف موادی که نمی توان از سلول استفاده کرد (به عنوان مثال، در طی گلبول های قرمز، حذف ماده مش از رتیکولوسیت ها، که بقایای انباشته اندامک ها است). به نظر می رسد مکانیسم دفع این است که ذرات دفع شده در ابتدا در یک وزیکول سیتوپلاسمی به دام افتاده اند که سپس با غشای پلاسما ترکیب می شود.

اکثریت قریب به اتفاق موجوداتی که روی زمین زندگی می کنند از سلول هایی تشکیل شده اند که تا حد زیادی از نظر ترکیب شیمیایی، ساختار و عملکردهای حیاتی مشابه هستند. متابولیسم و ​​تبدیل انرژی در هر سلول اتفاق می افتد. تقسیم سلولی زیربنای فرآیندهای رشد و تولید مثل موجودات است. بنابراین، سلول واحدی از ساختار، رشد و تولید مثل موجودات است.

یک سلول فقط می تواند به عنوان یک سیستم یکپارچه وجود داشته باشد که به قطعات تقسیم نمی شود. یکپارچگی سلول توسط غشاهای بیولوژیکی تضمین می شود. یک سلول عنصری از یک سیستم با رتبه بالاتر - یک ارگانیسم است. اجزا و اندامک های یک سلول، متشکل از مولکول های پیچیده هستند سیستم های کاملرتبه پایین تر

سلول - سیستم باز، مرتبط با محیط زیست، متابولیسم و ​​انرژی است. این یک سیستم عملکردی است که در آن هر مولکول وظایف خاصی را انجام می دهد. سلول دارای ثبات، توانایی خود تنظیمی و خود تولید مثل است.

سلول یک سیستم خودگردان است. سیستم ژنتیکی کنترل سلول توسط ماکرومولکول های پیچیده نشان داده می شود - اسیدهای نوکلئیک(DNA و RNA).

در 1838-1839 زیست شناسان آلمانی M. Schleiden و T. Schwann دانش را در مورد سلول خلاصه کردند و موضع اصلی نظریه سلول را فرموله کردند، جوهر آن این است که همه موجودات، اعم از گیاهی و حیوانی، از سلول تشکیل شده اند.

در سال 1859، R. Virchow فرآیند تقسیم سلولی را توصیف کرد و یکی از مهمترین مفاد نظریه سلولی را فرموله کرد: "هر سلولی از سلول دیگری می آید." سلول های جدید در نتیجه تقسیم سلول مادر و نه از مواد غیر سلولی، همانطور که قبلا تصور می شد، تشکیل می شوند.

کشف تخم‌های پستانداران توسط دانشمند روسی K. Baer در سال 1826 به این نتیجه رسید که سلول زیربنای رشد موجودات چند سلولی است.

نظریه سلولی مدرن شامل مفاد زیر است:

1) سلول - واحد ساختار و رشد همه موجودات.

2) سلول های موجودات از قلمروهای مختلف طبیعت زنده از نظر ساختار، ترکیب شیمیایی، متابولیسم و ​​تظاهرات اساسی فعالیت زندگی مشابه هستند.

3) سلول های جدید در نتیجه تقسیم سلول مادر تشکیل می شوند.

4) در یک ارگانیسم چند سلولی، سلول ها بافت ها را تشکیل می دهند.

5) اندام ها از بافت ها تشکیل شده اند.

با مقدمه زیست شناسی مدرن زیستی، فیزیکی و روش های شیمیاییتحقیقات امکان مطالعه ساختار و عملکرد اجزای مختلف سلول را فراهم کرده است. یکی از روش های مطالعه سلول ها می باشد میکروسکوپ. یک میکروسکوپ نوری مدرن اجسام را 3000 برابر بزرگ می کند و به شما امکان می دهد بزرگترین اندامک های سلولی را ببینید، حرکت سیتوپلاسم و تقسیم سلولی را مشاهده کنید.

در دهه 40 اختراع شد. قرن XX میکروسکوپ الکترونی ده ها و صدها هزار برابر بزرگنمایی می دهد. یک میکروسکوپ الکترونی از جریانی از الکترون ها به جای نور و به جای عدسی ها استفاده می کند. میدان های الکترومغناطیسی. بنابراین، یک میکروسکوپ الکترونی تصاویر واضحی را با بزرگنمایی بسیار بالاتر تولید می کند. با استفاده از چنین میکروسکوپی، می توان ساختار اندامک های سلولی را مطالعه کرد.

ساختار و ترکیب اندامک های سلولی با استفاده از روش مورد مطالعه قرار می گیرد سانتریفیوژ. بافت های خرد شده با غشای سلولی تخریب شده در لوله های آزمایش قرار می گیرند و با سرعت بالا در سانتریفیوژ می چرخند. این روش بر این واقعیت استوار است که ارگانوئیدهای سلولی مختلف جرم و چگالی متفاوتی دارند. اندامک‌های متراکم‌تر در یک لوله آزمایش در سرعت‌های سانتریفیوژ پایین و آنهایی که متراکم‌تر هستند - در سرعت‌های بالا قرار می‌گیرند. این لایه ها به طور جداگانه مورد مطالعه قرار می گیرند.

به طور گسترده استفاده می شود روش کشت سلول و بافت، که شامل این واقعیت است که از یک یا چند سلول روی یک محیط غذایی خاص می توان گروهی از همان نوع سلول های حیوانی یا گیاهی را به دست آورد و حتی یک گیاه کامل را رشد داد. با استفاده از این روش می توانید به این سوال پاسخ دهید که چگونه بافت ها و اندام های مختلف بدن از یک سلول تشکیل می شوند.

اصول اولیه تئوری سلولی اولین بار توسط M. Schleiden و T. Schwann تدوین شد. سلول واحدی از ساختار، فعالیت حیاتی، تولید مثل و رشد همه موجودات زنده است. برای مطالعه سلول ها از روش های میکروسکوپ، سانتریفیوژ، کشت سلول و بافت و ... استفاده می شود.

سلول های قارچ ها، گیاهان و جانوران نه تنها در ترکیب شیمیایی، بلکه در ساختار نیز اشتراکات زیادی دارند. هنگام بررسی یک سلول در زیر میکروسکوپ، ساختارهای مختلفی در آن قابل مشاهده است - ارگانوئیدها. هر اندامک وظایف خاصی را انجام می دهد. سه بخش اصلی در یک سلول وجود دارد: غشای پلاسمایی، هسته و سیتوپلاسم (شکل 1).

غشای پلاسماییسلول و محتویات آن را از محیط جدا می کند. در شکل 2 می بینید: غشاء توسط دو لایه لیپید تشکیل شده است و مولکول های پروتئین به ضخامت غشا نفوذ می کنند.

عملکرد اصلی غشای پلاسمایی حمل و نقل. جریان مواد مغذی به داخل سلول و حذف محصولات متابولیک از آن را تضمین می کند.

خاصیت مهم غشاء این است تراوایی انتخابییا نیمه نفوذپذیری، به سلول اجازه می دهد تا با محیط تعامل داشته باشد: فقط مواد خاصی وارد آن می شوند و از آن خارج می شوند. مولکول های کوچک آب و برخی مواد دیگر از طریق انتشار، تا حدی از طریق منافذ غشاء به سلول نفوذ می کنند.

قندها، اسیدهای آلی و نمک ها در سیتوپلاسم، شیره سلولی واکوئل های یک سلول گیاهی حل می شوند. علاوه بر این، غلظت آنها در سلول به طور قابل توجهی بیشتر از در است محیط. هر چه غلظت این مواد در سلول بیشتر باشد، آب بیشتری جذب می کند. مشخص است که آب به طور مداوم توسط سلول مصرف می شود، به همین دلیل غلظت شیره سلولی افزایش می یابد و آب دوباره وارد سلول می شود.

ورود مولکول های بزرگتر (گلوکز، اسیدهای آمینه) به سلول توسط پروتئین های انتقال غشایی تضمین می شود که با ترکیب با مولکول های مواد منتقل شده، آنها را در سراسر غشاء منتقل می کند. این فرآیند شامل آنزیم هایی است که ATP را تجزیه می کنند.

شکل 1. نمودار کلی ساختار یک سلول یوکاریوتی.
(برای بزرگنمایی تصویر روی عکس کلیک کنید)

شکل 2. ساختار غشای پلاسمایی.
1 - پروتئین های سوراخ کننده، 2 - پروتئین های غوطه ور، 3 - پروتئین های خارجی

شکل 3. نمودار پینوسیتوز و فاگوسیتوز.

حتی مولکول های بزرگتری از پروتئین ها و پلی ساکاریدها توسط فاگوسیتوز وارد سلول می شوند (از یونانی. فاگوس- بلعیدن و کیتوها- رگ، سلول) و قطرات مایع - توسط پینوسیتوز (از یونانی. پینوت- می نوشم و کیتوها) (شکل 3).

سلول های حیوانی، بر خلاف سلول های گیاهی، توسط یک "پوشش" نرم و انعطاف پذیر احاطه شده اند که عمدتاً توسط مولکول های پلی ساکارید تشکیل شده است، که با پیوستن برخی پروتئین ها و لیپیدهای غشایی، سلول را از بیرون احاطه می کند. ترکیب پلی ساکاریدها مختص بافت های مختلف است، به همین دلیل سلول ها یکدیگر را "شناخته" می کنند و با یکدیگر متصل می شوند.

سلول های گیاهی چنین "پوشش" ندارند. آنها یک غشای پلاسمایی منفذی در بالای خود دارند. غشای سلولیکه عمدتاً از سلولز تشکیل شده است. از طریق منافذ، رشته‌های سیتوپلاسم از سلولی به سلول دیگر کشیده می‌شوند و سلول‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند. به این ترتیب ارتباط بین سلول ها حاصل می شود و یکپارچگی بدن به دست می آید.

غشای سلولی در گیاهان نقش یک اسکلت قوی را ایفا می کند و سلول را از آسیب محافظت می کند.

اکثر باکتری ها و همه قارچ ها دارای غشای سلولی هستند، فقط ترکیب شیمیایی آن متفاوت است. در قارچ ها از ماده ای شبیه کیتین تشکیل شده است.

سلول های قارچ ها، گیاهان و حیوانات ساختار مشابهی دارند. یک سلول دارای سه بخش اصلی است: هسته، سیتوپلاسم و غشای پلاسمایی. غشای پلاسمایی از لیپیدها و پروتئین ها تشکیل شده است. ورود مواد به سلول و آزاد شدن آنها از سلول را تضمین می کند. در سلول های گیاهان، قارچ ها و اکثر باکتری ها یک غشای سلولی در بالای غشای پلاسمایی وجود دارد. این یک عملکرد محافظتی را انجام می دهد و نقش یک اسکلت را بازی می کند. در گیاهان دیواره سلولی از سلولز و در قارچ ها از ماده ای شبیه کیتین تشکیل شده است. سلول های حیوانی با پلی ساکاریدهایی پوشیده شده اند که تماس بین سلول های همان بافت را فراهم می کنند.

آیا می دانید که قسمت اصلی سلول است سیتوپلاسم. از آب، اسیدهای آمینه، پروتئین ها، کربوهیدرات ها، ATP و یون های مواد معدنی تشکیل شده است. سیتوپلاسم حاوی هسته و اندامک های سلولی است. در آن، مواد از بخشی از سلول به قسمت دیگر حرکت می کنند. سیتوپلاسم برهمکنش همه اندامک ها را تضمین می کند. واکنش های شیمیایی در اینجا انجام می شود.

کل سیتوپلاسم با میکروتوبول های پروتئینی نازکی که تشکیل می شوند نفوذ کرده است اسکلت سلولی، به لطف آن شکل ثابتی را حفظ می کند. اسکلت سلولی انعطاف پذیر است، زیرا میکروتوبول ها می توانند موقعیت خود را تغییر دهند، از یک سر حرکت کنند و از انتهای دیگر کوتاه شوند. مواد مختلفی وارد سلول می شوند. در قفس چه اتفاقی برای آنها می افتد؟

در لیزوزوم ها - وزیکول های غشایی گرد کوچک (نگاه کنید به شکل 1) مولکول های مواد آلی پیچیده با کمک آنزیم های هیدرولیتیک به مولکول های ساده تر تجزیه می شوند. به عنوان مثال، پروتئین ها به اسیدهای آمینه، پلی ساکاریدها به مونوساکاریدها، چربی ها به گلیسیرین و اسیدهای چرب تجزیه می شوند. برای این عملکرد، لیزوزوم ها اغلب "ایستگاه های گوارشی" سلول نامیده می شوند.

اگر غشای لیزوزوم ها از بین برود، آنزیم های موجود در آنها می توانند خود سلول را هضم کنند. بنابراین، لیزوزوم ها گاهی اوقات "سلاح های کشتن سلول" نامیده می شوند.

اکسیداسیون آنزیمی مولکول های کوچک اسیدهای آمینه، مونوساکاریدهای تشکیل شده در لیزوزوم ها، اسیدهای چربو الکل ها به کربن، گاز اسیدی و آب در سیتوپلاسم شروع می شود و به اندامک های دیگر ختم می شود - میتوکندری. میتوکندری ها اندامک های میله ای شکل، نخ مانند یا کروی هستند که با دو غشاء از سیتوپلاسم جدا شده اند (شکل 4). غشای بیرونی صاف است و غشای داخلی چین ها را تشکیل می دهد - cristas، که سطح آن را افزایش می دهد. غشای داخلی حاوی آنزیم هایی است که در واکنش های اکسیداسیون مواد آلی به آن شرکت می کنند دی اکسید کربنو آب. این انرژی را آزاد می کند که توسط سلول در مولکول های ATP ذخیره می شود. بنابراین، میتوکندری ها "ایستگاه های برق" سلول نامیده می شوند.

در سلول، مواد آلی نه تنها اکسید می شوند، بلکه سنتز می شوند. سنتز لیپیدها و کربوهیدرات ها بر روی شبکه آندوپلاسمی - EPS (شکل 5) و پروتئین ها - روی ریبوزوم ها انجام می شود. EPS چیست؟ این سیستمی از لوله ها و مخازن است که دیواره های آن توسط یک غشاء تشکیل شده است. آنها در کل سیتوپلاسم نفوذ می کنند. مواد از طریق کانال های ER به قسمت های مختلف سلول حرکت می کنند.

EPS صاف و خشن وجود دارد. در سطح ER صاف، کربوهیدرات ها و لیپیدها با مشارکت آنزیم ها سنتز می شوند. زبری ER توسط بدنه های گرد کوچکی که روی آن قرار دارند نشان داده می شود - ریبوزوم ها(نگاه کنید به شکل 1)، که در سنتز پروتئین نقش دارند.

سنتز مواد آلی نیز در پلاستیدها، که فقط در سلول های گیاهی یافت می شوند.

برنج. 4. طرح ساختار میتوکندری.
1.- غشای خارجی; 2.- غشاء داخلی; 3.- چین های غشای داخلی - cristae.

برنج. 5. طرح ساختار EPS خشن.

برنج. 6. نمودار ساختار یک کلروپلاست.
1.- غشای خارجی; 2.- غشاء داخلی; 3. محتویات داخلی کلروپلاست. 4- چین های غشای داخلی، جمع آوری شده در "پشته" و تشکیل گرانا.

در پلاستیدهای بی رنگ - لوکوپلاست ها(از یونانی لوکوس- سفید و پلاستوس- ایجاد شده) نشاسته انباشته می شود. غده های سیب زمینی از نظر لوکوپلاست بسیار غنی هستند. رنگ های زرد، نارنجی و قرمز به میوه ها و گل ها داده می شود. کروموپلاست ها(از یونانی کروم- رنگ و پلاستوس). آنها رنگدانه های دخیل در فتوسنتز را سنتز می کنند - کاروتنوئیدها. در زندگی گیاهی از اهمیت ویژه ای برخوردار است کلروپلاست ها(از یونانی کلروس- مایل به سبز و پلاستوس) - پلاستیدهای سبز. در شکل 6 مشاهده می کنید که کلروپلاست ها با دو غشا پوشیده شده اند: بیرونی و داخلی. غشای داخلی چین ها را تشکیل می دهد. بین چین ها حباب هایی وجود دارد که در پشته ها چیده شده اند - دانه ها. گراناها حاوی مولکول های کلروفیل هستند که در فتوسنتز نقش دارند. هر کلروپلاست حدود 50 دانه دارد که به صورت شطرنجی چیده شده اند. این آرایش حداکثر روشنایی هر چهره را تضمین می کند.

در سیتوپلاسم، پروتئین ها، لیپیدها و کربوهیدرات ها می توانند به شکل دانه ها، کریستال ها و قطرات تجمع کنند. اینها شمول- ذخیره مواد مغذی که در صورت نیاز توسط سلول مصرف می شود.

در سلول های گیاهی، برخی از مواد مغذی ذخیره، و همچنین محصولات تجزیه، در شیره سلولی واکوئل ها جمع می شوند (شکل 1 را ببینید). آنها می توانند تا 90 درصد از حجم یک سلول گیاهی را تشکیل دهند. سلول های حیوانی واکوئل های موقتی دارند که بیش از 5 درصد حجم آنها را اشغال نمی کند.

برنج. 7. طرح ساختار مجموعه گلژی.

در شکل 7 سیستمی از حفره ها را مشاهده می کنید که توسط یک غشاء احاطه شده اند. این مجموعه گلژی، که وظایف مختلفی را در سلول انجام می دهد: در تجمع و حمل و نقل مواد، حذف آنها از سلول، تشکیل لیزوزوم ها و غشای سلولی شرکت می کند. به عنوان مثال، مولکول های سلولز وارد حفره مجتمع گلژی می شوند که با استفاده از وزیکول ها به سطح سلول حرکت می کنند و در غشای سلولی قرار می گیرند.

اکثر سلول ها با تقسیم تکثیر می شوند. مشارکت در این فرآیند مرکز سلولی. این شامل دو سانتریول است که توسط سیتوپلاسم متراکم احاطه شده اند (شکل 1 را ببینید). در ابتدای تقسیم، سانتریول ها به سمت قطب های سلول حرکت می کنند. رشته های پروتئینی از آنها خارج می شود که به کروموزوم ها متصل می شود و توزیع یکنواخت آنها را بین دو سلول دختر تضمین می کند.

همه اندامک های سلولی به طور نزدیک به هم مرتبط هستند. به عنوان مثال، مولکول های پروتئین در ریبوزوم ها سنتز می شوند و از طریق کانال های ER به بخش های مختلفسلول ها و در لیزوزوم ها پروتئین ها از بین می روند. مولکول های تازه سنتز شده برای ساختن ساختارهای سلولی یا تجمع در سیتوپلاسم و واکوئل ها به عنوان مواد مغذی ذخیره استفاده می شوند.

سلول با سیتوپلاسم پر شده است. سیتوپلاسم حاوی هسته و اندامک های مختلف است: لیزوزوم ها، میتوکندری ها، پلاستیدها، واکوئل ها، ER، مرکز سلولی، مجتمع گلژی. آنها در ساختار و عملکرد خود متفاوت هستند. تمام اندامک های سیتوپلاسم با یکدیگر تعامل دارند و عملکرد طبیعی سلول را تضمین می کنند.

جدول 1. ساختار سلول

مهم ترین نقش در فعالیت حیاتی و تقسیم سلول های قارچ ها، گیاهان و جانوران متعلق به هسته و کروموزوم های واقع در آن است. اکثر سلول های این موجودات دارای یک هسته هستند، اما سلول های چند هسته ای مانند سلول های ماهیچه ای نیز وجود دارند. هسته در سیتوپلاسم قرار دارد و شکلی گرد یا بیضی دارد. با پوسته ای متشکل از دو غشا پوشیده شده است. پوشش هسته دارای منافذی است که از طریق آنها تبادل مواد بین هسته و سیتوپلاسم انجام می شود. هسته با شیره هسته ای پر شده است که هسته و کروموزوم ها در آن قرار دارند.

هسته- اینها "کارگاه هایی برای تولید" ریبوزوم ها هستند که از RNA های ریبوزومی تشکیل شده در هسته و پروتئین های سنتز شده در سیتوپلاسم تشکیل می شوند.

عملکرد اصلی هسته - ذخیره سازی و انتقال اطلاعات ارثی - مرتبط است کروموزوم ها. هر نوع ارگانیسم مجموعه ای از کروموزوم های خاص خود را دارد: تعداد، شکل و اندازه معین.

تمام سلول های بدن به جز سلول های جنسی نامیده می شوند جسمی(از یونانی سوما- بدن). سلول های یک موجود زنده از همان گونه حاوی مجموعه ای از کروموزوم ها هستند. به عنوان مثال، در انسان، هر سلول بدن حاوی 46 کروموزوم است، در مگس میوه مگس سرکه - 8 کروموزوم.

سلول های سوماتیک، به عنوان یک قاعده، دارای مجموعه ای دوگانه از کروموزوم ها هستند. نامیده می شود دیپلوئیدو با 2 نشان داده می شود n. بنابراین، یک فرد دارای 23 جفت کروموزوم است، یعنی 2 n= 46. سلول های جنسی دارای نیمی از کروموزوم هستند. مجرد است یا هاپلوئید، کیت فرد 1 دارد n = 23.

همه کروموزوم‌های سلول‌های سوماتیک، بر خلاف کروموزوم‌های سلول‌های زایا، جفت هستند. کروموزوم هایی که یک جفت را تشکیل می دهند با یکدیگر یکسان هستند. کروموزوم های جفتی نامیده می شوند همولوگ. کروموزوم هایی که متعلق به زوج های مختلفو از نظر شکل و اندازه متفاوت است، نامیده می شود غیر همولوگ(شکل 8).

در برخی از گونه ها ممکن است تعداد کروموزوم ها یکسان باشد. به عنوان مثال، شبدر قرمز و نخود دارای 2 هستند n= 14. با این حال، کروموزوم های آنها در شکل، اندازه و ترکیب نوکلئوتیدی مولکول های DNA متفاوت است.

برنج. 8. مجموعه ای از کروموزوم ها در سلول های مگس سرکه.

برنج. 9. ساختار کروموزوم.

برای درک نقش کروموزوم ها در انتقال اطلاعات ارثی، لازم است با ساختار و ترکیب شیمیایی آنها آشنا شویم.

کروموزوم های یک سلول غیرقابل تقسیم شبیه رشته های نازک دراز هستند. قبل از تقسیم سلولی، هر کروموزوم از دو رشته یکسان تشکیل شده است - کروماتید، که بین کمرهای کمر متصل می شوند - (شکل 9).

کروموزوم ها از DNA و پروتئین تشکیل شده اند. از آنجایی که ترکیب نوکلئوتیدی DNA در بین آنها متفاوت است انواع متفاوت، ترکیب کروموزوم برای هر گونه منحصر به فرد است.

هر سلول، به جز سلول های باکتری، دارای هسته ای است که هسته و کروموزوم ها در آن قرار دارند. هر گونه با مجموعه خاصی از کروموزوم ها مشخص می شود: تعداد، شکل و اندازه. در سلول‌های سوماتیک اکثر موجودات، مجموعه کروموزوم‌ها دیپلوئید و در سلول‌های جنسی هاپلوئید است. کروموزوم های جفت شده همولوگ نامیده می شوند. کروموزوم ها از DNA و پروتئین تشکیل شده اند. مولکول های DNA ذخیره و انتقال اطلاعات ارثی را از سلولی به سلول دیگر و از ارگانیسمی به ارگانیسم دیگر تضمین می کنند.

پس از بررسی این موضوعات، باید بتوانید:

1. توضیح دهید که در چه مواردی باید از میکروسکوپ نوری (ساختار) یا میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده کرد.
2. ساختار غشای سلولی را توضیح دهید و رابطه بین ساختار غشاء و توانایی آن در تبادل مواد بین سلول و محیط آن را توضیح دهید.
3. فرآیندها را تعریف کنید: انتشار، انتشار تسهیل شده، انتقال فعال، اندوسیتوز، اگزوسیتوز و اسمز. تفاوت بین این فرآیندها را مشخص کنید.
4. وظایف ساختارها را نام ببرید و مشخص کنید که در کدام سلول ها (گیاهی، حیوانی یا پروکاریوتی) قرار دارند: هسته، غشای هسته ای، نوکلئوپلاسم، کروموزوم، غشای پلاسمایی، ریبوزوم، میتوکندری، دیواره سلولی، کلروپلاست، واکوئل، لیزوزوم، شبکه آندوپلاسمی صاف. (دانه ای) و زبر (دانه ای)، مرکز سلولی، دستگاه گلژی، مژک، تاژک، مزوزوم، پیلی یا فیمبریا.
5. حداقل سه علامت را نام ببرید که با آنها می توان سلول گیاهی را از سلول حیوانی تشخیص داد.
6. مهم ترین تفاوت های بین سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی را فهرست کنید.

Ivanova T.V.، Kalinova G.S.، Myagkova A.N. "زیست شناسی عمومی". مسکو، "روشنگری"، 2000

• موضوع 1. "غشاء پلاسما." §1، §8 ص 5;20
• موضوع 2. "قفس." §8-10 ص 20-30
• موضوع 3. "سلول پروکاریوتی. ویروس ها." §11 ص 31-34

غشاهای سلولی

سازماندهی ساختاری یک سلول بر اساس اصل ساختار غشایی است، یعنی سلول عمدتاً از غشاء ساخته شده است. همه غشاهای بیولوژیکی مشترک هستند ویژگی های ساختاریو خواص

در حال حاضر، مدل مایع موزاییکی ساختار غشایی به طور کلی پذیرفته شده است.

غشاء بر اساس یک دولایه لیپیدی تشکیل شده است فسفولیپیدها. لیپیدها به طور متوسط ​​≈40٪ را تشکیل می دهند. ترکیب شیمیاییغشاها در یک دولایه، دم مولکول های غشاء رو به روی یکدیگر و سرهای قطبی رو به بیرون هستند، بنابراین سطح غشاء آبدوست است. لیپیدها خواص اساسی غشاها را تعیین می کنند.

علاوه بر لیپیدها، غشاء حاوی پروتئین (به طور متوسط ​​≈60٪) است. آنها بیشتر عملکردهای خاص غشاء را تعیین می کنند. مولکول های پروتئین یک لایه پیوسته تشکیل نمی دهند (شکل 280). بسته به محل غشاء، موارد زیر وجود دارد:

© پروتئین های محیطی- پروتئین های واقع در قسمت بیرونی یا سطح داخلیدو لایه لیپیدی؛

© پروتئین های نیمه انتگرال- پروتئین های غوطه ور در دولایه لیپیدی تا اعماق مختلف.

© انتگرال، یا پروتئین های غشایی -پروتئین هایی که از طریق غشاء نفوذ می کنند و با محیط خارجی و داخلی سلول تماس می گیرند.

پروتئین های غشایی می توانند وظایف مختلفی را انجام دهند:

© حمل و نقل مولکول های خاص.

© کاتالیز واکنش هایی که روی غشاها رخ می دهند.

© حفظ ساختار غشا.

© دریافت و تبدیل سیگنال از محیط.

غشا می تواند از 2 تا 10 درصد کربوهیدرات داشته باشد. جزء کربوهیدرات غشاها معمولاً با زنجیره های الیگوساکارید یا پلی ساکارید مرتبط با مولکول های پروتئین (گلیکوپروتئین ها) یا لیپیدها (گلیکولیپیدها) نشان داده می شود. کربوهیدرات ها عمدتا بر روی قرار دارند سطح بیرونیغشاها عملکرد کربوهیدرات ها در غشای سلولی به طور کامل شناخته نشده است، اما می توان گفت که آنها عملکردهای گیرنده غشاء را فراهم می کنند.

در سلول های حیوانی، گلیکوپروتئین ها یک مجتمع فوق غشایی تشکیل می دهند - گلیکوکالیکس، دارای ضخامت چند ده نانومتر است. هضم خارج سلولی در آن اتفاق می افتد، بسیاری از گیرنده های سلولی قرار دارند و ظاهراً چسبندگی سلولی با کمک آن اتفاق می افتد.

مولکول های پروتئین ها و لیپیدها متحرک هستند و قادر به حرکت هستند , عمدتا در صفحه غشاء. غشاها نامتقارن هستند , یعنی ترکیب چربی و پروتئین سطح بیرونی و داخلی غشا متفاوت است.

ضخامت غشای پلاسمایی به طور متوسط ​​7.5 نانومتر است.

یکی از وظایف اصلی غشاء حمل و نقل است و از تبادل مواد بین سلول و محیط خارجی اطمینان حاصل می کند. غشاها دارای خاصیت نفوذپذیری انتخابی هستند، یعنی به خوبی برای برخی از مواد یا مولکول ها نفوذپذیر و برای برخی دیگر نفوذ ناپذیری ضعیف (یا کاملاً غیرقابل نفوذ) هستند. نفوذپذیری غشا برای مواد مختلفهم به خواص مولکول های آنها (قطبیت، اندازه و غیره) و هم به ویژگی های غشاها بستگی دارد (قسمت داخلی لایه لیپیدی آبگریز است).

مکانیسم های مختلفی برای انتقال مواد در سراسر غشا وجود دارد (شکل 281). بسته به نیاز به استفاده از انرژی برای انتقال مواد، موارد زیر وجود دارد:

© حمل و نقل غیرفعال- حمل و نقل مواد بدون مصرف انرژی؛

© حمل و نقل فعال- حمل و نقلی که انرژی مصرف می کند.

حمل و نقل غیرفعال بر اساس تفاوت در غلظت و بار است. در حمل و نقل غیرفعال، مواد همیشه از ناحیه ای با غلظت بالاتر به ناحیه ای با غلظت کمتر، یعنی در امتداد گرادیان غلظت، حرکت می کنند. اگر مولکول باردار باشد، انتقال آن نیز تحت تأثیر گرادیان الکتریکی قرار می گیرد. بنابراین، مردم اغلب در مورد یک گرادیان الکتروشیمیایی صحبت می کنند و هر دو گرادیان را با هم ترکیب می کنند. سرعت انتقال بستگی به بزرگی گرادیان دارد.

سه مکانیسم اصلی حمل و نقل غیرفعال وجود دارد:

© انتشار ساده- انتقال مواد به طور مستقیم از طریق دو لایه لیپیدی. گازها، مولکول های قطبی غیر قطبی یا کوچک بدون بار به راحتی از آن عبور می کنند. هر چه مولکول کوچکتر و محلول در چربی بیشتر باشد، سریعتر به غشاء نفوذ می کند. جالب اینجاست که آب علیرغم نامحلول بودن نسبتاً در چربی، خیلی سریع به دولایه لیپیدی نفوذ می کند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که مولکول آن کوچک و از نظر الکتریکی خنثی است. انتشار آب از طریق غشاء نامیده می شود توسط اسمز.

© انتشار تسهیل شده- حمل و نقل مواد با استفاده از ویژه

پروتئین های انتقال دهنده که هر کدام وظیفه انتقال مولکول های خاص یا گروه هایی از مولکول های مرتبط را بر عهده دارند. آنها با مولکول ماده انتقال یافته برهمکنش می کنند و به نوعی آن را از طریق غشاء حرکت می دهند. به این ترتیب قندها، اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها و بسیاری از مولکول های قطبی دیگر به داخل سلول منتقل می شوند.

نیاز به حمل و نقل فعال زمانی ایجاد می شود که لازم باشد از انتقال مولکول ها در سراسر غشاء در برابر یک گرادیان الکتروشیمیایی اطمینان حاصل شود. این انتقال توسط پروتئین های حامل انجام می شود که فعالیت آنها به انرژی نیاز دارد. منبع انرژی مولکول های ATP است.

یکی از سیستم های حمل و نقل فعال که بیشتر مورد مطالعه قرار گرفته، پمپ سدیم پتاسیم است. غلظت پتاسیم در داخل سلول بسیار بیشتر از خارج از آن است و Na - بالعکس. بنابراین، پتاسیم بطور غیرفعال از طریق منافذ آب غشاء به خارج از سلول و Na به داخل سلول منتشر می شود. در عین حال، برای عملکرد طبیعی سلول، حفظ نسبت معینی از یون های K و Na در سیتوپلاسم و در سیتوپلاسم مهم است. محیط خارجی. این امکان پذیر است زیرا غشاء به لطف وجود یک پمپ (Na + K) بطور فعال Na را از سلول و K را به داخل سلول پمپ می کند. عملکرد پمپ (Na + K) تقریباً یک سوم کل انرژی لازم برای زندگی سلول را مصرف می کند.

پمپ یک پروتئین غشایی گذرنده ویژه است که قادر به تغییرات ساختاری است و به همین دلیل می تواند هر دو یون K و Na را به هم متصل کند. چرخه عملکرد یک پمپ (Na + K) از چند فاز تشکیل شده است (شکل 282):

© یون Na و یک مولکول ATP از داخل غشا و یون K از بیرون وارد پروتئین پمپ می شوند.

© یون‌های Na با یک مولکول پروتئین ترکیب می‌شوند و پروتئین فعالیت ATPase را به دست می‌آورد، یعنی توانایی ایجاد هیدرولیز ATP را به دست می‌آورد، همراه با آزاد شدن انرژی که پمپ را به حرکت در می‌آورد.

© فسفات آزاد شده در طول هیدرولیز ATP به پروتئین متصل می شود، یعنی فسفوریلاسیون پروتئین رخ می دهد.

© فسفوریلاسیون باعث تغییرات ساختاری در پروتئین می شود، نمی تواند یون های Na را حفظ کند - آنها آزاد می شوند و سلول را ترک می کنند.

ترکیب جدید پروتئین به گونه ای است که اتصال یون های K به آن امکان پذیر می شود.

اضافه کردن یون های K باعث دفسفوریلاسیون پروتئین می شود که در نتیجه دوباره ترکیب آن تغییر می کند.

© تغییر در ترکیب پروتئین منجر به آزاد شدن یون های K در داخل سلول می شود.

اکنون پروتئین دوباره آماده است تا یون های Na را به خود بچسباند.

در یک چرخه کار، پمپ 3 یون Na را از سلول پمپاژ می کند و یون های K2 را پمپ می کند این تفاوت در تعداد یون های انتقال یافته به این دلیل است که نفوذپذیری غشاء برای یون های K بیشتر از Na است. یون ها بر این اساس، پتاسیم به طور غیر فعال از سلول سریعتر از Na به داخل سلول پخش می شود.

© پینوسیتوز فرآیند جذب و جذب قطرات مایع با مواد حل شده در آن است.

اگزوسیتوز- فرآیند حذف مواد مختلف از سلول. در طی اگزوسیتوز، غشای وزیکول (یا واکوئل)، پس از تماس با غشای سیتوپلاسمی خارجی، با آن ادغام می شود. محتویات وزیکول خارج از سوراخ برداشته می شود و غشای آن در غشای سیتوپلاسمی خارجی قرار می گیرد.