ساختار غشای خارجی ساختار و عملکرد غشاهای بیولوژیکی

غشای سلولیغشای پلاسما (یا سیتوپلاسمی) و پلاسمالما نیز نامیده می شود. این ساختار نه تنها محتویات داخلی سلول را از محیط خارجی جدا می کند، بلکه بخشی از بیشتر اندامک های سلولی و هسته است و به نوبه خود آنها را از هیالوپلاسم (سیتوزول) - قسمت چسبناک- مایع سیتوپلاسم - جدا می کند. بیا با هم تماس بگیریم غشای سیتوپلاسمیکه محتویات سلول را از محیط خارجی جدا می کند. عبارات باقی مانده همه غشاها را نشان می دهد.

ساختار غشای سلولی (بیولوژیکی) بر اساس یک لایه دوگانه از لیپیدها (چربی ها) است. تشکیل چنین لایه ای با ویژگی های مولکول های آنها مرتبط است. لیپیدها در آب حل نمی شوند، بلکه به روش خود در آن متراکم می شوند. یک قسمت از یک مولکول لیپیدی یک سر قطبی است (به آب جذب می شود، یعنی آب دوست)، و دیگری یک جفت دم بلند غیر قطبی است (این قسمت از مولکول توسط آب دفع می شود، یعنی آبگریز). این ساختار مولکول‌ها باعث می‌شود که دم‌های خود را از آب پنهان کنند و سر قطبی خود را به سمت آب بچرخانند.

نتیجه یک لایه دولایه لیپیدی است که در آن دم های غیرقطبی به سمت داخل (رو به روی یکدیگر) و سرهای قطبی به سمت بیرون (به سمت) قرار دارند. محیط خارجیو سیتوپلاسم). سطح چنین غشایی آب دوست است، اما در داخل آن آبگریز است.

در غشای سلولی، فسفولیپیدها در بین لیپیدها غالب هستند (آنها به لیپیدهای پیچیده تعلق دارند). سر آنها حاوی باقیمانده اسید فسفریک است. علاوه بر فسفولیپیدها، گلیکولیپیدها (لیپیدها + کربوهیدرات ها) و کلسترول (مربوط به استرول) وجود دارد. دومی سفتی به غشاء می دهد و در ضخامت آن بین دم لیپیدهای باقی مانده قرار دارد (کلسترول کاملاً آبگریز است).

به دلیل برهمکنش الکترواستاتیکی، برخی از مولکول های پروتئین به سرهای لیپیدی باردار متصل می شوند که به پروتئین های غشای سطحی تبدیل می شوند. سایر پروتئین‌ها با دم‌های غیرقطبی تعامل دارند، تا حدی در لایه دوتایی مدفون می‌شوند یا از طریق آن نفوذ می‌کنند.

بنابراین، غشای سلولی از یک لایه دولایه از لیپیدها، پروتئین های سطحی (محیطی)، تعبیه شده (نیمه انتگرال) و نفوذگر (انتگرال) تشکیل شده است. علاوه بر این، برخی از پروتئین ها و لیپیدها در قسمت بیرونی غشا با زنجیره های کربوهیدراتی مرتبط هستند.

این مدل موزاییک سیال ساختار غشاییدر دهه 70 قرن بیستم مطرح شد. پیش از این، یک مدل ساندویچی از ساختار در نظر گرفته شده بود که بر اساس آن دو لایه لیپیدی در داخل قرار دارد و در داخل و خارج غشاء با لایه‌های پیوسته پروتئین‌های سطحی پوشیده شده است. با این حال، انباشت داده های تجربی این فرضیه را رد کرد.

ضخامت غشاها در سلول های مختلف حدود 8 نانومتر است. غشاها (حتی اضلاع مختلف یک) از نظر درصد انواع لیپیدها، پروتئین ها، فعالیت آنزیمی و غیره با یکدیگر متفاوت هستند. برخی از غشاها مایع تر و نفوذپذیرتر هستند، برخی دیگر متراکم تر هستند.

غشای سلولی به دلیل خواص فیزیکی و شیمیایی دولایه لیپیدی به راحتی ادغام می شود. در صفحه غشاء، لیپیدها و پروتئین ها (مگر اینکه توسط اسکلت سلولی لنگر انداخته باشند) حرکت می کنند.

وظایف غشای سلولی

اکثر پروتئین های غوطه ور در غشای سلولی عملکرد آنزیمی دارند (آنزیم هستند).

اغلب (به ویژه در غشای اندامک های سلولی) آنزیم ها در یک توالی مشخص قرار می گیرند به طوری که محصولات واکنش کاتالیز شده توسط یک آنزیم به آنزیم دوم، سپس سوم و غیره منتقل می شوند. نوار نقاله ای تشکیل می شود که پروتئین های سطح را تثبیت می کند، زیرا آنها این کار را انجام نمی دهند. اجازه دهید آنزیم ها در امتداد دولایه لیپیدی شناور شوند. غشای سلولی به عنوان یک جداکننده (سد) ازمحیط زیست

و در عین حال عملکرد حمل و نقل.

می توان گفت که این مهم ترین هدف آن است. غشای سیتوپلاسمی با داشتن قدرت و نفوذپذیری انتخابی، ثبات ترکیب داخلی سلول (هموستاز و یکپارچگی آن) را حفظ می کند.

در این حالت حمل و نقل مواد به طرق مختلف صورت می گیرد. انتقال در امتداد گرادیان غلظت شامل جابجایی مواد از ناحیه ای با غلظت بالاتر به ناحیه ای با غلظت کمتر (نشر) است. به عنوان مثال، گازها (CO 2 , O 2 ) منتشر می شوند. همچنین حمل و نقل در برابر گرادیان غلظت، اما با مصرف انرژی وجود دارد.حمل و نقل می تواند غیرفعال و تسهیل شود (زمانی که توسط برخی از حامل ها کمک می شود).

انتشار غیرفعال

پروتئین های نخی با هم ترکیب می شوند و منافذی را برای حرکت برخی مواد در سراسر غشاء تشکیل می دهند. چنین حامل‌هایی حرکت نمی‌کنند، بلکه کانالی را در غشاء تشکیل می‌دهند و مانند آنزیم‌ها عمل می‌کنند و ماده خاصی را به هم متصل می‌کنند. انتقال به دلیل تغییر در ساختار پروتئین رخ می دهد که منجر به تشکیل کانال هایی در غشاء می شود. به عنوان مثال پمپ سدیم پتاسیم است.

عملکرد انتقال غشای سلول یوکاریوتی نیز از طریق اندوسیتوز (و اگزوسیتوز) محقق می شود.به لطف این مکانیسم ها، مولکول های بزرگی از پلیمرهای زیستی، حتی سلول های کامل، وارد سلول (و خارج از آن) می شوند. اندوسیتوز و اگزوسیتوز مشخصه همه سلول های یوکاریوتی نیست (پروکاریوت ها اصلاً آن را ندارند). بنابراین، اندوسیتوز در تک یاخته ها و بی مهرگان پایین مشاهده می شود. در پستانداران، لکوسیت ها و ماکروفاژها مواد و باکتری های مضر را جذب می کنند، به عنوان مثال اندوسیتوز یک عملکرد محافظتی برای بدن انجام می دهد.

اندوسیتوز به دو دسته تقسیم می شود فاگوسیتوز(سیتوپلاسم ذرات بزرگ را در بر می گیرد) و پینوسیتوز(گرفتن قطرات مایع با مواد حل شده در آن). مکانیسم این فرآیندها تقریباً یکسان است. مواد جذب شده در سطح سلول ها توسط یک غشاء احاطه شده اند. یک وزیکول (فاگوسیتیک یا پینوسیتیک) تشکیل می شود که سپس به داخل سلول حرکت می کند.

اگزوسیتوز حذف مواد از سلول توسط غشای سیتوپلاسمی (هورمون ها، پلی ساکاریدها، پروتئین ها، چربی ها و غیره) است. این مواد در وزیکول های غشایی وجود دارند که به غشای سلولی نزدیک می شوند. هر دو غشا با هم ادغام می شوند و محتویات در خارج از سلول ظاهر می شوند.

غشای سیتوپلاسمی یک عملکرد گیرنده را انجام می دهد.برای انجام این کار، ساختارهایی در سمت بیرونی آن قرار دارند که می توانند یک محرک شیمیایی یا فیزیکی را تشخیص دهند. برخی از پروتئین هایی که به پلاسمالما نفوذ می کنند از خارج به زنجیره های پلی ساکارید متصل می شوند (گلیکوپروتئین ها را تشکیل می دهند). اینها گیرنده های مولکولی عجیبی هستند که هورمون ها را جذب می کنند. هنگامی که یک هورمون خاص به گیرنده خود متصل می شود، ساختار خود را تغییر می دهد. این به نوبه خود باعث ایجاد مکانیسم پاسخ سلولی می شود. در این حالت، کانال ها می توانند باز شوند و مواد خاصی می توانند شروع به ورود یا خروج از سلول کنند.

عملکرد گیرنده غشای سلولی بر اساس عملکرد هورمون انسولین به خوبی مورد مطالعه قرار گرفته است. هنگامی که انسولین به گیرنده گلیکوپروتئین خود متصل می شود، بخش درون سلولی کاتالیزوری این پروتئین (آنزیم آدنیلات سیکلاز) فعال می شود. این آنزیم AMP حلقوی را از ATP سنتز می کند. در حال حاضر آنزیم های مختلف متابولیسم سلولی را فعال یا سرکوب می کند.

عملکرد گیرنده غشای سیتوپلاسمی همچنین شامل شناسایی سلول های همسایه از همان نوع است. چنین سلول هایی توسط تماس های بین سلولی مختلف به یکدیگر متصل می شوند.

در بافت ها، با کمک تماس های بین سلولی، سلول ها می توانند با استفاده از مواد کم مولکولی سنتز شده، اطلاعات را با یکدیگر مبادله کنند. یکی از نمونه‌های چنین تعاملی، مهار تماس است، زمانی که سلول‌ها پس از دریافت اطلاعاتی که فضای آزاد اشغال شده است، رشد نمی‌کنند.

تماس های بین سلولی می تواند ساده باشد (غشاهای سلول های مختلف در مجاورت یکدیگر قرار دارند)، قفل شونده (تخلیه غشای یک سلول به سلول دیگر)، دسموزوم (زمانی که غشاها توسط دسته هایی از الیاف عرضی که به سیتوپلاسم نفوذ می کنند) متصل می شوند. علاوه بر این، گونه ای از تماس های بین سلولی به دلیل واسطه ها (واسطه ها) - سیناپس ها وجود دارد. در آنها، سیگنال نه تنها به صورت شیمیایی، بلکه الکتریکی نیز منتقل می شود. سیناپس ها سیگنال ها را بین سلول های عصبی و همچنین از سلول های عصبی به سلول های ماهیچه ای منتقل می کنند.

غشاها ساختارهای بسیار چسبناک و در عین حال پلاستیکی هستند که همه سلول های زنده را احاطه کرده اند. توابعغشای سلولی:

1. غشای پلاسمایی مانعی است که ترکیب متفاوت محیط خارج و داخل سلولی را حفظ می کند.

2. غشاها محفظه های تخصصی را در داخل سلول تشکیل می دهند، یعنی. اندامک های متعدد - میتوکندری، لیزوزوم، مجتمع گلژی، شبکه آندوپلاسمی، غشای هسته ای.

3. آنزیم های دخیل در تبدیل انرژی در فرآیندهایی مانند فسفوریلاسیون اکسیداتیو و فتوسنتز در غشاها موضعی می شوند.

ساختار و ترکیب غشاها

اساس غشاء یک لایه لیپیدی دوگانه است که تشکیل آن شامل فسفولیپیدها و گلیکولیپیدها است. دولایه لیپیدی توسط دو ردیف لیپید تشکیل می شود که رادیکال های آبگریز آن به سمت داخل پنهان شده اند و گروه های آب دوست رو به بیرون هستند و با محیط آبی در تماس هستند. مولکول های پروتئین، همانطور که می گویند، در دو لایه لیپیدی "محلول" هستند.

ساختار لیپیدهای غشا

لیپیدهای غشایی مولکول های آمفی دوست هستند، زیرا این مولکول دارای یک منطقه آبدوست (سرهای قطبی) و یک منطقه آبگریز است که توسط رادیکال های هیدروکربنی اسیدهای چرب نشان داده می شود که به طور خود به خود یک لایه دوگانه را تشکیل می دهند. غشاها شامل سه نوع اصلی لیپید هستند - فسفولیپیدها، گلیکولیپیدها و کلسترول.

ترکیب لیپیدی متفاوت است. محتوای یک لیپید خاص ظاهراً با انواع عملکردهای انجام شده توسط این لیپیدها در غشاها تعیین می شود.

فسفولیپیدها تمام فسفولیپیدها را می توان به دو گروه تقسیم کرد - گلیسروفسفولیپیدها و اسفنگوفسفولیپیدها. گلیسروفسفولیپیدها به عنوان مشتقات اسید فسفاتیدیک طبقه بندی می شوند. رایج ترین گلیسروفسفولیپیدها فسفاتیدیل کولین ها و فسفاتیدیل اتانول آمین ها هستند. اسفنگوفسفولیپیدها بر پایه آمینو الکل اسفنگوزین هستند.

گلیکولیپیدها در گلیکولیپیدها، قسمت آبگریز با الکل سرامید و قسمت آبدوست با یک باقیمانده کربوهیدرات نشان داده می شود. بسته به طول و ساختار قسمت کربوهیدراتی، سربروزیدها و گانگلیوزیدها متمایز می شوند. "سر" قطبی گلیکولیپیدها در سطح خارجی غشاهای پلاسما قرار دارد.

کلسترول (CS). CS در تمام غشاهای سلول های حیوانی وجود دارد. مولکول آن از یک هسته آبگریز سفت و سخت و یک زنجیره هیدروکربنی انعطاف پذیر تشکیل شده است. گروه هیدروکسیل منفرد در موقعیت 3 "سر قطبی" است. برای یک سلول حیوانی، متوسط ​​نسبت مولی کلسترول/فسفولیپیدها 0.3-0.4 است، اما در غشای پلاسمایی این نسبت بسیار بیشتر است (0.8-0.9). وجود کلسترول در غشاها تحرک اسیدهای چرب را کاهش می دهد، انتشار جانبی لیپیدها را کاهش می دهد و بنابراین می تواند بر عملکرد پروتئین های غشایی تأثیر بگذارد.

خواص غشایی:

1. نفوذپذیری انتخابی. دولایه بسته یکی از ویژگی های اصلی غشاء را فراهم می کند: برای اکثر مولکول های محلول در آب نفوذ ناپذیر است، زیرا آنها در هسته آبگریز آن حل نمی شوند. گازهایی مانند اکسیژن، CO 2 و نیتروژن به دلیل کوچک بودن مولکول ها و برهمکنش ضعیف با حلال ها، این قابلیت را دارند که به راحتی به داخل سلول ها نفوذ کنند. مولکول هایی با ماهیت لیپیدی مانند هورمون های استروئیدی نیز به راحتی به لایه دوتایی نفوذ می کنند.

2. نقدینگی. غشاها با نقدینگی (سیالیت)، توانایی لیپیدها و پروتئین ها برای حرکت مشخص می شوند. دو نوع حرکت فسفولیپید ممکن است: سالتو (که در ادبیات علمی "فلیپ فلاپ" نامیده می شود) و انتشار جانبی. در حالت اول، مولکول های فسفولیپیدی که در لایه دو مولکولی مخالف یکدیگر هستند، به سمت یکدیگر می چرخند (یا طناب می زنند) و جای خود را در غشاء تغییر می دهند، یعنی. بیرون تبدیل به درون می شود و بالعکس. چنین جهش هایی با مصرف انرژی همراه است. بیشتر اوقات، چرخش در اطراف محور (چرخش) و انتشار جانبی مشاهده می شود - حرکت در لایه موازی با سطح غشاء. سرعت حرکت مولکول ها به میکروویسکوزیته غشاها بستگی دارد که به نوبه خود با محتوای نسبی اسیدهای چرب اشباع و غیر اشباع در ترکیب لیپیدی تعیین می شود. اگر اسیدهای چرب غیراشباع در ترکیب لیپیدی غالب باشد، میکروویسکوزیته کمتر است و اگر محتوای اسیدهای چرب اشباع بالا باشد، بیشتر است.

3. عدم تقارن غشا. سطوح همان غشاء در ترکیب لیپیدها، پروتئین ها و کربوهیدرات ها متفاوت است (عدم تقارن عرضی). به عنوان مثال، فسفاتیدیل کولین ها در لایه بیرونی غالب هستند، در حالی که فسفاتیدیل اتانول آمین ها و فسفاتیدیل سرین ها در لایه داخلی غالب هستند. اجزای کربوهیدرات گلیکوپروتئین ها و گلیکولیپیدها به سطح بیرونی می آیند و ساختاری پیوسته به نام گلیکوکالیکس را تشکیل می دهند. هیچ کربوهیدراتی در سطح داخلی وجود ندارد. پروتئین ها - گیرنده های هورمونی در سطح خارجی غشای پلاسمایی قرار دارند و آنزیم هایی که آنها را تنظیم می کنند - آدنیلات سیکلاز، فسفولیپاز C - در سطح داخلی و غیره.

پروتئین های غشایی

فسفولیپیدهای غشایی به عنوان یک حلال برای پروتئین‌های غشایی عمل می‌کنند و محیطی را ایجاد می‌کنند که در آن پروتئین‌ها می‌توانند عمل کنند. پروتئین ها 30 تا 70 درصد از جرم غشاها را تشکیل می دهند. تعداد پروتئین های مختلف در غشاء از 6-8 در شبکه سارکوپلاسمی تا بیش از 100 در غشای پلاسمایی متغیر است. اینها آنزیم ها، پروتئین های حمل و نقل، پروتئین های ساختاری، آنتی ژن ها، از جمله آنتی ژن های سیستم اصلی سازگاری بافتی، گیرنده های مولکول های مختلف هستند.

بر اساس محل قرارگیری آنها در غشاء، پروتئین ها به دو دسته انتگرال (به طور جزئی یا کامل غوطه ور در غشاء) و محیطی (واقع در سطح آن) تقسیم می شوند. برخی از پروتئین های انتگرال یک بار از غشاء عبور می کنند (گلیکوفورین)، برخی دیگر چندین بار از غشاء عبور می کنند. به عنوان مثال، گیرنده نور شبکیه و گیرنده β2-آدرنرژیک 7 بار از دو لایه عبور می کنند.

پروتئین‌های محیطی و حوزه‌های پروتئین‌های انتگرال، که در سطح خارجی همه غشاها قرار دارند، تقریباً همیشه گلیکوزیله هستند. باقی مانده های الیگوساکارید از پروتئین در برابر پروتئولیز محافظت می کنند و همچنین در شناسایی لیگاند یا چسبندگی نقش دارند.

غشای سلولی ساختار مسطحی است که سلول از آن ساخته شده است. در همه موجودات وجود دارد. خواص منحصر به فرد آن فعالیت حیاتی سلول ها را تضمین می کند.

انواع غشا

سه نوع غشای سلولی وجود دارد:

• خارجی؛
• هسته ای;
• غشاهای اندامک

غشای سیتوپلاسمی خارجی مرزهای سلول را ایجاد می کند. نباید آن را با دیواره سلولی یا غشای موجود در گیاهان، قارچ ها و باکتری ها اشتباه گرفت.

تفاوت بین دیواره سلولی و غشای سلولی ضخامت بیشتر آن و غلبه عملکرد محافظتی بر عملکرد تبادل است. غشاء زیر دیواره سلولی قرار دارد.

غشای هسته محتویات هسته را از سیتوپلاسم جدا می کند.

4 مقاله برترکه در کنار این مطلب می خوانند

در میان اندامک های سلولی آنهایی وجود دارند که شکل آنها توسط یک یا دو غشاء تشکیل شده است:

• میتوکندری؛
• پلاستیدها
• واکوئل ها
• مجتمع گلگی;
• لیزوزوم ها؛
• شبکه آندوپلاسمی (ER).

ساختار غشایی

با توجه به مفاهیم مدرن، ساختار غشای سلولی با استفاده از مدل موزاییک مایع توصیف می‌شود. اساس غشاء یک لایه دولیپیدی است - دو سطح از مولکول های چربی که یک صفحه را تشکیل می دهند. در دو طرف لایه بیلیپیدی مولکول های پروتئینی وجود دارد. برخی از پروتئین ها در لایه بیلیپیدی غوطه ور می شوند، برخی از آن عبور می کنند.

برنج. 1. غشای سلولی.

سلول های حیوانی دارای مجموعه ای از کربوهیدرات ها در سطح غشاء هستند. هنگام مطالعه یک سلول در زیر میکروسکوپ، مشخص شد که غشاء در حرکت ثابت است و از نظر ساختار ناهمگن است.

غشاء از نظر مورفولوژیکی و عملکردی یک موزاییک است، زیرا بخش های مختلف آن شامل است مواد مختلفو خواص فیزیولوژیکی متفاوتی دارند.

خواص و توابع

هر ساختار مرزی وظایف حفاظتی و تبادلی را انجام می دهد. این برای همه انواع غشاها صدق می کند.

اجرای این توابع با ویژگی هایی مانند:

• پلاستیک؛
• توانایی بالا برای بازیابی؛
• نیمه نفوذ پذیری

خاصیت نیمه نفوذپذیری این است که برخی از مواد اجازه عبور از غشا را ندارند، در حالی که برخی دیگر آزادانه عبور می کنند. به این ترتیب عملکرد کنترل غشا انجام می شود.

همچنین، غشای خارجی به دلیل رشدهای متعدد و آزاد شدن یک ماده چسبنده که فضای بین سلولی را پر می کند، ارتباط بین سلول ها را فراهم می کند.

انتقال مواد از طریق غشاء

مواد از طریق غشای خارجی به روش های زیر وارد می شوند:

• از طریق منافذ با کمک آنزیم ها؛
• از طریق غشاء به طور مستقیم؛
• پینوسیتوز
• فاگوسیتوز

دو روش اول برای انتقال یون ها و مولکول های کوچک استفاده می شود. مولکول های بزرگ با پینوسیتوز (به شکل مایع) و فاگوسیتوز (به شکل جامد) وارد سلول می شوند.

برنج. 2. طرح پینو و فاگوسیتوز.

غشاء به دور ذره غذا می پیچد و آن را در واکوئل گوارشی قفل می کند.

آب و یون ها بدون صرف انرژی، از طریق انتقال غیرفعال به سلول منتقل می شوند. مولکول های بزرگ با حمل و نقل فعال حرکت می کنند و منابع انرژی را مصرف می کنند.

حمل و نقل درون سلولی

از 30٪ تا 50٪ از حجم سلول توسط شبکه آندوپلاسمی اشغال شده است. این نوعی سیستم حفره‌ها و کانال‌ها است که تمام قسمت‌های سلول را به هم متصل می‌کند و حمل و نقل منظم درون سلولی مواد را تضمین می‌کند.

برنج. 3. طراحی EPS.

بنابراین، توده قابل توجهی از غشای سلولی در ER متمرکز شده است.

ما چه آموخته ایم؟

ما متوجه شدیم که غشای سلولی در زیست شناسی چیست. این ساختاری است که تمام سلول های زنده بر روی آن ساخته شده اند. اهمیت آن در سلول عبارت است از: محدود کردن فضای اندامک ها، هسته و سلول به عنوان یک کل، و اطمینان از جریان انتخابی مواد به داخل سلول و هسته. غشا از مولکول های لیپید و پروتئین تشکیل شده است.

در مورد موضوع تست کنید

ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4.7. مجموع امتیازهای دریافتی: 305.

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 یک مجموعه پیچیده است. مکانیسمی که در تولید مثل، تغذیه و بازسازی سلول نقش دارد.

غشای سلولی چیست

خود کلمه "غشاء" از لاتین به عنوان "فیلم" ترجمه شده است، اگرچه غشاء فقط نوعی فیلم نیست که یک سلول در آن پیچیده شده است، بلکه ترکیبی از دو فیلم متصل به یکدیگر و دارای خواص متفاوت است. 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 طولانی تنها نظریه صحیح در نظر گرفته می شد، اما با توسعه بیشترعلم، تردیدهایی در مورد خطاناپذیری آن به وجود آمد. 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 ناسازگاری های نظریه رابرتسون را با استفاده از یک مدل مایع-موزاییک 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 پست بازرسی گمرکی است که دائماً از طریق آن با سایر سلول ها و محیط مبادله می شود.

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 به موازات اتصال صحیح سلول ها به یکدیگر و تشکیل 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 جاسازی شده در غشاء مواد مغذی مختلف را جذب و هضم می کنند.
• 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 یک فرآیند معکوس است زمانی که یک سلول یک مایع عملکردی ترشحی را از طریق غشاء به سطح آزاد می کند.

ساختار غشای سلولی

سه دسته از لیپیدها در غشای سلولی وجود دارد:

• فسفولیپیدها (که ترکیبی از چربی ها 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.

این مقاله در آدرس موجود است انگلیسی – .

همه موجودات زنده، بسته به ساختار سلول، به سه گروه تقسیم می شوند (شکل 1 را ببینید):

1. پروکاریوت ها (غیر هسته ای)

2. یوکاریوت ها (هسته ای)

3. ویروس ها (غیر سلولی)

برنج. 1. موجودات زنده

در این درس ما شروع به مطالعه ساختار سلول های موجودات یوکاریوتی خواهیم کرد که شامل گیاهان، قارچ ها و حیوانات می شود. سلول‌های آنها در مقایسه با سلول‌های پروکاریوت‌ها از نظر ساختار بزرگ‌تر و پیچیده‌تر هستند.

همانطور که مشخص است، سلول ها قادر به فعالیت مستقل هستند. آنها می توانند ماده و انرژی را با محیط مبادله کنند و همچنین رشد کنند و تولید مثل کنند، بنابراین ساختار درونی سلول بسیار پیچیده است و در درجه اول به عملکردی که سلول در یک ارگانیسم چند سلولی انجام می دهد بستگی دارد.

اصول ساخت تمام سلول ها یکسان است. بخش های اصلی زیر را می توان در هر سلول یوکاریوتی تشخیص داد (شکل 2 را ببینید):

1. غشای بیرونی که محتویات سلول را از محیط خارجی جدا می کند.

2. سیتوپلاسم با اندامک.

برنج. 2. قسمت های اصلی یک سلول یوکاریوتی

اصطلاح غشاء حدود صد سال پیش برای اشاره به مرزهای سلول پیشنهاد شد، اما با توسعه میکروسکوپ الکترونی مشخص شد که غشای سلولی بخشی از عناصر ساختاری سلول است.

در سال 1959، J.D. Robertson فرضیه ای را در مورد ساختار غشای ابتدایی تنظیم کرد که بر اساس آن غشای سلولی حیوانات و گیاهان بر اساس یک نوع ساخته می شوند.

در سال 1972، سینگر و نیکلسون آن را پیشنهاد کردند، که اکنون به طور کلی پذیرفته شده است. بر اساس این مدل، اساس هر غشایی یک لایه دولایه از فسفولیپیدها است.

فسفولیپیدها (ترکیبات حاوی یک گروه فسفات) دارای مولکول هایی هستند که از یک سر قطبی و دو دم غیر قطبی تشکیل شده است (شکل 3 را ببینید).

برنج. 3. فسفولیپید

در دولایه فسفولیپیدی، باقی مانده های اسید چرب آبگریز به سمت داخل، و سرهای آب دوست، از جمله باقی مانده اسید فسفریک، به سمت بیرون هستند (شکل 4 را ببینید).

برنج. 4. دولایه فسفولیپیدی

دولایه فسفولیپید به عنوان یک ساختار پویا ارائه می شود که لیپیدها می توانند حرکت کنند و موقعیت خود را تغییر دهند.

یک لایه دوگانه از لیپیدها عملکرد مانع غشاء را فراهم می کند و از پخش شدن محتویات سلول جلوگیری می کند و از ورود مواد سمی به سلول جلوگیری می کند.

وجود یک غشای مرزی بین سلول و محیط خیلی قبل از ظهور میکروسکوپ الکترونی شناخته شده بود. شیمی دانان فیزیک وجود غشای پلاسمایی را انکار کردند و معتقد بودند که رابطی بین محتویات زنده کلوئیدی و محیط وجود دارد، اما ففر (گیاه شناس آلمانی و فیزیولوژیست گیاهی) وجود آن را در سال 1890 تایید کرد.

در آغاز قرن گذشته، اورتون (فیزیولوژیست و زیست شناس بریتانیایی) کشف کرد که میزان نفوذ بسیاری از مواد به گلبول های قرمز خون با حلالیت آنها در لیپیدها رابطه مستقیم دارد. در همین راستا، دانشمند پیشنهاد کرد که غشاء حاوی مقدار زیادی لیپید و مواد است که در آن حل شده، از آن عبور کرده و در سمت دیگر غشاء قرار می گیرد.

در سال 1925، گورتر و گرندل (زیست شناسان آمریکایی) لیپیدها را از غشای سلولی گلبول های قرمز جدا کردند. آنها لیپیدهای حاصل را با ضخامت یک مولکول روی سطح آب توزیع کردند. معلوم شد که سطح اشغال شده توسط لایه لیپیدی دو برابر مساحت خود گلبول قرمز است. بنابراین، این دانشمندان به این نتیجه رسیدند که غشای سلولی نه از یک، بلکه از دو لایه لیپید تشکیل شده است.

داوسون و دانیلی (زیست شناسان انگلیسی) در سال 1935 پیشنهاد کردند که در غشای سلولی، لایه دو مولکولی لیپیدی بین دو لایه مولکول پروتئین قرار می گیرد (شکل 5 را ببینید).

برنج. 5. مدل غشایی پیشنهاد شده توسط داوسون و دنیلی

با پیدایش میکروسکوپ الکترونی فرصت برای آشنایی با ساختار غشاء باز شد و سپس مشخص شد که غشای حیوانات و سلول های گیاهیشبیه یک ساختار سه لایه است (شکل 6 را ببینید).

برنج. 6. غشای سلولی زیر میکروسکوپ

در سال 1959، زیست شناس J.D. Robertson، با ترکیب داده های موجود در آن زمان، فرضیه ای را در مورد ساختار "غشاء اولیه" مطرح کرد که در آن ساختاری مشترک برای همه غشاهای بیولوژیکی فرض کرد.

فرضیه های رابرتسون در مورد ساختار "غشاء اولیه"

1. تمام غشاها ضخامتی در حدود 7.5 نانومتر دارند.

2. در یک میکروسکوپ الکترونی، همه آنها سه لایه به نظر می رسند.

3. ظاهر سه لایه غشا نتیجه دقیقاً آرایش پروتئین ها و لیپیدهای قطبی است که توسط مدل داوسون و دانیلی ارائه شده است - لایه دولایه لیپیدی مرکزی بین دو لایه پروتئین قرار گرفته است.

این فرضیه در مورد ساختار "غشاء اولیه" دستخوش تغییرات مختلفی شد و در سال 1972 مطرح شد. مدل غشای موزاییکی سیال(نگاه کنید به شکل 7)، که اکنون به طور کلی پذیرفته شده است.

برنج. 7. مدل غشایی مایع موزاییکی

مولکول های پروتئین در دولایه لیپیدی غشاء غوطه ور می شوند و یک موزاییک متحرک را تشکیل می دهند. بر اساس محل قرارگیری آنها در غشاء و روش برهمکنش با دو لایه لیپیدی، پروتئین ها را می توان به موارد زیر تقسیم کرد:

- سطحی (یا محیطی)پروتئین های غشایی مرتبط با سطح آبدوست دولایه لیپیدی؛

- انتگرال (غشایی)پروتئین های تعبیه شده در ناحیه آبگریز دولایه.

پروتئین های انتگرال در درجه ای که در ناحیه آبگریز لایه دوتایی جاسازی می شوند متفاوت هستند. آنها را می توان به طور کامل زیر آب ( انتگرال) یا نیمه غرق شده ( نیمه انتگرال، و همچنین می تواند از طریق ( گذرنده).

پروتئین های غشایی را می توان با توجه به عملکردشان به دو گروه تقسیم کرد:

- ساختاریپروتئین ها آنها بخشی از غشای سلولی هستند و در حفظ ساختار خود شرکت می کنند.

- پویاپروتئین ها آنها روی غشاها قرار دارند و در فرآیندهای روی آن شرکت می کنند.

سه دسته از پروتئین های پویا وجود دارد.

1. گیرنده. با کمک این پروتئین ها، سلول تأثیرات مختلفی را بر روی سطح خود درک می کند. به این معنا که آنها به طور خاص ترکیباتی مانند هورمون ها، انتقال دهنده های عصبی و سموم را در قسمت بیرونی غشا متصل می کنند که به عنوان سیگنالی برای تغییر فرآیندهای مختلف در داخل سلول یا خود غشاء عمل می کند.

2. حمل و نقل. این پروتئین ها مواد خاصی را در سراسر غشاء منتقل می کنند و همچنین کانال هایی را تشکیل می دهند که از طریق آن یون های مختلف به داخل و خارج سلول منتقل می شوند.

3. آنزیمی. اینها پروتئین های آنزیمی هستند که در غشاء قرار دارند و در فرآیندهای شیمیایی مختلف شرکت می کنند.

انتقال مواد از طریق غشاء

دولایه های لیپیدی تا حد زیادی در برابر بسیاری از مواد نفوذ ناپذیر هستند، بنابراین مقدار زیادی انرژی برای انتقال مواد در سراسر غشاء مورد نیاز است و تشکیل ساختارهای مختلف نیز لازم است.

دو نوع حمل و نقل وجود دارد: غیرفعال و فعال.

حمل و نقل غیرفعال

انتقال غیرفعال انتقال مولکول ها در طول یک گرادیان غلظت است. یعنی فقط با تفاوت در غلظت ماده منتقل شده در طرفین مخالف غشاء تعیین می شود و بدون مصرف انرژی انجام می شود.

دو نوع حمل و نقل غیرفعال وجود دارد:

- انتشار ساده(شکل 8 را ببینید)، که بدون مشارکت یک پروتئین غشایی رخ می دهد. مکانیسم انتشار ساده انتقال غشایی گازها (اکسیژن و دی اکسید کربن)، آب و برخی یونهای آلی ساده را انجام می دهد. انتشار ساده نرخ پایینی دارد.

برنج. 8. انتشار ساده

- انتشار را تسهیل کرد(نگاه کنید به شکل 9) با ساده تفاوت دارد زیرا با مشارکت پروتئین های حامل اتفاق می افتد. این فرآیند خاص است و با سرعت بیشتری نسبت به انتشار ساده رخ می دهد.

برنج. 9. انتشار تسهیل شده

دو نوع پروتئین ناقل غشایی شناخته شده اند: پروتئین های حامل (ترانسلوکازها) و پروتئین های سازنده کانال. پروتئین های حمل و نقل، مواد خاصی را متصل می کنند و آنها را در طول شیب غلظت خود در سراسر غشاء حمل می کنند، و بنابراین، این فرآیند، مانند انتشار ساده، نیازی به مصرف انرژی ATP ندارد.

ذرات غذا نمی توانند از غشاء عبور کنند و با اندوسیتوز وارد سلول می شوند (شکل 10 را ببینید). در طی اندوسیتوز، غشای پلاسمایی انواژیناسیون ها و برجستگی ها را تشکیل می دهد و ذرات غذای جامد را جذب می کند. یک واکوئل (یا وزیکول) در اطراف بولوس غذا تشکیل می شود که سپس از غشای پلاسمایی جدا می شود و ذره جامد در واکوئل به داخل سلول می رسد.

برنج. 10. اندوسیتوز

دو نوع اندوسیتوز وجود دارد.

1. فاگوسیتوز- جذب ذرات جامد سلول های تخصصی که فاگوسیتوز را انجام می دهند نامیده می شوند فاگوسیت ها.

2. پینوسیتوز- جذب مواد مایع (محلول، محلول کلوئیدی، تعلیق).

اگزوسیتوز(شکل 11 را ببینید) روند معکوس اندوسیتوز است. موادی که در سلول سنتز می شوند، مانند هورمون ها، در وزیکول های غشایی که در غشای سلولی قرار می گیرند، بسته بندی می شوند، در آن جاسازی می شوند و محتویات وزیکول از سلول آزاد می شود. به همین ترتیب، سلول می تواند از شر مواد زائدی که به آن نیاز ندارد خلاص شود.

برنج. 11. اگزوسیتوز

حمل و نقل فعال

بر خلاف انتشار تسهیل شده، انتقال فعال حرکت مواد در برابر یک گرادیان غلظت است. در این حالت مواد از ناحیه ای با غلظت کمتر به ناحیه ای با غلظت بالاتر حرکت می کنند. از آنجایی که این حرکت در جهت مخالف انتشار عادی رخ می دهد، سلول باید انرژی را در این فرآیند صرف کند.

در میان نمونه های حمل و نقل فعال، بهترین مورد مطالعه شده پمپ سدیم-پتاسیم است. این پمپ یون های سدیم را از سلول پمپ می کند و یون های پتاسیم را با استفاده از آن به داخل سلول پمپ می کند. انرژی ATP.

1. ساختاری (غشای سلولی سلول را از محیط جدا می کند).

2. انتقال (مواد از طریق غشای سلولی منتقل می شوند و غشای سلولی یک فیلتر بسیار انتخابی است).

3. گیرنده (گیرنده های واقع در سطح غشاء تأثیرات خارجی را درک می کنند و این اطلاعات را در داخل سلول منتقل می کنند و به آن اجازه می دهند تا به سرعت به تغییرات محیط پاسخ دهد).

علاوه بر موارد فوق، غشاء همچنین عملکردهای متابولیکی و تبدیل انرژی را انجام می دهد.

عملکرد متابولیک

غشاهای بیولوژیکی به طور مستقیم یا غیرمستقیم در فرآیندهای تبدیل متابولیک مواد در سلول شرکت می کنند، زیرا بیشتر آنزیم ها با غشاها مرتبط هستند.

محیط لیپیدی آنزیم ها در غشاء شرایط خاصی را برای عملکرد آنها ایجاد می کند، محدودیت هایی را بر فعالیت پروتئین های غشایی اعمال می کند و بنابراین تأثیر تنظیمی بر فرآیندهای متابولیک دارد.

تابع تبدیل انرژی

مهمترین عملکرد بسیاری از غشاهای زیستی، تبدیل یک نوع انرژی به شکل دیگر است.

غشاهای تبدیل کننده انرژی شامل غشای داخلی میتوکندری و تیلاکوئیدهای کلروپلاست هستند (شکل 12 را ببینید).

برنج. 12. میتوکندری و کلروپلاست

مراجع

1. Kamensky A.A.، Kriksunov E.A.، Pasechnik V.V. زیست شناسی عمومی 10-11 کلاس Bustard، 2005.
2. زیست شناسی. کلاس دهم. زیست شناسی عمومی. سطح پایه/ P.V. ایژفسکی، O.A. کورنیلووا، T.E. Loshchilina و دیگران - ویرایش 2، تجدید نظر شده. - Ventana-Graf, 2010. - 224 pp.
3. بلایف D.K. زیست شناسی پایه 10-11. زیست شناسی عمومی. سطح پایه. - ویرایش یازدهم، کلیشه. - م.: آموزش و پرورش، 2012. - 304 ص.
4. آگافونوا I.B.، Zakharova E.T.، Sivoglazov V.I. زیست شناسی پایه 10-11. زیست شناسی عمومی. سطح پایه. - چاپ ششم، اضافه کنید. - بوستارد، 2010. - 384 ص.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Doctor-v.ru ().
4. Animals-world.ru ().

مشق شب

1. ساختار غشای سلولی چیست؟
2. لیپیدها با توجه به چه خواصی قادر به تشکیل غشا هستند؟
3. پروتئین ها با توجه به چه وظایفی می توانند در انتقال مواد از غشا شرکت کنند؟
4. وظایف غشای پلاسمایی را فهرست کنید.
5. چگونه اتفاق می افتد حمل و نقل غیرفعالاز طریق غشاء
6. انتقال فعال از طریق غشاء چگونه اتفاق می افتد؟
7. وظیفه پمپ سدیم پتاسیم چیست؟
8. فاگوسیتوز، پینوسیتوز چیست؟