غشای سلولی یک لایه فوق نازک بر روی سطح سلول یا اندامک سلولی است که از یک لایه لیپیدی دو مولکولی 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 مضر هستند محافظت می کند. نفوذپذیری انتخابی به این معنی است که نفوذپذیری غشا به اتم ها یا مولکول های مختلف به اندازه آنها بستگی دارد. شارژ الکتریکیو خواص شیمیایی... نفوذپذیری انتخابی جداسازی سلول و محفظه سلولی از محیط و تامین مواد لازم برای آنها را تضمین می کند.
• · انتقال - مواد از طریق غشاء به داخل و خارج سلول منتقل می شوند. حمل و نقل از طریق غشا فراهم می کند: تحویل مواد مغذی، حذف محصولات متابولیک نهایی، ترشح مواد مختلفایجاد گرادیان های یونی، حفظ pH بهینه و غلظت یون ها در سلول که برای کار 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 غشاء از طریق پروتئین های حامل خاص (انتقال دهنده ها) و پروتئین های کانال یا توسط اندوسیتوز نفوذ کند. با انتقال غیرفعال، مواد از دولایه لیپیدی بدون مصرف 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 کمک می کند تا از غشاء عبور کند. این مولکول می تواند کانالی داشته باشد که تنها به یک نوع ماده اجازه عبور می دهد. حمل و نقل فعال نیاز به مصرف انرژی دارد، زیرا برخلاف گرادیان غلظت اتفاق می افتد. 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 - ترتیب و جهت گیری متقابل خاصی از پروتئین های غشایی، تعامل بهینه آنها را فراهم 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 مهمی در تضمین عملکرد مکانیکی دارند و در حیوانات، ماده بین سلولی.
• انرژی - در طول فتوسنتز در کلروپلاست ها و تنفس سلولی در میتوکندری، سیستم های انتقال انرژی در غشاهای آنها کار می کنند که در آن پروتئین ها نیز دخیل هستند.
• گیرنده - برخی از پروتئین های غشاء گیرنده هستند (مولکول هایی که سلول از طریق آنها سیگنال های خاصی را درک می کند). برای مثال، هورمون‌هایی که در خون گردش می‌کنند، تنها بر روی آن دسته از سلول‌های هدف که گیرنده‌های مربوط به این هورمون‌ها دارند، عمل می‌کنند. انتقال دهنده های عصبی ( مواد شیمیایی، هدایت تکانه های عصبی را فراهم می کند) همچنین به پروتئین های گیرنده ویژه 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 اجرای 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 امر حفظ اختلاف پتانسیل روی غشاء و تولید یک تکانه عصبی را تضمین می کند.
• · برچسب گذاری سلول - آنتی ژن هایی روی غشاء وجود دارد که به عنوان نشانگر عمل می کنند - "برچسب هایی" که به شما امکان می دهد سلول را شناسایی کنید. اینها گلیکوپروتئین هایی هستند (یعنی پروتئین هایی با زنجیره های جانبی الیگوساکارید شاخه ای متصل به آنها) که نقش "آنتن" را بازی می کنند. با توجه به پیکربندی های بی شمار زنجیره جانبی، می توان یک نشانگر خاص برای هر نوع سلول ایجاد کرد. با کمک نشانگرها، سلول‌ها می‌توانند سلول‌های دیگر را بشناسند و به طور هماهنگ با آنها عمل کنند، مثلاً در هنگام تشکیل اندام‌ها و بافت‌ها. این نیز اجازه می دهد سیستم ایمنی بدنآنتی ژن های خارجی را بشناسید

برخی از مولکول های پروتئین آزادانه در سطح لایه لیپیدی پخش می شوند. در حالت عادی، بخش‌هایی از مولکول‌های پروتئینی که در طرف مقابل 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 از جداسازی و انباشت موثر بارها و برهمکنش الکترواستاتیکی کاتیون ها و آنیون ها اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، ویژگی‌های خازنی غشاهای سلولی یکی از دلایلی است که ویژگی‌های زمانی فرآیندهای الکتریکی روی غشای سلولی را تعیین می‌کند.

رسانایی (g) متقابل است مقاومت الکتریکیو برابر است با نسبت مقدار جریان گذرنده کل برای یک یون معین به مقداری که باعث اختلاف پتانسیل گذرنده آن شده است.

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

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

یکی از ویژگی های مهم غشاهای بیولوژیکی سیالیت است. همه غشاهای سلولی ساختارهای سیال متحرک هستند: بیشتر مولکول های لیپیدی و پروتئینی تشکیل دهنده آنها قادر به حرکت نسبتاً 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 نیز به نوبه خود توسط یک غشای محافظ ویژه احاطه شده اند - غشایی که نقش بسیار مهمی در زندگی سلول ایفا می کند و عملکرد غشای سلولی تنها به محافظت از سلول محدود نمی شود، بلکه پیچیده ترین مکانیسمدر تولید مثل، تغذیه، بازسازی سلولی نقش دارد.

غشای سلولی چیست؟

خود کلمه "ممبران" از لاتین به عنوان "فیلم" ترجمه شده است، اگرچه غشاء فقط یک نوع فیلم نیست که سلول در آن پیچیده شده است، بلکه مجموعه ای از دو فیلم است که به یکدیگر متصل شده اند و خواص متفاوتی دارند. 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، هم با سلول های دیگر و هم با محیط، 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 طی آن دانشمندان به اصطلاح "سایه ها" را دریافت کردند، پوسته های خالی گلبول های قرمز خون، که در یک شمع جمع شده بودند و سطح را اندازه گرفتند. و همچنین میزان لیپیدهای موجود در آنها را محاسبه کرد. بر اساس میزان دریافتی لیپیدها، دانشمندان به این نتیجه رسیدند که ما فقط آنها را روی لایه دوگانه غشای سلولی می گیریم.

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 به طرز مبتکرانه ای مدلی از غشای سلولی را به شکل ساندویچ ارائه کردند که در آن لایه های لیپیدی-پروتئینی همگن نقش نان را ایفا می کنند و بین آنها به جای کره، فضای خالی وجود دارد.

در سال 1950، با ظهور نظریه الکترونیکی دانیل و داوسون، می توان از قبل با مشاهدات عملی تأیید کرد - 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، جی رابرتسون، زیست شناس آمریکایی، نظریه ساختار سه لایه غشای سلولی را توسعه داد، که برای مدت طولانی تنها مورد صحیح تلقی می شد، اما با پیشرفت بیشتر علم، تردیدهایی در مورد خطاناپذیری آن ظاهر شد. بنابراین، به عنوان مثال، از نظر سلولی، انتقال مواد مغذی لازم از طریق کل "ساندویچ" دشوار و پر زحمت خواهد بود.

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

خواص و عملکرد غشای سلولی

حال بیایید نگاهی به عملکردهای غشای سلولی بیندازیم:

عملکرد مانع غشای سلولی - غشاء، مانند یک محافظ مرزی واقعی، از مرزهای سلول محافظت می کند، مولکول های مضر یا نامناسب را در خود نگه می دارد و نمی گذارد.

عملکرد حمل و نقل غشای سلولی - غشاء نه تنها یک نگهبان مرزی در دروازه سلول است، بلکه نوعی پاسگاه گمرکی است که از طریق آن دائماً مبادله می شود. مواد مفیدبا سلول های دیگر و محیط.

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

عملکرد مکانیکی - مسئول محدود کردن یک سلول از سلول دیگر و به موازات اتصال صحیح سلول ها با یکدیگر و تشکیل آنها به یک بافت همگن است.

عملکرد محافظتی غشای سلولی اساس ساخت یک سپر سلولی محافظ است. در طبیعت، نمونه هایی از این عملکرد می تواند چوب سخت، پوست متراکم، کاراپاس 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 دلیل این عملکرد، آنزیم های گوارشی در اپیتلیوم روده سنتز می شوند.

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 ساخته 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 این کار، پیچک های مخصوصی 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 سلول از طریق غشاء یک مایع عملکردی ترشحی را به سطح ترشح 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 بلند آبگریز به داخل آن کشیده می شوند. کلسترول فضای بین این دم ها را اشغال می کند و از خم شدن آنها جلوگیری می کند، همه اینها در برخی موارد باعث می شود غشای سلول های خاص بسیار سفت شود. علاوه بر همه اینها، مولکول های کلسترول ساختار غشای سلولی را ترتیب می دهند.

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

اگر از طریق میکروسکوپ به غشای سلولی نگاه کنیم، لایه‌ای از لیپیدها را می‌بینیم که توسط مولکول‌های کروی کوچکی تشکیل شده است که پروتئین‌ها مانند دریا روی آن شناور هستند. اکنون می دانید که چه موادی بخشی از غشای سلولی هستند.

غشای سلولی، ویدئو

و در آخر فیلم آموزشی در مورد غشای سلولی.

9.5.1. یکی از وظایف اصلی غشاها مشارکت در انتقال مواد است. این فرآیند با سه مکانیسم اصلی تسهیل می شود: انتشار ساده، انتشار تسهیل شده و انتقال فعال (شکل 9.10). یاد آوردن ویژگی های ضروریاین مکانیسم ها و نمونه هایی از مواد منتقل شده در هر مورد.

شکل 9.10.مکانیسم های انتقال مولکول ها از طریق غشا

انتشار ساده- انتقال مواد از طریق غشاء بدون مشارکت مکانیسم های خاص... حمل و نقل در امتداد یک گرادیان غلظت بدون مصرف انرژی انجام می شود. با انتشار ساده، مولکول های زیستی کوچک منتقل می شوند - Н2О، СО2، О2، اوره، مواد با وزن مولکولی کم آبگریز. سرعت انتشار ساده با گرادیان غلظت متناسب است.

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

حمل و نقل فعال- همچنین به مشارکت پروتئین های حامل خاص نیاز دارد، اما انتقال برخلاف گرادیان غلظت انجام می شود و بنابراین نیاز به انرژی دارد. با کمک این مکانیسم، یون های Na +، K +، Ca2 +، Mg2 + از طریق غشای سلولی و پروتون ها از طریق غشای میتوکندری منتقل می شوند. سینتیک اشباع مشخصه انتقال فعال مواد است.

9.5.2. نمونه‌ای از یک سیستم حمل‌ونقل که به طور فعال یون‌ها را حمل می‌کند Na +، K + - آدنوزین تری فسفاتاز (Na +، K + -ATPase یا Na +، K + -pump) است. این پروتئین در ضخامت 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 K + یون 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 یکسان نیست، تفاوت ایجاد می شود پتانسیل های الکتریکی... بنابراین، یک پتانسیل الکتروشیمیایی ایجاد می شود که شامل انرژی تفاوت در پتانسیل های الکتریکی Δφ و انرژی تفاوت در غلظت مواد ΔС در دو طرف غشاء است.

شکل 9.11.مدار 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 کاملاً ویژه ای در سلول وجود دارد که برای جذب توسط سلول و حذف ترکیبات با مولکولی بالا از آن با تغییر شکل بیوممبران طراحی شده است. این مکانیسم نامیده می شود توسط انتقال تاولی.

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

در طول انتقال ماکرومولکول ها، تشکیل و همجوشی متوالی وزیکول های احاطه شده در غشاء (وزیکول) اتفاق می افتد. با توجه به جهت حمل و نقل و ماهیت مواد حمل 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، موارد زیر وجود دارد:

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 حباب 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 بعدی، غشاء با ماده جذب شده در سیتوپلاسم عمیق می شود. هجوم های موضعی تشکیل شده غشای پلاسمایی از سطح سلول جدا شده و حباب هایی را تشکیل می دهند که سپس به داخل سلول مهاجرت می کنند. این فرآیند با یک سیستم میکروفیلامنت مرتبط است و فرار 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 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 صورت می گیرد. 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. این می تواند هم توسط سلول های غیر تخصصی و هم توسط سلول های غدد درون ریز، غشای مخاطی انجام شود. دستگاه گوارشبرای ترشح مواد تولید شده توسط آنها (هورمون ها، انتقال دهنده های عصبی، پروآنزیم ها) بسته به نیازهای خاص بدن سازگار است.

پروتئین های ترشح شده روی ریبوزوم های مرتبط با غشای شبکه آندوپلاسمی خشن سنتز می شوند. سپس این پروتئین‌ها به دستگاه گلژی منتقل می‌شوند، در آنجا اصلاح می‌شوند، غلیظ می‌شوند، دسته‌بندی می‌شوند و سپس به داخل وزیکول‌ها بسته‌بندی می‌شوند که به داخل سیتوزول شکافته و سپس با غشای پلاسمایی ذوب می‌شوند، به طوری که محتویات وزیکول‌ها در خارج از سلول قرار می‌گیرند. .

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

ب) دفع - حذف موادی از سلول که قابل استفاده نیستند (به عنوان مثال، حذف ماده رتیکولوسیتی که بقایای انباشته اندامک ها در طی گلبول های قرمز از رتیکولوسیت ها است). مکانیسم دفع ظاهراً شامل این واقعیت است که ابتدا ذرات ترشح شده به وزیکول سیتوپلاسمی ختم می شوند که سپس با غشای پلاسما ترکیب می شوند.

اکثریت قریب به اتفاق موجوداتی که روی زمین زندگی می کنند از سلول هایی تشکیل شده اند که از بسیاری جهات از نظر ترکیب شیمیایی، ساختار و فعالیت حیاتی مشابه هستند. هر سلول متابولیزه می شود و انرژی تبدیل می شود. تقسیم سلولی زمینه ساز 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 موجود زنده است. قسمت ها و اندامک های یک سلول، متشکل از مولکول های پیچیده، هستند سیستم های کل نگررتبه پایین تر

سلول - سیستم بازمربوط به محیط زیست، متابولیسم و ​​انرژی است. این یک سیستم عملکردی است که در آن هر مولکول وظایف خاصی را انجام می دهد. سلول مقاوم، خودتنظیم 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. M. Schleiden و T. Schwann، زیست شناسان آلمانی، دانش را در مورد سلول خلاصه کردند و گزاره اساسی نظریه سلول را فرموله کردند، که ماهیت آن این است که همه موجودات، اعم از گیاهی و جانوری، از سلول تشکیل شده اند.

در سال 1859 R. Virkhov فرآیند تقسیم سلولی را شرح داد 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 است.

2) سلول های ارگانیسم های پادشاهی های مختلف طبیعت زنده از نظر ساختار، ترکیب شیمیایی، متابولیسم، تظاهرات اصلی 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 ساخته شده اند.

با مقدمه ای بر زیست شناسی مدرن زیستی، فیزیکی و روش های شیمیاییتحقیقات امکان مطالعه ساختار و عملکرد اجزای مختلف سلول را فراهم کرد. یکی از روش های مطالعه سلولی است میکروسکوپ... یک میکروسکوپ نوری مدرن اجسام را 3000 برابر بزرگ‌نمایی می‌کند و به شما امکان می‌دهد بزرگترین اندامک‌های سلولی را ببینید، حرکت سیتوپلاسم و تقسیم سلولی را مشاهده کنید.

در دهه 40 اختراع شد. قرن XX یک میکروسکوپ الکترونی ده ها و صدها هزار برابر افزایش 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، میکروسکوپ الکترونی تصویر واضحی را در بزرگنمایی های بسیار بالاتر ارائه می دهد. با کمک 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 یک 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، چگالی کمتر - 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 بدست آورد و حتی یک گیاه کامل را پرورش داد. با استفاده از این روش می توان به این سوال پاسخ داد که چگونه بافت ها و اندام های مختلف بدن از یک سلول تشکیل می شوند.

مفاد اصلی تئوری سلولی ابتدا 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.

سلول‌های قارچ‌ها، گیاهان و جانوران، نه تنها از نظر ترکیب شیمیایی، بلکه در ساختار نیز اشتراکات زیادی دارند. هنگام بررسی یک سلول در زیر میکروسکوپ، ساختارهای مختلفی در آن قابل مشاهده است - اندامک ها... هر ارگانوئید عملکردهای خاصی را انجام می دهد. سه بخش اصلی در 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 در ضخامت غشا نفوذ می کنند.

عملکرد اصلی غشای پلاسما حمل و نقل... تامین مواد مغذی به 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 حذف می شوند. مولکول های کوچک آب و برخی مواد دیگر از طریق انتشار و تا حدی از طریق منافذ غشاء وارد سلول می شوند.

در سیتوپلاسم، شیره سلولی واکوئل‌های سلولی گیاهی، قندها، اسیدهای آلی و نمک‌ها حل می‌شوند. علاوه بر این، غلظت آنها در سلول بسیار بیشتر از در است محیط... هر چه غلظت این مواد در سلول بیشتر باشد، آب را بیشتر 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 حمل و نقل غشاء انجام 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 (از یونانی) وارد سلول می شوند. فاگوس- بلعیدن و کیتوها- عروق، سلول) و قطرات مایع - توسط پینوسیتوز (از یونانی. پینوت- من 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 اتصال به پروتئین ها و لیپیدهای خاص غشاء، سلول را در خارج احاطه می کنند. ترکیب پلی ساکاریدها برای بافت های مختلف خاص است، به همین دلیل سلول ها یکدیگر را "شناخته" می کنند و با یکدیگر متصل می شوند.

سلول های گیاهی چنین "پوشش" ندارند. آنها دارای یک سطح منافذ نفوذ در بالای غشای پلاسما هستند غشای سلولیعمدتا 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 انجام می شود و یکپارچگی ارگانیسم به دست می آید.

غشای سلولی در گیاهان نقش یک اسکلت قوی را ایفا می کند و از سلول در برابر 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. سه بخش اصلی در سلول وجود دارد: هسته، سیتوپلاسم و غشای پلاسمایی. غشای پلاسما 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، غشای سلولی از سلولز و در قارچ ها از ماده ای شبیه کیتین تشکیل شده است. سلول های حیوانی با پلی ساکاریدها پوشیده شده اند که تماس بین سلول های همان بافت را فراهم می کند.

می دانید که قسمت اصلی سلول است سیتوپلاسم... این شامل آب، اسیدهای آمینه، پروتئین ها، کربوهیدرات ها، ATP، یون های مواد معدنی است. هسته سلول و اندامک ها در سیتوپلاسم قرار دارند. در آن، مواد از بخشی از سلول به قسمت دیگر حرکت می کنند. سیتوپلاسم تعامل همه اندامک ها را تضمین می کند. اینجاست که واکنش های شیمیایی 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 یک سلول انعطاف پذیر است، زیرا میکروتوبول ها می توانند موقعیت خود را تغییر دهند، از یک طرف حرکت کنند و در 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 تقسیم می شوند. به عنوان مثال، پروتئین ها به اسیدهای آمینه، پلی ساکاریدها به مونوساکاریدها، چربی ها به گلیسین و اسیدهای چرب تجزیه می شوند. برای این عملکرد، لیزوزوم ها اغلب به عنوان "ایستگاه های گوارشی" سلول شناخته می شوند.

اگر غشای لیزوزوم ها از بین برود، آنزیم های موجود در آنها می توانند خود سلول را هضم کنند. بنابراین، گاهی اوقات لیزوزوم ها را «ابزار کشتن سلول» می نامند.

اکسیداسیون آنزیمی مولکول های کوچک اسیدهای آمینه، مونوساکاریدها، تشکیل شده در لیزوزوم ها، اسیدهای چربو الکل ها به گاز کربنیک اسید و آب از سیتوپلاسم شروع می شود و به اندامک های دیگر ختم می شود - میتوکندری... میتوکندری ها اندامک های میله ای شکل، رشته ای 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 - کریستاکه سطح آن را افزایش می دهد. آنزیم های شرکت کننده در واکنش های اکسیداسیون مواد آلی به دی اکسید کربنو آب. در این حالت انرژی آزاد می شود که توسط سلول در مولکول های ATP ذخیره می شود. بنابراین، میتوکندری ها را "ایستگاه های برق" سلول می نامند.

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؟ 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 در طول کانال های EPS به قسمت های مختلف سلول حرکت می کنند.

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

سنتز مواد آلی نیز در پلاستیدهاکه فقط در سلول های گیاهی یافت می شوند.

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

برنج. 5. نمودار ساختار یک EPS خشن.

برنج. 6. طرح ساختار کلروپلاست.
1.- غشای خارجی; 2.- غشای داخلی; 3- محتوای درونی کلروپلاست. 4.- چین های غشای داخلی، جمع آوری شده در "پشته" و تشکیل گرانول.

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

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

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

برنج. 7. نمودار ساختار مجموعه گلژی.

در شکل 7، سیستمی از حفره ها را مشاهده می کنید که توسط یک غشاء احاطه شده اند. آی تی مجموعه گلژی، که عملکردهای مختلفی را در سلول انجام می دهد: در تجمع و حمل و نقل مواد، حذف آنها از سلول، تشکیل لیزوزوم ها، غشای سلولی شرکت می کند. به عنوان مثال، مولکول های سلولز وارد حفره مجموعه گلژی می شوند که با کمک حباب ها به سطح سلول حرکت کرده و در غشای سلولی ادغام می شوند.

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

همه اندامک های سلولی ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند. به عنوان مثال، مولکول های پروتئین در ریبوزوم ها سنتز می شوند، آنها از طریق کانال های EPS به بخش های مختلفسلول ها و پروتئین ها در لیزوزوم 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، EPS، 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

مهمترین نقش در حیات و تقسیم سلول های قارچ ها، گیاهان و جانوران متعلق به هسته و کروموزوم های موجود در آن است. اکثر سلول های این موجودات دارای یک هسته هستند، اما سلول های چند هسته ای نیز وجود دارند، به عنوان مثال، سلول های ماهیچه ای. هسته در سیتوپلاسم قرار دارد و شکلی گرد یا بیضی دارد. با پوسته ای متشکل از دو غشا پوشیده شده است. غشای 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 ها و کروموزوم ها در آن قرار دارند.

هسته«کارگاه‌هایی برای تولید» ریبوزوم‌ها هستند که از RNA ریبوزومی تشکیل‌شده در هسته و پروتئین‌های سنتز شده در سیتوپلاسم تشکیل می‌شوند.

عملکرد اصلی هسته - ذخیره 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 تولید مثلی نامیده می شوند جسمی(از یونانی. گربه ماهی- بدن). سلول های یک ارگانیسم از همان گونه حاوی مجموعه ای از کروموزوم های مشابه هستند. به عنوان مثال، در انسان، هر سلول بدن دارای 46 کروموزوم است، در حالی که مگس میوه مگس سرکه دارای 8 کروموزوم است.

سلول های سوماتیک معمولاً دارای یک مجموعه کروموزوم دوگانه هستند. نامیده می شود دیپلوئیدو 2 را نشان داد n... بنابراین، یک فرد دارای 23 جفت کروموزوم است، یعنی 2 n= 46. سلول های زایا حاوی نیمی از تعداد کروموزوم ها هستند. مجرد است یا هاپلوئید، کیت در مرد 1 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 در شکل و اندازه متفاوت هستند، نامیده می شود غیر همولوگ(شکل 8).

در برخی از گونه ها، تعداد کروموزوم ها ممکن است یکسان باشد. به عنوان مثال شبدر قرمز و نخود دانه دار 2 هستند n= 14. با این حال، کروموزوم های آنها در شکل، اندازه، 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. هر کروموزوم قبل از تقسیم سلولی از دو رشته یکسان تشکیل شده است - کروماتیدها، که بین دنده های انقباض متصل می شوند - (شکل 9).

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

هر سلول، به جز سلول باکتری، دارای یک هسته است که حاوی هسته و کروموزوم است. هر گونه با مجموعه خاصی از کروموزوم ها مشخص می شود: تعداد، شکل و اندازه. در سلول های سوماتیک اکثر موجودات، مجموعه کروموزوم ها دیپلوئید است، در سلول های تولید مثل 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 را فراهم می کنند.

پس از بررسی این موضوعات، باید بتوانید:

1. توضیح دهید که در چه مواردی باید از میکروسکوپ نوری (ساختار)، میکروسکوپ الکترونی عبوری استفاده شود.
2. ساختار غشای سلولی را توضیح دهید و رابطه بین ساختار غشاء و توانایی آن در تبادل مواد بین سلول و محیط را توضیح دهید.
3. فرآیندها را تعریف کنید: انتشار، انتشار تسهیل شده، انتقال فعال، اندوسیتوز، اگزوسیتوز و اسمز. به تفاوت های این فرآیندها اشاره کنید.
4. وظایف ساختارها را نام ببرید و مشخص کنید که در کدام سلول ها (گیاهی، حیوانی یا پروکاریوتی) قرار دارند: هسته، غشای هسته، 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 توانید سلول گیاهی را از حیوان تشخیص دهید.
6. تفاوت های عمده بین سلول های پروکاریوتی و یوکاریوتی را فهرست کنید.

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

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

غشای سلولی

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

در حال حاضر، مدل مایع موزاییک پذیرفته شده ساختار غشاء.

غشاء بر اساس یک دولایه لیپیدی تشکیل شده است فسفولیپیدها... میانگین لیپیدها ≈40% ترکیب شیمیاییغشاها در 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 محلی سازی در غشاء، موارد زیر وجود دارد:

© پروتئین های محیطی- پروتئین های واقع در قسمت خارجی یا سطح داخلیدولایه لیپیدی؛

© پروتئین های نیمه انتگرال- پروتئین های غوطه ور در دو لایه لیپیدی در اعماق مختلف.

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

پروتئین های غشایی می توانند وظایف مختلفی را انجام دهند:

© حمل و نقل مولکول های خاص.

© کاتالیز واکنش های روی غشاها.

© تعمیر و نگهداری 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. اساساً کربوهیدرات ها روی آن قرار دارند سطح بیرونیغشاها عملکرد کربوهیدرات های 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 - گلیکوکالیکسبا ضخامت چند ده نانومتر. هضم خارج سلولی در آن انجام می شود، بسیاری از گیرنده های سلولی قرار دارند، ظاهراً با کمک آن، چسبندگی سلولی رخ می دهد.

مولکول های پروتئین و لیپید متحرک هستند و می توانند حرکت کنند , عمدتا در صفحه غشاء. غشاها نامتقارن هستند , یعنی ترکیب لیپیدی و پروتئینی سطوح 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 که تبادل مواد بین سلول و محیط خارجی را تضمین می کند. غشاها دارای خاصیت نفوذ پذیری انتخابی هستند، یعنی به خوبی برای برخی از مواد یا مولکول ها نفوذپذیر و برای برخی دیگر نفوذ ناپذیری ضعیف (یا کاملاً غیر قابل نفوذ) هستند. نفوذپذیری غشاها برای مواد مختلفبه خواص مولکول های آنها (قطبیت، اندازه و غیره) و به ویژگی های غشاها بستگی دارد (قسمت داخلی لایه چربی آبگریز است).

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

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

© حمل و نقل فعال- حمل و نقل با مصرف انرژی.

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

سه مکانیسم اصلی انتقال غیرفعال وجود دارد:

© انتشار ساده- انتقال مواد به طور مستقیم از طریق دولایه 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 اگرچه در چربی ها نسبتاً نامحلول است، اما خیلی سریع به لایه دوتایی لیپیدی نفوذ می کند. این به این دلیل است که مولکول آن کوچک و از نظر الکتریکی خنثی است. انتشار آب از طریق غشاء نامیده می شود 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 حمل شده تعامل دارند و به نوعی آن را در سراسر غشاء حرکت می دهند. بنابراین، قندها، اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها و بسیاری از مولکول های قطبی دیگر به داخل سلول منتقل می شوند.

نیاز به انتقال فعال زمانی ایجاد می شود که برای اطمینان از انتقال مولکول ها در سراسر غشاء در برابر یک گرادیان الکتروشیمیایی لازم باشد. این انتقال توسط پروتئین های حامل انجام می شود که فعالیت آنها مستلزم صرف انرژی است. مولکول های ATP به عنوان منبع انرژی عمل می کنند.

یکی از سیستم های حمل و نقل فعال مورد مطالعه، پمپ سدیم-پتاسیم است. غلظت پتاسیم در داخل سلول بسیار بیشتر از خارج از آن است، در حالی که Na برعکس است. بنابراین، پتاسیم بطور غیر فعال از سلول از طریق منافذ آب غشاء و Na - به داخل سلول پخش می شود. در عین حال، برای عملکرد طبیعی سلول، حفظ نسبت مشخصی از یون های K و Na در سیتوپلاسم و در محیط خارجی مهم است. این امکان پذیر است زیرا غشاء به دلیل وجود پمپ (Na + K) به طور فعال Na را از سلول و K را به داخل سلول پمپ می کند. عملکرد پمپ (Na + K) تقریباً یک سوم کل انرژی مورد نیاز برای فعالیت حیاتی سلول را مصرف می کند.

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

© از داخل غشاء، یون های Na و یک مولکول ATP وارد پروتئین پمپ می شوند و از خارج، یون های K.

© یون های Na با یک مولکول پروتئین ترکیب می شوند و پروتئین فعالیت ATP-ase را به دست می آورد، یعنی توانایی ایجاد هیدرولیز ATP را به دست می آورد، همراه با آزاد شدن انرژی که پمپ را به حرکت در می آورد.

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

© فسفوریلاسیون باعث تغییرات ساختاری در پروتئین می شود، معلوم می شود که نمی تواند یون های Na را حفظ کند - آنها آزاد می شوند و به خارج از سلول می روند.

ترکیب جدید پروتئین به گونه ای است که امکان اتصال یون های K به آن وجود دارد.

پیوستن یون های K باعث دفسفوریلاسیون پروتئین می شود که در نتیجه آن دوباره ساختار خود را تغییر می دهد.

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

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

در یک چرخه کار، پمپ 3 یون Na را از سلول پمپ می کند و یون K 2 را پمپ می کند. چنین تفاوتی در میزان یون های حمل شده به این دلیل است که نفوذپذیری غشاء برای یون های K بیشتر از یون Na است. . بر این اساس، پتاسیم به طور غیر فعال سریعتر از Na به داخل سلول منتشر می شود.

© pinocytosis - فرآیند جذب و جذب قطرات مایع با مواد حل شده در آن.

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