هيكل غشاء الخلية الحيوانية. وظائف ومعنى وهيكل غشاء البلازما

غشاء الخلية (غشاء البلازما) عبارة عن غشاء رقيق شبه نافذ يحيط بالخلايا.

وظيفة ودور غشاء الخلية

وتتمثل وظيفتها في حماية سلامة الداخل من خلال السماح بدخول بعض المواد الأساسية إلى الخلية ومنع الآخرين من الدخول.

كما أنه يعمل كأساس للارتباط ببعض الكائنات الحية وغيرها. وبالتالي ، يوفر غشاء البلازما أيضًا شكل الخلية. وظيفة أخرى للغشاء هي تنظيم نمو الخلايا من خلال التوازن و.

في حالة الالتقام الخلوي ، تتم إزالة الدهون والبروتينات من غشاء الخلية حيث يتم امتصاص المواد. في عملية الإخراج الخلوي ، تندمج الحويصلات التي تحتوي على الدهون والبروتينات مع غشاء الخلية ، مما يزيد من حجم الخلية. والخلايا الفطرية لها أغشية بلازما. الداخلية ، على سبيل المثال ، محاطة أيضًا بأغشية واقية.

هيكل غشاء الخلية

يتكون غشاء البلازما بشكل أساسي من مزيج من البروتينات والدهون. اعتمادًا على موقع ودور الغشاء في الجسم ، يمكن أن تشكل الدهون ما بين 20 إلى 80 في المائة من الغشاء ، والباقي عبارة عن بروتينات. بينما تساعد الدهون في جعل الغشاء مرنًا ، تتحكم البروتينات في كيمياء الخلية وتحافظ عليها وتساعد في نقل الجزيئات عبر الغشاء.

الدهون الغشائية

الفسفوليبيدات هي المكون الرئيسي لأغشية البلازما. إنها تشكل طبقة ثنائية للدهون حيث تنتظم مناطق "الرأس" المحبة للماء (المنجذبة للماء) تلقائيًا لمقاومة العصارة الخلوية المائية والسائل خارج الخلية ، بينما تتجه مناطق "الذيل" الكارهة للماء (طارد الماء) بعيدًا عن العصارة الخلوية والسائل خارج الخلية. طبقة الدهون الثنائية شبه منفذة ، مما يسمح فقط لبعض الجزيئات بالانتشار عبر الغشاء.

الكوليسترول هو عنصر دهني آخر في أغشية الخلايا الحيوانية. تنتشر جزيئات الكوليسترول بشكل انتقائي بين فوسفوليبيدات الغشاء. هذا يساعد في الحفاظ على أغشية الخلايا جامدة عن طريق منع الفسفوليبيدات من التكتل بإحكام شديد. الكوليسترول غائب في أغشية الخلايا النباتية.

توجد الجليكوليبيدات على السطح الخارجي لأغشية الخلايا وترتبط بها عن طريق سلسلة كربوهيدرات. إنها تساعد الخلية على التعرف على الخلايا الأخرى في الجسم.

بروتينات الغشاء

يحتوي غشاء الخلية على نوعين من البروتينات المرتبطة. بروتينات الغشاء المحيطي خارجية وترتبط بها من خلال التفاعل مع البروتينات الأخرى. يتم إدخال بروتينات الغشاء المتكامل في الغشاء ويمر معظمها من خلاله. توجد أجزاء من بروتينات الغشاء هذه على جانبيها.

بروتينات غشاء البلازما لها عدد من الوظائف المختلفة. توفر البروتينات الهيكلية الدعم والشكل للخلايا. تساعد بروتينات مستقبلات الغشاء الخلايا على التواصل مع بيئتها الخارجية من خلال استخدام الهرمونات والناقلات العصبية وجزيئات الإشارات الأخرى. تحمل بروتينات النقل ، مثل البروتينات الكروية ، الجزيئات عبر أغشية الخلايا عن طريق الانتشار الميسر. البروتينات السكرية لها سلسلة كربوهيدرات مرتبطة بها. يتم تضمينها في غشاء الخلية ، مما يساعد في تبادل ونقل الجزيئات.

لفهم العمليات التي تضمن وجود الإمكانات الكهربائية في الخلايا الحية ، من الضروري أولاً وقبل كل شيء فهم بنية غشاء الخلية وخصائصه.

في الوقت الحاضر ، نموذج الفسيفساء السائل للغشاء ، الذي اقترحه S. منها مغمورة في سمك الغشاء ، والمجموعات القطبية المحبة للماء موجهة للخارج ، هؤلاء. في البيئة البيئة المائية(الشكل 2.9).

يتم توطين بروتينات الغشاء على سطح الغشاء أو يمكن دمجها في أعماق مختلفة في المنطقة الكارهة للماء. تخترق بعض البروتينات الغشاء من خلال وعبر ، وتوجد مجموعات مختلفة من الماء من نفس البروتين على جانبي غشاء الخلية. تلعب البروتينات الموجودة في غشاء البلازما دورًا كبيرًا دور مهم: يشاركون في تكوين القنوات الأيونية ، ويلعبون دور المضخات الغشائية وناقلات المواد المختلفة ، ويمكنهم أيضًا أداء وظيفة المستقبل.

الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية: الحاجز ، النقل ، التنظيم ، التحفيزي.

تتمثل وظيفة الحاجز في الحد من انتشار المركبات القابلة للذوبان في الماء عبر الغشاء ، وهو أمر ضروري لحماية الخلايا من المواد السامة الأجنبية وللحفاظ على محتوى ثابت نسبيًا من المواد المختلفة داخل الخلايا. لذلك ، يمكن لغشاء الخلية أن يبطئ انتشار المواد المختلفة بمقدار 100،000-10،000،000 مرة.

أرز. 2.9

يتم عرض البروتينات الكروية المتكاملة المضمنة في طبقة ثنائية الدهون. بعض البروتينات عبارة عن قنوات أيونية ، والبعض الآخر (بروتينات سكرية) يحتوي على سلاسل جانبية قليلة السكاريد تشارك في التعرف على الخلايا لبعضها البعض وفي الأنسجة بين الخلايا. تكون جزيئات الكوليسترول قريبة جدًا من رؤوس الفسفوليبيد وتصلح المناطق المجاورة من "ذيول". المناطق الداخلية من ذيول جزيء الفسفوليبيد ليست محدودة في حركتها وهي مسؤولة عن سيولة الغشاء (بريتشر ، 1985)

هناك قنوات في الغشاء تخترق الأيونات من خلالها. القنوات تعتمد على الإمكانات ومستقلة عن غيرها. القنوات ذات البوابات المحتملةيفتح عندما يتغير فرق الجهد ، و محتمل مستقل(ينظم الهرمون) أثناء تفاعل المستقبلات مع المواد. يمكن فتح القنوات أو إغلاقها بفضل البوابات. يتم بناء نوعين من البوابات في الغشاء: التنشيط(في عمق القناة) و تعطيل(على سطح القناة). يمكن أن تكون البوابة في واحدة من ثلاث حالات:

• حالة مفتوحة (كلا النوعين من البوابة مفتوحان) ؛
• حالة مغلقة (بوابة التنشيط مغلقة) ؛
• حالة التعطيل (بوابات التعطيل مغلقة). اخر السمة المميزةالأغشية هي القدرة على إجراء نقل انتقائي للأيونات غير العضوية ، العناصر الغذائية، وكذلك منتجات التمثيل الغذائي المختلفة. هناك أنظمة نقل (نقل) سلبي ونشط للمواد. سلبييتم النقل من خلال القنوات الأيونية بمساعدة البروتينات الحاملة أو بدونها القوة الدافعةهو الفرق في الإمكانات الكهروكيميائية للأيونات بين الفضاء داخل وخارج الخلية. يتم تحديد انتقائية القنوات الأيونية من خلال معلماتها الهندسية والطبيعة الكيميائية للمجموعات التي تبطن جدران القناة والفم.

حاليًا ، القنوات ذات النفاذية الانتقائية لأيونات Na + ، K + ، Ca 2+ ، وكذلك للمياه (ما يسمى أكوابورينات) هي الأكثر دراسة جيدًا. قطر القنوات الأيونية ، وفقًا لدراسات مختلفة ، هو 0.5-0.7 نانومتر. يمكن تغيير صبيب القنوات ؛ 10 7-10 8 أيونات في الثانية يمكن أن تمر عبر قناة أيونية واحدة.

نشيطيحدث النقل مع إنفاق الطاقة ويتم تنفيذه بواسطة ما يسمى بالمضخات الأيونية. مضخات الأيونات هي هياكل بروتينية جزيئية مدمجة في غشاء وتقوم بنقل الأيونات نحو جهد كهروكيميائي أعلى.

يتم تشغيل المضخات بسبب طاقة التحلل المائي ATP. Na + / K + - ATPase ، Ca 2+ - ATPase ، H + - ATPase ، H + / K + - ATPase ، Mg 2+ - ATPase ، والتي تضمن حركة Na + ، K + ، Ca أيونات ، على التوالي ، هي مدروسة جيدًا .2+ ، H + ، Mg 2+ معزولة أو مترافقة (Na + و K + ؛ H + و K +). لم يتم توضيح الآلية الجزيئية للنقل النشط بشكل كامل.

غشاء بيولوجي عالميتتكون من طبقة مزدوجة من جزيئات الفسفوليبيد بسماكة إجمالية تبلغ 6 ميكرون. في هذه الحالة ، تنقلب الذيل الكارهة للماء لجزيئات الفسفوليبيد إلى الداخل ، باتجاه بعضها البعض ، وتتجه الرؤوس القطبية المحبة للماء إلى الخارج من الغشاء ، باتجاه الماء. توفر الدهون الخصائص الفيزيائية والكيميائية الرئيسية للأغشية ، على وجه الخصوص ، سيولةفي درجة حرارة الجسم. يتم تضمين البروتينات في هذه الطبقة الدهنية المزدوجة.

هم مقسمون إلى أساسي(تتخلل طبقة ثنائية الدهون بالكامل) ، شبه متكامل(تخترق ما يصل إلى نصف الطبقة الدهنية الثنائية) ، أو السطح (الموجود على السطح الداخلي أو الخارجي للطبقة الدهنية الثنائية).

في الوقت نفسه ، توجد جزيئات البروتين في الطبقة الدهنية ثنائية الفسيفساء ويمكنها "السباحة" في "بحر الدهون" مثل الجبال الجليدية ، بسبب سيولة الأغشية. حسب وظيفتها ، يمكن أن تكون هذه البروتينات الهيكلي(الحفاظ على هيكل معين للغشاء) ، مستقبل(لتكوين مستقبلات للمواد الفعالة بيولوجيا) ، ينقل(القيام بنقل المواد عبر الغشاء) و الأنزيمية(تحفيز بعض تفاعلات كيميائية). هذا هو الأكثر شهرة حاليًا نموذج الفسيفساء السائلتم اقتراح الغشاء البيولوجي في عام 1972 من قبل سنجر ونيكولسون.

تؤدي الأغشية وظيفة التحديد في الخلية. يقسمون الخلية إلى مقصورات ، مقصورات حيث يمكن للعمليات والتفاعلات الكيميائية أن تستمر بشكل مستقل عن بعضها البعض. على سبيل المثال ، يتم فصل إنزيمات التحلل المائي العدوانية من الجسيمات الحالة ، والتي تكون قادرة على تكسير معظم الجزيئات العضوية ، عن بقية السيتوبلازم بواسطة غشاء. في حالة تدميرها ، يحدث الهضم الذاتي وموت الخلايا.

وجود خطة هيكلية مشتركة ، تختلف أغشية الخلايا البيولوجية المختلفة في التركيب الكيميائيوالتنظيم والخصائص ، اعتمادًا على وظائف الهياكل التي تشكلها.

غشاء البلازما ، هيكلها ، وظائفها.

الغشاء الخلوي هو الغشاء البيولوجي الذي يحيط بالخارج للخلية. هذا هو غشاء الخلية السميك (10 نانومتر) والمعقد التنظيم. يعتمد على غشاء بيولوجي عالمي مغطى من الخارج مركب السكر، ومن الداخل من جانب السيتوبلازم ، طبقة الغشاء(الشكل 2-1 ب). مركب السكر(3-4 نانومتر) يمثلها الأجزاء الخارجية الكربوهيدراتية للبروتينات المعقدة - البروتينات السكرية والجليكوليبيدات التي تشكل الغشاء. تلعب سلاسل الكربوهيدرات هذه دور المستقبلات التي تضمن أن الخلية تتعرف على الخلايا المجاورة والمادة بين الخلايا وتتفاعل معها. تشتمل هذه الطبقة أيضًا على بروتينات سطحية وشبه متكاملة ، وتقع مواقعها الوظيفية في منطقة فوق الغشاء (على سبيل المثال ، الغلوبولين المناعي). يحتوي الكاليكس على مستقبلات التوافق النسيجي ومستقبلات للعديد من الهرمونات والناقلات العصبية.

الغشاء ، الطبقة القشريةتتكون من الأنابيب الدقيقة واللييفات الدقيقة والألياف الدقيقة المقلصة ، والتي تشكل جزءًا من الهيكل الخلوي للخلية. تحافظ الطبقة تحت الغشاء على شكل الخلية وتخلق مرونتها وتوفر تغييرات في سطح الخلية. نتيجة لذلك ، تشارك الخلية في إفراز الخلايا الداخلية والإفراز والحركة.

يفي Cytolemma مجموعة من المهام:

1) التحديد (يفصل السيتوليما ، ويحدد الخلية من بيئةويوفر اتصاله بالبيئة الخارجية) ؛

2) التعرف من قبل هذه الخلية على الخلايا الأخرى والتعلق بها ؛

3) التعرف على المادة بين الخلايا من قبل الخلية والتعلق بعناصرها (الألياف ، الغشاء القاعدي) ؛

4) نقل المواد والجسيمات داخل وخارج السيتوبلازم ؛

5) التفاعل مع جزيئات الإشارة (الهرمونات ، الوسطاء ، السيتوكينات) بسبب وجود مستقبلات محددة لها على سطحها ؛

1. يوفر حركة الخلية (تكوين الأرجل الكاذبة) بسبب اتصال الغشاء الخلوي بالعناصر الانقباضية للهيكل الخلوي.

يحتوي السيتوليما على العديد مستقبلات، من خلالها المواد النشطة بيولوجيا ( الترابط ، جزيئات الإشارة ، الرسل الأوائل: الهرمونات ، الوسطاء ، عوامل النمو) تعمل على الخلية. المستقبلات عبارة عن مستشعرات جزيئية ضخمة محددة وراثيًا (بروتينات وبروتينات سكرية وبروتينات دهنية) مدمجة في سيتوليما أو موجودة داخل الخلية ومتخصصة في إدراك إشارات محددة ذات طبيعة كيميائية أو فيزيائية. تتسبب المواد النشطة بيولوجيًا ، عند تفاعلها مع المستقبل ، في سلسلة من التغيرات البيوكيميائية في الخلية ، بينما تتحول إلى استجابة فسيولوجية محددة (تغيير في وظيفة الخلية).

جميع المستقبلات لها خطة هيكلية مشتركة وتتكون من ثلاثة أجزاء: 1) فوق الغشاء ، الذي يتفاعل مع مادة (يجند) ؛ 2) داخل الغشاء ، إجراء نقل الإشارة ؛ و 3) داخل الخلايا ، مغمور في السيتوبلازم.

أنواع الاتصالات بين الخلايا.

يشارك السيتوليما أيضًا في تكوين هياكل خاصة - الاتصالات بين الخلايا والاتصالات، والتي توفر تفاعلًا وثيقًا بين الخلايا المجاورة. يميز بسيطو معقداتصالات بين الخلايا. في بسيطعند التقاطعات بين الخلايا ، تقترب السيتوليما من الخلايا من بعضها البعض على مسافة 15-20 نانومتر وتتفاعل جزيئات الكأس السكرية مع بعضها البعض (الشكل 2-3). في بعض الأحيان ، يدخل بروز الخلايا الليمفاوية الخلوية لخلية واحدة في اكتئاب الخلية المجاورة ، مكونًا وصلات مسننة وشبيهة بالأصابع (وصلات "مثل القفل").

معقدالاتصالات بين الخلايا من عدة أنواع: قفل ، إبزيمو تواصل(الشكل 2-3). ل قفلتشمل المركبات اتصال وثيقأو منطقة الحظر. في الوقت نفسه ، تشكل البروتينات المتكاملة للخلية السكرية للخلايا المجاورة نوعًا من الشبكة الشبكية على طول محيط الخلايا الظهارية المجاورة في أجزائها القمية. نتيجة لهذا ، يتم إغلاق الفجوات بين الخلايا ، ومحددة من البيئة الخارجية (الشكل 2-3).

أرز. 2-3. أنواع مختلفة من الاتصالات بين الخلايا.

1. اتصال بسيط.
2. اتصال ضيق.
3. شريط لاصق.
4. ديسموسوم.
5. Hemidesmosome.
6. اتصال مشقوق (اتصال).
7. ميكروفيلي.

(وفقًا لـ Yu. I. Afanasiev، N. A. Yurina).

ل ربط، وتشمل مركبات التثبيت لاصق حزامو اجسام رابطة. شريط لاصقتقع حول الأجزاء القمية من خلايا ظهارة أحادية الطبقة. في هذه المنطقة ، تتفاعل البروتينات السكرية المتكاملة للخلايا المجاورة مع بعضها البعض ، وتقترب البروتينات الغشائية ، بما في ذلك حزم من خيوط الأكتين الدقيقة ، من السيتوبلازم. Desmosomes (بقع التصاق)- هياكل مقترنة حجمها حوالي 0.5 ميكرومتر. في نفوسهم ، تتفاعل البروتينات السكرية للخلايا المجاورة عن كثب ، ومن جانب الخلايا في هذه المناطق ، يتم نسج حزم من الخيوط الوسيطة للهيكل الخلوي للخلية في السيتوليما (الشكل 2-3).

ل اتصالات الاتصالاتيشير إلى تقاطعات الفجوة (الروابط) والمشابك. الروابطبحجم 0.5-3 ميكرون. في نفوسهم ، تتقارب الخلايا الخلوية للخلايا المجاورة حتى 2-3 نانومتر ولديها العديد من القنوات الأيونية. من خلالها ، يمكن للأيونات أن تنتقل من خلية إلى أخرى ، وتنقل الإثارة ، على سبيل المثال ، بين خلايا عضلة القلب. المشابكخصائص النسيج العصبي وتوجد بين الخلايا العصبية ، وكذلك بين الخلايا العصبية والخلايا المستجيبة (العضلات ، الغدية). لديهم شق متشابك ، حيث عندما يمر نبضة عصبية من الجزء قبل المشبكي من المشبك ، يتم إطلاق ناقل عصبي ينقل نبضة عصبية إلى خلية أخرى (لمزيد من التفاصيل ، راجع فصل "النسيج العصبي").

غشاء الخلية ، الذي يُطلق عليه أيضًا اسم غشاء البلازما أو الغشاء الخلوي أو غشاء البلازما ، هو بنية جزيئية مرنة بطبيعتها وتتكون من بروتينات ودهون مختلفة. إنه يفصل محتوى أي خلية عن البيئة الخارجية ، وبالتالي ينظم خصائص الحماية الخاصة به ، ويوفر أيضًا تبادلًا بين البيئة الخارجية والمحتويات الداخلية المباشرة للخلية.

غشاء بلازمي

غشاء البلازما هو حاجز يقع بالداخل خلف القشرة مباشرة. يقسم الخلية إلى مقصورات معينة ، والتي يتم توجيهها إلى مقصورات أو عضيات. تحتوي على ظروف بيئية متخصصة. جدار الخليةيغطي غشاء الخلية بالكامل. يبدو وكأنه طبقة مزدوجة من الجزيئات.

معلومات اساسية

تكوين البلازما هو الدهون الفوسفورية أو ، كما يطلق عليها أيضًا ، الدهون المعقدة. تتكون الفوسفوليبيد من عدة أجزاء: ذيل ورأس. يسمي الخبراء الأجزاء الكارهة للماء والماء: اعتمادًا على بنية الحيوان أو الخلية النباتية. الأقسام ، التي تسمى الرأس ، تواجه داخل الخلية ، وتتجه ذيولها للخارج. إن البلازميمات ثابتة في التركيب وهي متشابهة جدًا في الكائنات الحية المختلفة؛ قد يكون الاستثناء الأكثر شيوعًا هو العتائق ، حيث تتكون الأقسام من أنواع مختلفة من الكحوليات والجلسرين.

سمك البلازما ما يقرب من 10 نانومتر.

توجد أقسام موجودة في الجزء الخارجي أو الخارجي من الجزء المجاور للغشاء - يطلق عليها اسم سطحي. يمكن أن تكون بعض أنواع البروتين نوعًا من نقاط الاتصال لغشاء الخلية وقشرتها. يوجد داخل الخلية الهيكل الخلوي والجدار الخارجي. أنواع معينةيمكن استخدام البروتين المتكامل كقنوات في مستقبلات نقل الأيونات (بالتوازي مع النهايات العصبية).

إذا استخدم ميكروسكوب الكتروني، ثم يمكنك الحصول على بيانات يمكنك على أساسها بناء رسم تخطيطي لهيكل جميع أجزاء الخلية ، بالإضافة إلى المكونات والأغشية الرئيسية. يتكون الجهاز العلوي من ثلاثة أنظمة فرعية:

• إدراج معقد فوق الغشاء ؛
• الجهاز العضلي الهيكلي في السيتوبلازم ، والذي سيكون له جزء تحت الغشاء.

يمكن أن يعزى هذا الجهاز إلى الهيكل الخلوي للخلية. يسمى السيتوبلازم مع العضيات والنواة الجهاز النووي. يقع السيتوبلازم أو ، بعبارة أخرى ، غشاء خلية البلازما ، تحت غشاء الخلية.

تأتي كلمة "غشاء" من الكلمة اللاتينية membrum ، والتي يمكن ترجمتها على أنها "جلد" أو "قشرة". تم اقتراح المصطلح منذ أكثر من 200 عام وكان يُطلق عليه في كثير من الأحيان حواف الخلية ، ولكن خلال الفترة التي بدأ فيها استخدام المعدات الإلكترونية المختلفة ، ثبت أن السيتوليما في البلازما تشكل العديد من العناصر المختلفة للغشاء.

غالبًا ما تكون العناصر هيكلية ، مثل:

• الميتوكوندريا؛
• الجسيمات المحللة؛
• البلاستيدات.
• أقسام.

تم طرح إحدى الفرضيات الأولى المتعلقة بالتركيب الجزيئي لغشاء البلازما في عام 1940 من قبل معهد علمي في بريطانيا العظمى. بالفعل في عام 1960 ، اقترح ويليام روبرتس للعالم فرضية "على الغشاء الأولي". لقد افترضت أن جميع أغشية البلازما في الخلية تتكون من أجزاء معينة ، في الواقع ، يتم تشكيلها وفقًا لمبدأ عام لجميع ممالك الكائنات الحية.

في أوائل السبعينيات من القرن العشرين ، تم اكتشاف الكثير من البيانات ، والتي على أساسها ، في عام 1972 ، اقترح علماء من أستراليا نموذجًا سائلًا فسيفسائيًا جديدًا لهيكل الخلية.

هيكل غشاء البلازما

نموذج 1972 معروف عالميًا حتى يومنا هذا. التي هي في العلم الحديث، يعتمد العديد من العلماء الذين يعملون مع القشرة على العمل النظري "هيكل الغشاء البيولوجي لنموذج الفسيفساء السائل".

ترتبط جزيئات البروتين بطبقة ثنائية الدهون وتتخلل الغشاء بالكامل - بروتينات متكاملة (أحد الأسماء الشائعة هو بروتينات الغشاء).

يحتوي الغلاف الموجود في التركيبة على العديد من مكونات الكربوهيدرات التي ستبدو مثل سلسلة عديد السكاريد أو السكاريد. السلسلة ، بدورها ، ستكون مرتبطة بالدهون والبروتين. تسمى السلاسل المتصلة بجزيئات البروتين البروتينات السكرية ، وتسمى جزيئات الدهون بالجليكوزيدات. توجد الكربوهيدرات على الجانب الخارجي من الغشاء وتعمل كمستقبلات في الخلايا الحيوانية.

بروتين سكري - عبارة عن مجموعة معقدة من وظائف فوق الغشاء. ويسمى أيضًا glycocalyx (من الكلمات اليونانية glik و kalyx ، والتي تعني "حلو" و "كوب"). يعزز المركب التصاق الخلية.

وظائف غشاء البلازما

حاجز

يساعد على فصل المكونات الداخلية لكتلة الخلية عن تلك المواد الموجودة في الخارج. يحمي الجسم من دخول المواد المختلفة التي ستكون غريبة عليه ، ويساعد في الحفاظ على التوازن داخل الخلايا.

ينقل

للخلية "النقل السلبي" الخاص بها وتستخدمه لتقليل استهلاك الطاقة. تعمل وظيفة النقل في العمليات التالية:

• الالتقام.
• طرد خلوي؛
• استقلاب الصوديوم والبوتاسيوم.

يوجد على الجانب الخارجي من الغشاء مستقبل ، يحدث فيه اختلاط الهرمونات والجزيئات التنظيمية المختلفة.

النقل السلبيعملية تمر فيها مادة عبر غشاء دون إنفاق طاقة. بمعنى آخر ، يتم توصيل المادة من منطقة في الخلية ذات تركيز عالٍ إلى الجانب الذي يكون التركيز فيه أقل.

هناك نوعان:

• انتشار بسيط- متأصل في الجزيئات المحايدة الصغيرة H2O و CO2 و O2 وبعض المواد العضوية الكارهة للماء ذات الوزن الجزيئي المنخفض ، وبالتالي تمر عبر الغشاء الفسفوليبيد دون مشاكل. يمكن لهذه الجزيئات أن تتخلل الغشاء حتى يصبح تدرج التركيز مستقرًا وغير متغير.
• نشر الميسر- خاصية الجزيئات المختلفة من النوع المحبة للماء. يمكنهم أيضًا المرور عبر الغشاء بعد تدرج التركيز. ومع ذلك ، سيتم تنفيذ العملية بمساعدة البروتينات المختلفة التي ستشكل قنوات محددة من المركبات الأيونية في الغشاء.

النقل النشط- هذه هي حركة المكونات المختلفة عبر جدار الغشاء بدلاً من التدرج. يتطلب هذا النقل إنفاقًا كبيرًا لموارد الطاقة في الخلية. غالبًا ما يكون النقل النشط هو المصدر الرئيسي لاستهلاك الطاقة.

هناك العديد من الأصنافالنقل النشط بمشاركة البروتينات الحاملة:

• مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.الحصول على المعادن الضرورية والعناصر النزرة بالخلية.
• الالتقام- عملية تلتقط فيها الخلية جزيئات صلبة (البلعمة) أو قطرات مختلفة من أي سائل (كثرة الخلايا).
• طرد خلوي- العملية التي يتم من خلالها إطلاق جزيئات معينة من الخلية إلى البيئة الخارجية. هذه العملية هي موازنة للالتقام الخلوي.

مصطلح "endocytosis" يأتي من الكلمات اليونانية "enda" (من الداخل) و "ketosis" (كوب ، وعاء). تميز العملية التقاط التركيبة الخارجية بواسطة الخلية ويتم تنفيذها أثناء إنتاج حويصلات الغشاء. تم اقتراح هذا المصطلح في عام 1965 من قبل أستاذ علم الخلايا البلجيكي كريستيان باليس ، الذي درس امتصاص خلايا الثدييات للمواد المختلفة ، بالإضافة إلى البلعمة و كثرة الخلايا.

البلعمة

يحدث عندما تلتقط الخلية جزيئات صلبة معينة أو خلايا حية. وكثرة الخلايا هي عملية يتم فيها التقاط قطرات سائلة بواسطة الخلية. البلعمة (مأخوذة من الكلمات اليونانية "الملتهمة" و "الوعاء") هي العملية التي يتم من خلالها التقاط الكائنات الصغيرة جدًا من الحياة البرية واستهلاكها ، بالإضافة إلى الأجزاء الصلبة للعديد من الكائنات وحيدة الخلية.

يعود اكتشاف هذه العملية إلى عالم فسيولوجي من روسيا - فياتشيسلاف إيفانوفيتش ميتشنيكوف ، الذي حدد العملية مباشرة ، بينما أجرى اختبارات مختلفة مع نجم البحر ودافنيا الصغيرة.

تعتمد تغذية الكائنات غيرية التغذية أحادية الخلية على قدرتها على هضم الجزيئات المختلفة والتقاطها.

وصف متشنيكوف خوارزمية امتصاص الأميبا للبكتيريا والمبدأ العام للبلعمة:

• التصاق - التصاق البكتيريا بغشاء الخلية ؛
• استيعاب؛
• تكوين حويصلة بخلية بكتيرية ؛
• فقاعات الفقاعة.

بناءً على ذلك ، تتكون عملية البلعمة من المراحل التالية:

1. يتم توصيل الجسيمات الممتصة بالغشاء.
2. يحيط الغشاء بالجسيم الممتص.
3. تكوين حويصلة غشائية (بلعوم).
4. انفصال الحويصلة الغشائية (phagosome) في داخل الخلية.
5. رابطة الجسيم والليسوسوم (الهضم) ، وكذلك الحركة الداخلية للجسيمات.

يمكن ملاحظة الهضم الكامل أو الجزئي.

في حالة الهضم الجزئي ، غالبًا ما يتكون الجسم المتبقي ، والذي سيبقى داخل الخلية لبعض الوقت. يتم سحب (إفراغ) تلك البقايا التي لن يتم هضمها من الخلية عن طريق الإفراز الخلوي. في سياق التطور ، انفصلت وظيفة الميل البلعمية تدريجياً وانتقلت من خلايا وحيدة الخلية مختلفة إلى خلايا متخصصة (مثل الجهاز الهضمي في تجويف الأمعاء والإسفنج) ، ثم إلى خلايا خاصة في الثدييات والبشر.

الخلايا الليمفاوية والكريات البيض في الدم عرضة للبلعمة. تتطلب عملية البلعمة نفسها إنفاقًا كبيرًا من الطاقة ويتم دمجها مباشرة مع نشاط غشاء الخلية الخارجية والليزوزوم ، اللذين يحتويان على إنزيمات هضمية.

كثرة الخلايا

كثرة الخلايا البينية هو الالتقاط على سطح خلية سائل فيه مواد مختلفة. يعود اكتشاف ظاهرة كثرة الخلايا إلى العالم فيتزجيرالد لويس. وقع هذا الحدث في عام 1932.

تعد كثرة الخلايا البينية إحدى الآليات الرئيسية التي تدخل من خلالها المركبات الجزيئية إلى الخلية ، على سبيل المثال ، البروتينات السكرية المختلفة أو البروتينات القابلة للذوبان. النشاط بينوسيتوتيك ، بدوره ، مستحيل بدون الحالة الفسيولوجيةالخلايا وتعتمد على تكوينها وتكوين البيئة. يمكننا أن نلاحظ كثرة الخلايا الصنوبرية الأكثر نشاطًا في الأميبا.

في البشر ، لوحظ كثرة الخلايا في الخلايا المعوية ، في الأوعية الدموية ، الأنابيب الكلوية ، وكذلك في نمو البويضات. من أجل تصوير عملية كثرة الخلايا ، والتي سيتم تنفيذها بمساعدة الكريات البيض البشرية ، يمكن عمل نتوء في غشاء البلازما. في هذه الحالة ، سيتم ربط الأجزاء وفصلها. تتطلب عملية كثرة الخلايا إنفاق الطاقة.

خطوات عملية كثرة الخلايا:

1. تظهر نتوءات رقيقة على غشاء البلازما الخلوي الخارجي ، الذي يحيط بقطرات السائل.
2. يصبح هذا الجزء من الغلاف الخارجي أرق.
3. تشكيل حويصلة غشائية.
4. الجدار يخترق (يفشل).
5. تنتقل الحويصلة في السيتوبلازم ويمكن أن تندمج مع الحويصلات والعضيات المختلفة.

طرد خلوي

يأتي المصطلح من الكلمات اليونانية "exo" - خارجي ، خارجي و "خلوي" - وعاء ، وعاء. تتكون العملية من إطلاق جزيئات معينة بواسطة الجزء الخلوي في البيئة الخارجية. عملية إفراز الخلايا هي عكس كثرة الخلايا.

في عملية كثرة الخلايا الصدفية ، تغادر فقاعات السائل داخل الخلايا الخلية وتنتقل إلى الغشاء الخارجي للخلية. يمكن إطلاق المحتويات الموجودة داخل الحويصلات إلى الخارج ، ثم يندمج غشاء الخلية مع قشرة الحويصلات. وبالتالي ، ستحدث معظم المركبات الجزيئية بهذه الطريقة.

يؤدي خروج الخلايا عددًا من المهام:

• توصيل الجزيئات إلى غشاء الخلية الخارجي ؛
• النقل في جميع أنحاء الخلية للمواد اللازمة للنمو وزيادة مساحة الغشاء ، على سبيل المثال ، بعض البروتينات أو الدهون الفوسفورية ؛
• تحرير أو توصيل أجزاء مختلفة ؛
• إفراز المنتجات الضارة والسامة التي تظهر أثناء عملية التمثيل الغذائي ، على سبيل المثال ، حمض الهيدروكلوريك الذي تفرزه خلايا الغشاء المخاطي في المعدة ؛
• نقل الببسينوجين ، وكذلك إشارات الجزيئات أو الهرمونات أو الناقلات العصبية.

وظائف محددة للأغشية البيولوجية:

• توليد نبضة تحدث على مستوى العصب داخل غشاء العصبون ؛
• تخليق عديد الببتيدات ، وكذلك الدهون والكربوهيدرات للشبكة الخشنة والملساء للشبكة الإندوبلازمية ؛
• تغير في الطاقة الضوئية وتحويلها إلى طاقة كيميائية.

فيديو

من الفيديو الخاص بنا سوف تتعلم الكثير من الأشياء الشيقة والمفيدة حول هيكل الخلية.

دراسة بنية الكائنات الحية ، وكذلك النباتات والحيوانات والبشر ، هو فرع من علم الأحياء يسمى علم الخلايا. وجد العلماء أن محتويات الخلية الموجودة بداخلها معقدة للغاية. إنه محاط بما يسمى بجهاز السطح ، والذي يتضمن غشاء الخلية الخارجي ، وهياكل فوق الغشاء: glycocalyx والخيوط الدقيقة ، pelicule والأنابيب الدقيقة التي تشكل مجمع الغشاء.

في هذه المقالة ، سوف ندرس بنية ووظائف غشاء الخلية الخارجي ، وهو جزء من الجهاز السطحي لأنواع مختلفة من الخلايا.

ما هي وظائف غشاء الخلية الخارجية؟

كما هو موضح سابقًا ، يعد الغشاء الخارجي جزءًا من الجهاز السطحي لكل خلية ، والذي يفصل محتوياتها الداخلية بنجاح ويحمي عضيات الخلية من ظروف مغايرةبيئة خارجية. وظيفة أخرى هي ضمان تبادل المواد بين محتويات الخلية وسوائل الأنسجة ، وبالتالي فإن غشاء الخلية الخارجي ينقل الجزيئات والأيونات التي تدخل السيتوبلازم ، كما يساعد على إزالة السموم والزائدة. مواد سامةمن الخلية.

هيكل غشاء الخلية

تختلف الأغشية ، أو البلازمية ، من أنواع مختلفة من الخلايا اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض. بشكل أساسي ، التركيب الكيميائي ، وكذلك المحتوى النسبي للدهون والبروتينات السكرية والبروتينات الموجودة فيها ، وبالتالي طبيعة المستقبلات الموجودة فيها. العوامل الخارجية التي يتم تحديدها بشكل أساسي من خلال التركيب الفردي للبروتينات السكرية ، تشارك في التعرف على المحفزات البيئية وفي تفاعلات الخلية نفسها مع أفعالها. يمكن لبعض أنواع الفيروسات أن تتفاعل مع البروتينات والشحميات السكرية لأغشية الخلايا ، ونتيجة لذلك تخترق الخلية. يمكن أن تستخدم فيروسات الهربس والإنفلونزا لبناء غلافها الواقي.

وتلتصق الفيروسات والبكتيريا ، المسماة بالعاثيات ، بغشاء الخلية وتذوبها عند نقطة التلامس بمساعدة إنزيم خاص. ثم يمر جزيء من الحمض النووي الفيروسي في الفتحة المتكونة.

ملامح هيكل غشاء البلازما لحقيقيات النوى

تذكر أن غشاء الخلية الخارجي يؤدي وظيفة النقل ، أي نقل المواد داخل وخارج البيئة الخارجية. لتنفيذ مثل هذه العملية ، يلزم وجود هيكل خاص. في الواقع ، فإن غشاء البلازما هو نظام عالمي ثابت لجهاز السطح للجميع. هذا فيلم رقيق (2-10 نانومتر) ، ولكنه كثيف إلى حد ما متعدد الطبقات يغطي الخلية بأكملها. تمت دراسة هيكلها في عام 1972 من قبل علماء مثل D. Singer و G.Nicholson ، كما قاموا بإنشاء نموذج فسيفساء سائل لغشاء الخلية.

المركبات الكيميائية الرئيسية التي تشكلها هي جزيئات مرتبة من البروتينات وبعض الدهون الفوسفورية ، والتي تتخللها بيئة دهنية سائلة وتشبه الفسيفساء. وهكذا ، يتكون غشاء الخلية من طبقتين من الدهون ، توجد "ذيول" غير قطبية مسعورة داخل الغشاء ، وتواجه الرؤوس القطبية المحبة للماء سيتوبلازم الخلية والسائل بين الخلايا.

تخترق الطبقة الدهنية جزيئات بروتينية كبيرة تشكل مسامًا محبة للماء. من خلالها يتم نقل المحاليل المائية من الجلوكوز والأملاح المعدنية. توجد بعض جزيئات البروتين على الأسطح الخارجية والداخلية للبلازما. وهكذا ، على غشاء الخلية الخارجي في خلايا جميع الكائنات الحية ذات النوى ، توجد جزيئات كربوهيدرات مرتبطة روابط تساهميةمع جليكوليبيدات وبروتينات سكرية. يتراوح محتوى الكربوهيدرات في أغشية الخلايا من 2 إلى 10٪.

هيكل البلازما للكائنات بدائية النواة

يؤدي غشاء الخلية الخارجية في بدائيات النوى وظائف مماثلة لأغشية البلازما لخلايا الكائنات النووية ، وهي: إدراك ونقل المعلومات القادمة من البيئة الخارجية ، ونقل الأيونات والمحاليل من وإلى الخلية ، وحماية السيتوبلازم من الكواشف الأجنبية من الخارج. يمكن أن تشكل الميزوزومات - الهياكل التي تنشأ عندما تبرز البلازما في الخلية. قد تحتوي على إنزيمات تشارك في تفاعلات التمثيل الغذائي بدائيات النوى ، على سبيل المثال ، في تكاثر الحمض النووي ، تخليق البروتين.

تحتوي الميزوسومات أيضًا على إنزيمات الأكسدة والاختزال ، بينما تحتوي المركبات الضوئية على جرثومة الكلوروفيل (في البكتيريا) والفيكوبيلين (في البكتيريا الزرقاء).

دور الأغشية الخارجية في الاتصالات بين الخلايا

بالاستمرار في الإجابة على السؤال عن الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي ، دعونا نتناول دوره في الخلايا النباتية ، ففي الخلايا النباتية تتشكل المسام في جدران غشاء الخلية الخارجي ، وتنتقل إلى طبقة السليلوز. من خلالهم ، يكون خروج السيتوبلازم في الخلية إلى الخارج ممكنًا ؛ وتسمى هذه القنوات الرقيقة بـ plasmodesmata.

بفضلهم ، فإن الاتصال بين الخلايا النباتية المجاورة قوي للغاية. في الخلايا البشرية والحيوانية ، تسمى مواقع التلامس بين أغشية الخلايا المجاورة ديسموسومات. وهي من سمات الخلايا البطانية والظهارية ، وتوجد أيضًا في خلايا عضلة القلب.

التكوينات المساعدة للبلازما

افهم ما هو مختلف زرع الخلايامن الحيوانات ، فإنه يساعد على دراسة السمات الهيكلية لأغشية البلازما ، والتي تعتمد على الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجية. وفوقها في الخلايا الحيوانية توجد طبقة من الكاليكس. يتكون من جزيئات السكاريد المرتبطة بالبروتينات والدهون في غشاء الخلية الخارجية. بفضل glycocalyx ، يحدث الالتصاق (الالتصاق) بين الخلايا ، مما يؤدي إلى تكوين الأنسجة ، وبالتالي فهو يشارك في وظيفة الإشارات في البلازما - التعرف على المحفزات البيئية.

كيف يتم النقل السلبي لبعض المواد عبر أغشية الخلايا

كما ذكرنا سابقًا ، يشارك غشاء الخلية الخارجي في عملية نقل المواد بين الخلية والبيئة الخارجية. هناك نوعان من النقل عبر البلازما: النقل السلبي (الانتشار) والنقل النشط. الأول يشمل الانتشار والانتشار الميسر والتناضح. تعتمد حركة المواد على طول تدرج التركيز بشكل أساسي على كتلة وحجم الجزيئات التي تمر عبر غشاء الخلية. على سبيل المثال ، تذوب الجزيئات الصغيرة غير القطبية بسهولة في الطبقة الدهنية الوسطى من الغشاء المخاطي ، وتتحرك خلاله وتنتهي في السيتوبلازم.

جزيئات كبيرة المواد العضويةتخترق السيتوبلازم بمساعدة البروتينات الحاملة الخاصة. إنها خاصة بالأنواع ، وعند دمجها مع جسيم أو أيون ، تنقلها بشكل سلبي عبر الغشاء على طول تدرج التركيز (النقل السلبي) دون إنفاق الطاقة. هذه العملية تكمن وراء خاصية البلازما مثل النفاذية الانتقائية. الطاقة في التقدم جزيئات ATPلا تستخدم ، والخلية تحفظها لتفاعلات التمثيل الغذائي الأخرى.

النقل النشط للمركبات الكيميائية عبر البلازما

نظرًا لأن غشاء الخلية الخارجي يضمن نقل الجزيئات والأيونات من البيئة الخارجية إلى الخلية والعكس ، يصبح من الممكن إزالة نواتج التشتت ، وهي سموم ، إلى الخارج ، أي إلى السائل بين الخلايا. يحدث مقابل تدرج تركيز ويتطلب استخدام الطاقة في شكل جزيئات ATP. كما أنه يتضمن بروتينات حاملة تسمى ATPases ، وهي أيضًا إنزيمات.

مثال على هذا النقل هو مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (تمر أيونات الصوديوم من السيتوبلازم إلى البيئة الخارجية ، ويتم ضخ أيونات البوتاسيوم في السيتوبلازم). الخلايا الظهارية للأمعاء والكلى قادرة على ذلك. أنواع مختلفة من طريقة النقل هذه هي عمليات كثرة الخلايا والبلعمة. وهكذا ، بعد دراسة الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجية ، يمكن إثبات أن الطلائعيات غيرية التغذية ، وكذلك خلايا الكائنات الحية الحيوانية الأعلى ، على سبيل المثال ، الكريات البيض ، قادرة على البلعمة والبلعمة.

العمليات الكهربية الحيوية في أغشية الخلايا

لقد ثبت أن هناك فرقًا محتملًا بين السطح الخارجي للبلازما (مشحون بشكل إيجابي) والطبقة الجدارية من السيتوبلازم ، وهي سالبة الشحنة. كانت تسمى إمكانات الراحة ، وهي متأصلة في جميع الخلايا الحية. ولا يمتلك النسيج العصبي إمكانية الراحة فحسب ، بل إنه قادر أيضًا على إجراء تيارات حيوية ضعيفة ، والتي تسمى عملية الإثارة. تبدأ الأغشية الخارجية للخلايا العصبية ، التي تتلقى تهيجًا من المستقبلات ، في تغيير الشحنات: تدخل أيونات الصوديوم بكثرة إلى الخلية ويصبح سطح غشاء البلازما كهربيًا. وتتلقى الطبقة الجدارية من السيتوبلازم ، بسبب وجود فائض من الكاتيونات شحنة موجبة. وهذا ما يفسر سبب إعادة شحن غشاء الخلية الخارجية للخلايا العصبية ، مما يسبب التوصيل. نبضات عصبيةالكامنة وراء عملية الإثارة.