غشاء بلازمي , أو بلازما,- الغشاء الأساسي والأكثر ديمومة لجميع الخلايا. وهو عبارة عن طبقة رقيقة (حوالي 10 نانومتر) تغطي الخلية بأكملها. تتكون البلازما من جزيئات البروتين والدهون الفوسفاتية (الشكل 1.6).
يتم ترتيب جزيئات الفسفوليبيد في صفين - مع نهايات كارهة للماء إلى الداخل، ورؤوس محبة للماء نحو البيئة المائية الداخلية والخارجية. في بعض الأماكن، يتم اختراق الطبقة الثنائية (الطبقة المزدوجة) من الدهون الفوسفاتية من خلال جزيئات البروتين (البروتينات المتكاملة). توجد داخل جزيئات البروتين هذه قنوات - مسام تمر من خلالها المواد القابلة للذوبان في الماء. تخترق جزيئات البروتين الأخرى طبقة الدهون الثنائية في منتصف الطريق من جانب أو آخر (بروتينات شبه متكاملة). توجد بروتينات محيطية على سطح أغشية الخلايا حقيقية النواة. تتماسك جزيئات الدهون والبروتين معًا بسبب التفاعلات المحبة للماء والكارهة للماء.
خصائص ووظائف الأغشية.جميع أغشية الخلايا عبارة عن هياكل سائلة متنقلة، نظرًا لأن جزيئات الدهون والبروتينات غير مترابطة بواسطة روابط تساهمية وتكون قادرة على التحرك بسرعة كبيرة في مستوى الغشاء. بفضل هذا، يمكن للأغشية تغيير تكوينها، أي أنها تتمتع بالسيولة.
الأغشية هي هياكل ديناميكية للغاية. إنهم يتعافون بسرعة من التلف ويتمددون وينكمشون أيضًا مع الحركات الخلوية.
تختلف أغشية أنواع الخلايا المختلفة اختلافًا كبيرًا في التركيب الكيميائي والمحتوى النسبي للبروتينات والبروتينات السكرية والدهون الموجودة فيها، وبالتالي في طبيعة المستقبلات التي تحتوي عليها. ولذلك يتميز كل نوع من الخلايا بفردية يتم تحديدها بشكل أساسي البروتينات السكرية.وتشارك في ذلك البروتينات السكرية المتفرعة السلسلة التي تبرز من غشاء الخلية التعرف على العواملالبيئة الخارجية، وكذلك في الاعتراف المتبادل بالخلايا ذات الصلة. على سبيل المثال، تتعرف البويضة والحيوان المنوي على بعضهما البعض عن طريق البروتينات السكرية الموجودة على سطح الخلية، والتي تتلاءم معًا كعناصر منفصلة للبنية الكاملة. مثل هذا الاعتراف المتبادل هو مرحلة ضرورية تسبق الإخصاب.
ويلاحظ ظاهرة مماثلة في عملية تمايز الأنسجة. في هذه الحالة، يتم توجيه الخلايا المتشابهة في البنية، بمساعدة مناطق التعرف على البلازما، بشكل صحيح بالنسبة لبعضها البعض، وبالتالي ضمان التصاقها وتكوين الأنسجة. المرتبطة بالاعتراف تنظيم النقلالجزيئات والأيونات من خلال الغشاء، فضلا عن الاستجابة المناعية التي تلعب فيها البروتينات السكرية دور المستضدات. وبالتالي يمكن أن تعمل السكريات كجزيئات معلومات (مثل البروتينات والأحماض النووية). تحتوي الأغشية أيضًا على مستقبلات محددة وحاملات إلكترون ومحولات طاقة وبروتينات إنزيمية. تشارك البروتينات في ضمان نقل جزيئات معينة داخل الخلية أو خارجها، وتوفر اتصالًا هيكليًا بين الهيكل الخلوي وأغشية الخلايا، أو تعمل كمستقبلات لاستقبال وتحويل الإشارات الكيميائية من البيئة.
الخاصية الأكثر أهمية للغشاء هي أيضًا النفاذية الاختيارية.وهذا يعني أن الجزيئات والأيونات تمر عبره بسرعات مختلفة، وكلما زاد حجم الجزيئات، كانت السرعة التي تمر بها عبر الغشاء أبطأ. تحدد هذه الخاصية غشاء البلازما بأنه الحاجز الاسموزي.تتمتع المياه والغازات المذابة فيها بأقصى قدرة على الاختراق. تمر الأيونات عبر الغشاء بشكل أبطأ بكثير. يسمى انتشار الماء عبر الغشاء عن طريق التناضح.
هناك عدة آليات لنقل المواد عبر الغشاء.
انتشار- اختراق المواد عبر الغشاء على طول تدرج التركيز (من منطقة يكون فيها تركيزها أعلى إلى منطقة يكون فيها تركيزها أقل). يتم النقل المنتشر للمواد (الماء والأيونات) بمشاركة بروتينات الغشاء التي لها مسام جزيئية، أو بمشاركة المرحلة الدهنية (للمواد القابلة للذوبان في الدهون).
مع سهولة الانتشارترتبط بروتينات نقل الغشاء الخاصة بشكل انتقائي بأيون أو جزيء أو آخر وتنقلها عبر الغشاء على طول تدرج التركيز.
النقل النشطينطوي على تكاليف الطاقة ويعمل على نقل المواد ضد تدرج تركيزها. هويتم تنفيذها بواسطة بروتينات حاملة خاصة تشكل ما يسمى ب مضخات ايون.الأكثر دراسة هي مضخة Na - / K - في الخلايا الحيوانية، والتي تضخ بنشاط أيونات Na + بينما تمتص أيونات K -. نتيجة لهذا، يتم الحفاظ على تركيز أعلى من K - وتركيز أقل من Na + في الخلية مقارنة بالبيئة. تتطلب هذه العملية طاقة ATP.
نتيجة للنقل النشط باستخدام مضخة غشائية في الخلية، يتم أيضًا تنظيم تركيز Mg 2- وCa 2+.
أثناء عملية النقل النشط للأيونات إلى داخل الخلية، تخترق السكريات المختلفة والنيوكليوتيدات والأحماض الأمينية الغشاء السيتوبلازمي.
الجزيئات الكبيرة من البروتينات والأحماض النووية والسكريات ومجمعات البروتين الدهني وما إلى ذلك لا تمر عبر أغشية الخلايا، على عكس الأيونات والمونومرات. يتم نقل الجزيئات الكبيرة ومجمعاتها وجزيئاتها إلى الخلية بطريقة مختلفة تمامًا - من خلال الالتقام الخلوي. في الالتقام الخلوي (إندو...- إلى الداخل) تلتقط منطقة معينة من البلازما وتغلف المواد خارج الخلية، وتحيط بها في فجوة غشائية تنشأ نتيجة لغزو الغشاء. بعد ذلك، ترتبط هذه الفجوة مع الليزوزوم، حيث تقوم إنزيماته بتكسير الجزيئات الكبيرة إلى مونومرات.
العملية العكسية للالتقام هي خروج الخلايا (خارج...- خارج). بفضله، تقوم الخلية بإزالة المنتجات داخل الخلايا أو المخلفات غير المهضومة المحاطة بالفجوات أو القيح.
zyryki. تقترب الحويصلة من الغشاء السيتوبلازمي وتندمج معه وتنطلق محتوياته في البيئة. هذه هي الطريقة التي تتم بها إزالة الإنزيمات الهضمية والهرمونات والهيمسيلولوز وما إلى ذلك.
وهكذا، فإن الأغشية البيولوجية، باعتبارها العناصر الهيكلية الرئيسية للخلية، لا تخدم فقط كحدود مادية، ولكنها بمثابة أسطح وظيفية ديناميكية. تحدث العديد من العمليات البيوكيميائية على أغشية العضيات، مثل الامتصاص النشط للمواد، وتحويل الطاقة، وتخليق ATP، وما إلى ذلك.
وظائف الأغشية البيولوجيةالأتى:
إنها تحدد محتويات الخلية من البيئة الخارجية ومحتويات العضيات من السيتوبلازم.
فهي تضمن نقل المواد من وإلى الخلية، من السيتوبلازم إلى العضيات والعكس.
تعمل كمستقبلات (استقبال وتحويل المواد الكيميائية من البيئة، والتعرف على المواد الخلوية، وما إلى ذلك).
وهي عبارة عن محفزات (توفر عمليات كيميائية قريبة من الغشاء).
المشاركة في تحويل الطاقة.
الوحدة الهيكلية الأساسية للكائن الحي هي الخلية، وهي جزء متمايز من السيتوبلازم محاط بغشاء الخلية. ونظرًا لأن الخلية تقوم بالعديد من الوظائف المهمة، مثل التكاثر والتغذية والحركة، فيجب أن يكون الغشاء بلاستيكيًا وكثيفًا.
تاريخ اكتشاف وأبحاث غشاء الخلية
في عام 1925، أجرى جريندل وجوردر تجربة ناجحة للتعرف على "ظلال" خلايا الدم الحمراء، أو الأغشية الفارغة. على الرغم من الأخطاء الجسيمة العديدة، اكتشف العلماء الطبقة الدهنية الثنائية. واصل عملهم دانييلي وداوسون في عام 1935 وروبرتسون في عام 1960. ونتيجة لسنوات عديدة من العمل وتراكم الحجج، أنشأ سينجر ونيكلسون في عام 1972 نموذجًا للفسيفساء السائلة لبنية الغشاء. وأكدت التجارب والدراسات الإضافية أعمال العلماء.
معنى
ما هو غشاء الخلية؟ بدأ استخدام هذه الكلمة منذ أكثر من مائة عام؛ وترجمتها من اللاتينية تعني "فيلم"، "جلد". هذه هي الطريقة التي يتم بها تعيين حدود الخلية، وهي حاجز طبيعي بين المحتويات الداخلية والبيئة الخارجية. يتضمن هيكل غشاء الخلية شبه نفاذية، حيث يمكن للرطوبة والمواد المغذية ومنتجات التحلل أن تمر عبره بحرية. يمكن تسمية هذه القشرة بالمكون الهيكلي الرئيسي لتنظيم الخلية.
دعونا ننظر في الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية
1. يفصل محتويات الخلية الداخلية ومكونات البيئة الخارجية.
2. يساعد في الحفاظ على التركيب الكيميائي الثابت للخلية.
3. ينظم عملية التمثيل الغذائي السليم.
4. يوفر التواصل بين الخلايا.
5. يتعرف على الإشارات.
6. وظيفة الحماية.
"قذيفة البلازما"
غشاء الخلية الخارجي، ويسمى أيضًا غشاء البلازما، عبارة عن فيلم فائق المجهر يتراوح سمكه من خمسة إلى سبعة نانومتر. ويتكون بشكل رئيسي من مركبات البروتين والفوسفوليدات والماء. الفيلم مرن ويمتص الماء بسهولة ويستعيد سلامته بسرعة بعد التلف.
لديها هيكل عالمي. يحتل هذا الغشاء موقعًا حدوديًا، ويشارك في عملية النفاذية الانتقائية، وإزالة منتجات الاضمحلال، وتصنيعها. العلاقة مع "جيرانها" والحماية الموثوقة للمحتويات الداخلية من التلف تجعلها عنصرا هاما في أمور مثل بنية الخلية. أحيانًا يتم تغطية غشاء الخلية للكائنات الحيوانية بطبقة رقيقة - الكأس السكرية، والتي تشمل البروتينات والسكريات. تتم حماية الخلايا النباتية الموجودة خارج الغشاء بواسطة جدار خلوي يعمل بمثابة دعم ويحافظ على شكلها. المكون الرئيسي لتركيبته هو الألياف (السليلوز) - وهو عديد السكاريد غير القابل للذوبان في الماء.
وبالتالي، فإن غشاء الخلية الخارجي لديه وظيفة الإصلاح والحماية والتفاعل مع الخلايا الأخرى.
هيكل غشاء الخلية
يتراوح سمك هذه القشرة المتحركة من ستة إلى عشرة نانومتر. يحتوي غشاء الخلية على تركيبة خاصة، أساسها طبقة ثنائية الدهون. توجد ذيول كارهة للماء، خاملة للماء، في الداخل، بينما تتجه الرؤوس المحبة للماء، التي تتفاعل مع الماء، إلى الخارج. كل دهن هو فسفوليبيد، وهو نتيجة لتفاعل مواد مثل الجلسرين والسفينجوزين. الإطار الدهني محاط بشكل وثيق بالبروتينات، والتي يتم ترتيبها في طبقة غير مستمرة. بعضها مغمور في الطبقة الدهنية، والباقي يمر عبرها. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل المناطق التي تكون نفاذية للمياه. الوظائف التي تؤديها هذه البروتينات مختلفة. بعضها إنزيمات، والباقي عبارة عن بروتينات نقل تنقل مواد مختلفة من البيئة الخارجية إلى السيتوبلازم والعودة.
يتخلل غشاء الخلية البروتينات المتكاملة ويرتبط بها بشكل وثيق، ويكون الاتصال بالبروتينات المحيطية أقل قوة. تؤدي هذه البروتينات وظيفة مهمة، وهي الحفاظ على بنية الغشاء، واستقبال وتحويل الإشارات من البيئة، ونقل المواد، وتحفيز التفاعلات التي تحدث على الأغشية.
مُجَمَّع
أساس غشاء الخلية هو طبقة ثنائية الجزيئية. بفضل استمراريتها، تتمتع الخلية بخصائص حاجزة وميكانيكية. وفي مراحل مختلفة من الحياة، يمكن أن تتعطل هذه الطبقة الثنائية. ونتيجة لذلك، تتشكل العيوب الهيكلية من خلال المسام المحبة للماء. في هذه الحالة، يمكن أن تتغير جميع وظائف هذا المكون مثل غشاء الخلية. قد يعاني القلب من تأثيرات خارجية.
ملكيات
يحتوي غشاء الخلية في الخلية على ميزات مثيرة للاهتمام. نظرًا لميولته، فإن هذا الغشاء ليس هيكلًا صلبًا، ويتحرك الجزء الأكبر من البروتينات والدهون التي يتكون منها بحرية على مستوى الغشاء.
بشكل عام، غشاء الخلية غير متماثل، لذلك يختلف تكوين طبقات البروتين والدهون. تحتوي أغشية البلازما في الخلايا الحيوانية، على جانبها الخارجي، على طبقة بروتين سكري تؤدي وظائف المستقبلات والإشارات، كما تلعب دورًا كبيرًا في عملية دمج الخلايا في الأنسجة. غشاء الخلية قطبي، أي أن الشحنة الخارجية موجبة والشحنة الداخلية سالبة. بالإضافة إلى كل ما سبق، فإن غشاء الخلية لديه رؤية انتقائية.
وهذا يعني أنه، بالإضافة إلى الماء، يُسمح فقط لمجموعة معينة من الجزيئات والأيونات من المواد الذائبة بالدخول إلى الخلية. يكون تركيز مادة مثل الصوديوم في معظم الخلايا أقل بكثير منه في البيئة الخارجية. أيونات البوتاسيوم لها نسبة مختلفة: كميتها في الخلية أعلى بكثير منها في البيئة. وفي هذا الصدد، تميل أيونات الصوديوم إلى اختراق غشاء الخلية، وتميل أيونات البوتاسيوم إلى الخروج إلى الخارج. في ظل هذه الظروف، يقوم الغشاء بتنشيط نظام خاص يلعب دور "الضخ"، حيث يقوم بتسوية تركيز المواد: يتم ضخ أيونات الصوديوم إلى سطح الخلية، ويتم ضخ أيونات البوتاسيوم إلى الداخل. وتعتبر هذه الخاصية من أهم وظائف غشاء الخلية.
يلعب ميل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم للتحرك من السطح إلى الداخل دورًا كبيرًا في نقل السكر والأحماض الأمينية إلى داخل الخلية. في عملية إزالة أيونات الصوديوم بشكل فعال من الخلية، يخلق الغشاء الظروف الملائمة لاستقبال كميات جديدة من الجلوكوز والأحماض الأمينية في الداخل. على العكس من ذلك، في عملية نقل أيونات البوتاسيوم إلى الخلية، يتم تجديد عدد "ناقلات" منتجات الاضمحلال من داخل الخلية إلى البيئة الخارجية.
كيف تتم تغذية الخلية من خلال غشاء الخلية؟
تتناول العديد من الخلايا المواد من خلال عمليات مثل البلعمة واحتساء الخلايا. في الخيار الأول، يخلق الغشاء الخارجي المرن انخفاضًا صغيرًا ينتهي فيه الجسيم الملتقط. ثم يصبح قطر التجويف أكبر حتى يدخل الجسيم المغلق إلى السيتوبلازم في الخلية. من خلال البلعمة، يتم تغذية بعض الأوليات، مثل الأميبا، وكذلك خلايا الدم - الكريات البيض والخلايا البلعمية. وبالمثل، تمتص الخلايا السوائل التي تحتوي على العناصر الغذائية الضرورية. وتسمى هذه الظاهرة كثرة الكريات.
يرتبط الغشاء الخارجي ارتباطًا وثيقًا بالشبكة الإندوبلازمية للخلية.
تحتوي العديد من أنواع مكونات الأنسجة الرئيسية على نتوءات وطيات وزغيبات صغيرة على سطح الغشاء. الخلايا النباتية الموجودة على السطح الخارجي لهذه القشرة مغطاة بطبقة أخرى سميكة ومرئية بوضوح تحت المجهر. تساعد الألياف المصنوعة منها على توفير الدعم للأنسجة النباتية، مثل الخشب. تحتوي الخلايا الحيوانية أيضًا على عدد من الهياكل الخارجية التي تقع أعلى غشاء الخلية. إنها ذات طبيعة وقائية حصريًا، ومثال على ذلك الكيتين الموجود في الخلايا الغشائية للحشرات.
بالإضافة إلى الغشاء الخلوي، هناك غشاء داخل الخلايا. وتتمثل مهمتها في تقسيم الخلية إلى عدة حجرات مغلقة متخصصة - حجرات أو عضيات، حيث يجب الحفاظ على بيئة معينة.
وبالتالي، من المستحيل المبالغة في تقدير دور هذا المكون من الوحدة الأساسية للكائن الحي مثل غشاء الخلية. يشير الهيكل والوظائف إلى توسع كبير في إجمالي مساحة سطح الخلية وتحسين عمليات التمثيل الغذائي. يتكون هذا التركيب الجزيئي من البروتينات والدهون. بفصل الخلية عن البيئة الخارجية، يضمن الغشاء سلامتها. بمساعدتها، يتم الحفاظ على الاتصالات بين الخلايا على مستوى قوي إلى حد ما، وتشكيل الأنسجة. وفي هذا الصدد يمكننا أن نستنتج أن غشاء الخلية يلعب أحد أهم الأدوار في الخلية. يختلف الهيكل والوظائف التي تؤديها بشكل جذري في الخلايا المختلفة، اعتمادًا على الغرض منها. ومن خلال هذه الميزات يتم تحقيق مجموعة متنوعة من الأنشطة الفسيولوجية لأغشية الخلايا ودورها في وجود الخلايا والأنسجة.
خلية- هذه ليست فقط سائلة وإنزيمات ومواد أخرى، ولكنها أيضًا هياكل منظمة للغاية تسمى العضيات داخل الخلايا. لا تقل أهمية عضيات الخلية عن مكوناتها الكيميائية. وبالتالي، في غياب العضيات مثل الميتوكوندريا، فإن إمدادات الطاقة المستخرجة من العناصر الغذائية سوف تنخفض على الفور بنسبة 95٪.
معظم العضيات الموجودة في الخلية مغطاة الأغشيةتتكون بشكل رئيسي من الدهون والبروتينات. هناك أغشية الخلايا، والشبكة الإندوبلازمية، والميتوكوندريا، والجسيمات الحالة، وجهاز جولجي.
الدهونوهي غير قابلة للذوبان في الماء، لذا فهي تشكل حاجزًا في الخلية يمنع حركة الماء والمواد القابلة للذوبان في الماء من حجرة إلى أخرى. ومع ذلك، فإن جزيئات البروتين تجعل الغشاء نافذًا لمختلف المواد من خلال هياكل متخصصة تسمى المسام. العديد من البروتينات الغشائية الأخرى عبارة عن إنزيمات تحفز العديد من التفاعلات الكيميائية، والتي سيتم مناقشتها في الفصول اللاحقة.
غشاء الخلية (أو البلازما).عبارة عن هيكل رقيق ومرن ومرن يبلغ سمكه 7.5-10 نانومتر فقط. يتكون بشكل رئيسي من البروتينات والدهون. النسبة التقريبية لمكوناته هي كما يلي: البروتينات - 55٪، الدهون الفوسفاتية - 25٪، الكوليسترول - 13٪، الدهون الأخرى - 4٪، الكربوهيدرات - 3٪.
الطبقة الدهنية من غشاء الخليةيمنع اختراق المياه. أساس الغشاء هو طبقة ثنائية الدهون - طبقة دهنية رقيقة تتكون من طبقتين أحاديتين وتغطي الخلية بالكامل. توجد البروتينات في جميع أنحاء الغشاء على شكل كريات كبيرة.
رسم تخطيطي لغشاء الخلية، يعكس عناصره الرئيسية- طبقة ثنائية الفسفوليبيد وعدد كبير من جزيئات البروتين البارزة فوق سطح الغشاء.
ترتبط سلاسل الكربوهيدرات بالبروتينات الموجودة على السطح الخارجي
وإلى جزيئات البروتين الإضافية داخل الخلية (غير موضحة في الشكل).
الدهون طبقة ثنائيةيتكون بشكل رئيسي من جزيئات الفسفوليبيد. أحد طرفي هذا الجزيء محب للماء، أي. قابل للذوبان في الماء (توجد عليه مجموعة فوسفات) والآخر مسعور ، أي. قابل للذوبان فقط في الدهون (يحتوي على حمض دهني).
يرجع ذلك إلى حقيقة أن الجزء مسعور من الجزيء فسفوليبيديطرد الماء، ولكنه ينجذب إلى أجزاء متشابهة من نفس الجزيئات، وتتميز الدهون الفوسفاتية بخاصية طبيعية تتمثل في الالتصاق ببعضها البعض في سمك الغشاء، كما هو موضح في الشكل 1. 2-3. يشكل الجزء المحب للماء مع مجموعة الفوسفات سطحين غشائيين: السطح الخارجي، الذي يتلامس مع السائل خارج الخلية، والسطح الداخلي، الذي يتلامس مع السائل داخل الخلايا.
منتصف الطبقة الدهنيةغير منفذة للأيونات والمحاليل المائية للجلوكوز واليوريا. وعلى العكس من ذلك، فإن المواد القابلة للذوبان في الدهون، بما في ذلك الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والكحول، تخترق هذه المنطقة من الغشاء بسهولة.
الجزيئاتينتمي الكوليسترول، وهو جزء من الغشاء، أيضًا إلى الدهون بطبيعته، نظرًا لأن مجموعة الستيرويد الخاصة به قابلة للذوبان بدرجة عالية في الدهون. يبدو أن هذه الجزيئات تذوب في طبقة ثنائية الدهون. الغرض الرئيسي منها هو تنظيم نفاذية (أو عدم نفاذية) الأغشية للمكونات القابلة للذوبان في الماء في سوائل الجسم. بالإضافة إلى ذلك، الكولسترول هو المنظم الرئيسي للزوجة الغشاء.
بروتينات غشاء الخلية. في الشكل، تظهر الجزيئات الكروية في الطبقة الدهنية الثنائية - وهي عبارة عن بروتينات غشائية، ومعظمها عبارة عن بروتينات سكرية. هناك نوعان من البروتينات الغشائية: (1) متكاملة، والتي تخترق الغشاء من خلالها؛ (2) طرفية، وهي لا تبرز إلا فوق أحد سطحيها فقط دون أن تصل إلى السطح الآخر.
العديد من البروتينات المتكاملةتشكل قنوات (أو مسام) يمكن من خلالها أن ينتشر الماء والمواد القابلة للذوبان في الماء، وخاصة الأيونات، في السائل داخل وخارج الخلية. وبسبب انتقائية القنوات، فإن بعض المواد تنتشر بشكل أفضل من غيرها.
بروتينات متكاملة أخرىتعمل كبروتينات حاملة، حيث تنقل المواد التي تكون الطبقة الدهنية الثنائية غير منفذة لها. في بعض الأحيان تعمل البروتينات الحاملة في الاتجاه المعاكس للانتشار؛ ويسمى هذا النقل بالنقل النشط. بعض البروتينات المتكاملة هي إنزيمات.
البروتينات الغشائية المتكاملةيمكن أن تعمل أيضًا كمستقبلات للمواد القابلة للذوبان في الماء، بما في ذلك هرمونات الببتيد، نظرًا لأن الغشاء غير منفذ لها. يؤدي تفاعل بروتين مستقبل مع يجند معين إلى تغييرات توافقية في جزيء البروتين، والذي بدوره يحفز النشاط الأنزيمي للجزء داخل الخلايا من جزيء البروتين أو نقل إشارة من المستقبل إلى الخلية باستخدام الرسول الثاني. وبالتالي، فإن البروتينات المتكاملة المضمنة في غشاء الخلية تشركها في عملية نقل المعلومات حول البيئة الخارجية إلى الخلية.
جزيئات بروتينات الغشاء المحيطيغالبًا ما يرتبط بالبروتينات المتكاملة. معظم البروتينات المحيطية عبارة عن إنزيمات أو تلعب دور المرسل لنقل المواد عبر مسام الغشاء.
بناءً على خصائصه الوظيفية، يمكن تقسيم غشاء الخلية إلى 9 وظائف يؤديها.
وظائف غشاء الخلية:
1. النقل. ينقل المواد من خلية إلى أخرى؛
2. الحاجز. لديه نفاذية انتقائية، ويضمن التمثيل الغذائي اللازم.
3. المستقبل. بعض البروتينات الموجودة في الغشاء هي مستقبلات؛
4. ميكانيكية. يضمن استقلالية الخلية وبنيتها الميكانيكية؛
5. مصفوفة. يضمن التفاعل الأمثل والتوجه للبروتينات المصفوفة؛
6. الطاقة. تحتوي الأغشية على أنظمة نقل الطاقة أثناء التنفس الخلوي في الميتوكوندريا.
7. الأنزيمية. تكون بروتينات الغشاء في بعض الأحيان إنزيمات. على سبيل المثال، أغشية الخلايا المعوية.
8. وضع العلامات. يحتوي الغشاء على مستضدات (بروتينات سكرية) تسمح بتحديد الخلية؛
9. التوليد. ينفذ توليد وتوصيل القدرات الحيوية.
يمكنك أن ترى كيف يبدو غشاء الخلية باستخدام مثال بنية الخلية الحيوانية أو الخلية النباتية.
يوضح الشكل بنية غشاء الخلية.
تشتمل مكونات غشاء الخلية على بروتينات غشاء الخلية المختلفة (الكروي، المحيطي، السطحي)، بالإضافة إلى دهون غشاء الخلية (الجليكوليبيد، الفوسفوليبيد). يوجد أيضًا في بنية غشاء الخلية الكربوهيدرات والكوليسترول والبروتين السكري وبروتين ألفا الحلزون.
تكوين غشاء الخلية
التكوين الرئيسي لغشاء الخلية يشمل:
1. البروتينات - المسؤولة عن خصائص الغشاء المختلفة.
2. ثلاثة أنواع من الدهون (الدهون الفسفورية والجليكوليبيدات والكوليسترول) المسؤولة عن صلابة الغشاء.
بروتينات غشاء الخلية:
1. البروتين الكروي.
2. البروتين السطحي.
3. البروتين المحيطي.
الغرض الرئيسي من غشاء الخلية
الغرض الرئيسي من غشاء الخلية:
1. تنظيم التبادل بين الخلية والبيئة؛
2. فصل محتويات أي خلية عن البيئة الخارجية بما يضمن سلامتها.
3. تقسم الأغشية داخل الخلايا الخلية إلى حجرات مغلقة متخصصة - عضيات أو حجرات يتم فيها الحفاظ على ظروف بيئية معينة.
هيكل غشاء الخلية
هيكل غشاء الخلية عبارة عن محلول ثنائي الأبعاد من البروتينات المتكاملة الكروية المذابة في مصفوفة الفسفوليبيد السائلة. تم اقتراح هذا النموذج لبنية الغشاء من قبل عالمين نيكلسون وسينجر في عام 1972. وبالتالي، فإن أساس الأغشية هو طبقة دهنية ثنائية الجزيئية، مع ترتيب منظم للجزيئات، كما ترون في.
text_fields
text_fields
Arrow_upward
يتم فصل الخلايا عن البيئة الداخلية للجسم بواسطة غشاء الخلية أو البلازما.
يوفر الغشاء:
1) الاختراق الانتقائي داخل وخارج الخلية للجزيئات والأيونات اللازمة لأداء وظائف محددة في الخلية؛
2) النقل الانتقائي للأيونات عبر الغشاء، مع الحفاظ على فرق الجهد الكهربائي عبر الغشاء؛
3) خصوصية الاتصالات بين الخلايا.
نظرا لوجود العديد من المستقبلات في الغشاء، والتي تتصور الإشارات الكيميائية - الهرمونات والوسطاء وغيرها من المواد النشطة بيولوجيا، فهي قادرة على تغيير النشاط الأيضي للخلية. توفر الأغشية خصوصية المظاهر المناعية بسبب وجود المستضدات عليها - وهي الهياكل التي تسبب تكوين الأجسام المضادة التي يمكن أن ترتبط على وجه التحديد بهذه المستضدات.
يتم أيضًا فصل نواة وعضيات الخلية عن السيتوبلازم بواسطة أغشية تمنع حرية انتقال الماء والمواد المذابة فيها من السيتوبلازم إلى داخلها والعكس صحيح. وهذا يخلق الظروف الملائمة لفصل العمليات البيوكيميائية التي تحدث في أجزاء مختلفة داخل الخلية.
هيكل غشاء الخلية
text_fields
text_fields
Arrow_upward
غشاء الخلية عبارة عن هيكل مرن يبلغ سمكه من 7 إلى 11 نانومتر (الشكل 1.1). يتكون بشكل رئيسي من الدهون والبروتينات. من 40 إلى 90٪ من جميع الدهون عبارة عن الدهون الفوسفاتية - فوسفاتيديل كولين، فوسفاتيديل إيثانولامين، فوسفاتيديل سيرين، سفينغوميالين وفوسفاتيديلينوسيتول. أحد المكونات الهامة للغشاء هو الجليكوليبيدات، ممثلة في السيريبروسيدات، الكبريتيدات، الغانغليوزيدات والكولسترول.
أرز. 1.1 تنظيم الغشاء.
البنية الأساسية لغشاء الخليةعبارة عن طبقة مزدوجة من جزيئات الفسفوليبيد. بسبب التفاعلات الكارهة للماء، يتم الاحتفاظ بسلاسل الكربوهيدرات من جزيئات الدهون بالقرب من بعضها البعض في حالة ممدودة. تتفاعل مجموعات من جزيئات الفسفوليبيد من كلا الطبقتين مع جزيئات البروتين المغمورة في الغشاء الدهني. نظرًا لأن معظم مكونات الدهون في الطبقة الثنائية تكون في حالة سائلة، فإن الغشاء يتمتع بالقدرة على الحركة ويقوم بحركات تشبه الموجة. يتم خلط أقسامها، وكذلك البروتينات المغمورة في طبقة الدهون الثنائية، من جزء إلى آخر. تسهل حركة (سيولة) أغشية الخلايا عمليات نقل المواد عبر الغشاء.
بروتينات غشاء الخليةيتم تمثيلها بشكل رئيسي بالبروتينات السكرية. هناك:
بروتينات متكاملة، تخترق سمك الغشاء بالكامل و
البروتينات الطرفية، متصلة فقط بسطح الغشاء، وبشكل أساسي بالجزء الداخلي منه.
البروتينات المحيطية تعمل جميعها تقريبًا كأنزيمات (أسيتيل كولينستراز، وفوسفاتاز الحمض والحرير، وما إلى ذلك). لكن بعض الإنزيمات يتم تمثيلها أيضًا ببروتينات متكاملة - ATPase.
بروتينات متكاملة توفير التبادل الانتقائي للأيونات من خلال قنوات الغشاء بين السائل خارج الخلية وداخل الخلايا، وتعمل أيضًا كبروتينات تنقل الجزيئات الكبيرة.
يمكن تمثيل المستقبلات الغشائية والمستضدات بواسطة البروتينات المتكاملة والمحيطية.
تصنف البروتينات المجاورة للغشاء من الجانب السيتوبلازمي على أنها الهيكل الخلوي للخلية . يمكنهم الارتباط ببروتينات الغشاء.
لذا، شريط البروتين 3 (رقم النطاق أثناء الرحلان الكهربائي للبروتين) يتم دمج أغشية كرات الدم الحمراء في مجموعة مع جزيئات الهيكل الخلوي الأخرى - الطيف من خلال بروتين الأنكيرين منخفض الوزن الجزيئي (الشكل 1.2).
أرز. 1.2 مخطط ترتيب البروتينات في الهيكل الخلوي للغشاء القريب من كريات الدم الحمراء.1 - سبكترين. 2 - أنكرين. 3 - بروتين الفرقة 3؛ 4 - شريط البروتين 4.1؛ 5 - بروتين الفرقة 4.9؛ 6 - قليل الأكتين. 7 - البروتين 6؛ 8 - جيبيكوفورين أ؛ 9- الغشاء.
سبكترين هو بروتين هيكلي خلوي رئيسي يشكل شبكة ثنائية الأبعاد يرتبط بها الأكتين.
أكتين تشكل الخيوط الدقيقة، وهي الجهاز الانقباضي للهيكل الخلوي.
الهيكل الخلوييسمح للخلية بإظهار خصائص مرنة ويوفر قوة إضافية للغشاء.
معظم البروتينات المتكاملة هي بروتينات سكرية. يبرز جزء الكربوهيدرات من غشاء الخلية إلى الخارج. تحتوي العديد من البروتينات السكرية على شحنة سالبة كبيرة بسبب محتواها الكبير من حمض السياليك (على سبيل المثال، جزيء الجليكوفورين). وهذا يوفر لأسطح معظم الخلايا شحنة سالبة، مما يساعد على صد الأجسام الأخرى المشحونة سالبًا. نتوءات الكربوهيدرات من البروتينات السكرية هي حاملات لمستضدات فصيلة الدم، ومحددات مستضدية أخرى للخلية، وتعمل كمستقبلات تربط الهرمونات. تشكل البروتينات السكرية جزيئات لاصقة تجعل الخلايا تلتصق ببعضها البعض، أي. اتصالات وثيقة بين الخلايا.
ملامح التمثيل الغذائي في الغشاء
text_fields
text_fields
Arrow_upward
تخضع مكونات الغشاء للعديد من التحولات الأيضية تحت تأثير الإنزيمات الموجودة على غشائها أو داخله. وتشمل هذه الإنزيمات المؤكسدة، التي تلعب دورًا مهمًا في تعديل العناصر الكارهة للماء في الأغشية - الكوليسترول، وما إلى ذلك. في الأغشية، عندما يتم تنشيط الإنزيمات - الفسفوليباز - تتشكل المركبات النشطة بيولوجيًا - البروستاجلاندين ومشتقاتها - من حمض الأراكيدونيك. نتيجة لتنشيط استقلاب الفوسفوليبيد، تتشكل الثرومبوكسانات والليكوترينات في الغشاء، والتي لها تأثير قوي على التصاق الصفائح الدموية، وعملية الالتهاب، وما إلى ذلك.
وتحدث عمليات تجديد مكوناته بشكل مستمر في الغشاء . وبالتالي فإن عمر البروتينات الغشائية يتراوح من 2 إلى 5 أيام. ومع ذلك، هناك آليات في الخلية تضمن توصيل جزيئات البروتين المصنعة حديثًا إلى المستقبلات الغشائية، مما يسهل دمج البروتين في الغشاء. يتم تسهيل "التعرف" على هذا المستقبل بواسطة البروتين المركب حديثًا من خلال تكوين إشارة الببتيد، مما يساعد على العثور على المستقبل على الغشاء.
تتميز الدهون الغشائية أيضًا بمعدل تبادل كبيروالتي تتطلب كميات كبيرة من الأحماض الدهنية لتركيب هذه المكونات الغشائية.
تتأثر خصوصية تكوين الدهون في أغشية الخلايا بالتغيرات في بيئة الإنسان وطبيعة نظامه الغذائي.
على سبيل المثال، زيادة الأحماض الدهنية الغذائية ذات الروابط غير المشبعةيزيد من الحالة السائلة للدهون في أغشية الخلايا للأنسجة المختلفة، مما يؤدي إلى تغيير إيجابي في نسبة الفسفوليبيدات إلى السفينغوميلين والدهون إلى البروتينات لوظيفة غشاء الخلية.
على العكس من ذلك، يزيد الكوليسترول الزائد في الأغشية من اللزوجة الدقيقة لطبقة ثنائية من جزيئات الفسفوليبيد، مما يقلل من معدل انتشار بعض المواد عبر أغشية الخلايا.
تعمل الأطعمة الغنية بالفيتامينات A وE وC وP على تحسين استقلاب الدهون في أغشية كرات الدم الحمراء وتقليل لزوجة الغشاء الدقيقة. وهذا يزيد من تشوه خلايا الدم الحمراء ويسهل وظيفة النقل (الفصل 6).
نقص الأحماض الدهنية والكوليسترولفي الغذاء يعطل تكوين الدهون ووظائف أغشية الخلايا.
على سبيل المثال، يؤدي نقص الدهون إلى تعطيل وظائف غشاء العدلات، مما يمنع قدرتها على الحركة والبلعمة (الالتقاط النشط وامتصاص الكائنات الحية الغريبة المجهرية والجسيمات بواسطة الكائنات وحيدة الخلية أو بعض الخلايا).
في تنظيم تكوين الدهون في الأغشية ونفاذيتها، وتنظيم تكاثر الخلاياتلعب أنواع الأكسجين التفاعلية التي تتشكل في الخلية دورًا مهمًا بالتزامن مع التفاعلات الأيضية التي تحدث بشكل طبيعي (الأكسدة المجهرية، وما إلى ذلك).
توليد أنواع الأكسجين التفاعلية- جذر الأكسيد الفائق (O 2) وبيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) وما إلى ذلك هي مواد شديدة التفاعل. الركيزة الرئيسية في تفاعلات الأكسدة الجذرية الحرة هي الأحماض الدهنية غير المشبعة التي تشكل جزءًا من الدهون الفوسفاتية في أغشية الخلايا (ما يسمى بتفاعلات بيروكسيد الدهون). يمكن أن يؤدي تكثيف هذه التفاعلات إلى تلف غشاء الخلية وحاجزها ووظائف المستقبلات والتمثيل الغذائي وتعديل جزيئات الحمض النووي والبروتينات، مما يؤدي إلى حدوث طفرات وتعطيل الإنزيمات.
في ظل الظروف الفسيولوجية، يتم تنظيم تكثيف بيروكسيد الدهون من خلال نظام الخلايا المضاد للأكسدة، والذي يمثله الإنزيمات التي تعطل أنواع الأكسجين التفاعلية - ديسموتاز الفائق، الكاتلاز، البيروكسيديز والمواد ذات النشاط المضاد للأكسدة - توكوفيرول (فيتامين E)، يوبيكوينون، إلخ. تأثير وقائي واضح على أغشية الخلايا (تأثير وقائي للخلايا) مع تأثيرات ضارة مختلفة على الجسم، البروستاجلاندين E و J2 لهما "إخماد" تنشيط أكسدة الجذور الحرة. يحمي البروستاجلاندين الغشاء المخاطي في المعدة وخلايا الكبد من التلف الكيميائي، والخلايا العصبية، والخلايا العصبية، وخلايا عضلية القلب - من تلف نقص الأكسجة، والعضلات الهيكلية - أثناء النشاط البدني الثقيل. البروستاجلاندين، من خلال الارتباط بمستقبلات محددة على أغشية الخلايا، يعمل على تثبيت الطبقة الثنائية للأخيرة ويقلل من فقدان الدهون الفوسفاتية بواسطة الأغشية.
وظائف المستقبلات الغشائية
text_fields
text_fields
Arrow_upward
يتم إدراك الإشارة الكيميائية أو الميكانيكية أولاً بواسطة مستقبلات غشاء الخلية. والنتيجة هي تعديل كيميائي لبروتينات الغشاء، مما يؤدي إلى تنشيط "الرسل الثاني" الذي يضمن الانتشار السريع للإشارة في الخلية إلى جينومها، والإنزيمات، والعناصر الانقباضية، وما إلى ذلك.
يمكن تمثيل إرسال الإشارة عبر الغشاء في الخلية بشكل تخطيطي على النحو التالي:
1) يقوم المستقبل، المتحمس بالإشارة المستقبلة، بتنشيط بروتينات γ الموجودة في غشاء الخلية. يحدث هذا عندما يرتبطون بجوانوسين ثلاثي الفوسفات (GTP).
2) يؤدي تفاعل مركب البروتين GTP-γ بدوره إلى تنشيط الإنزيم - مقدمة الرسل الثانوي الموجود على الجانب الداخلي للغشاء.
مقدمة الرسول الثاني، cAMP، المتكون من ATP، هو إنزيم محلقة الأدينيلات؛
مقدمة الرسل الثانويين الآخرين - إينوزيتول ثلاثي الفوسفات وثنائي الجلسرين، المتكون من غشاء فوسفاتيديلينوسيتول -4،5-ثنائي الفوسفات، هو إنزيم فسفوليباز C. بالإضافة إلى ذلك، يقوم إينوزيتول ثلاثي الفوسفات بتعبئة رسول ثانوي آخر في الخلية - أيونات الكالسيوم، التي تشارك في تقريبًا جميع العمليات التنظيمية في الخلية. على سبيل المثال، يؤدي ثلاثي فوسفات الإينوزيتول الناتج إلى إطلاق الكالسيوم من الشبكة الإندوبلازمية وزيادة تركيزه في السيتوبلازم، وبالتالي تشغيل أشكال مختلفة من الاستجابة الخلوية. بمساعدة إينوسيتول ثلاثي الفوسفات وثنائي الجلسرين، يتم تنظيم وظيفة العضلات الملساء والخلايا البائية في البنكرياس عن طريق الأسيتيل كولين، والفص الأمامي للغدة النخامية عن طريق عامل تحرير الثيروجروبين، واستجابة الخلايا الليمفاوية للمستضد، وما إلى ذلك.
في بعض الخلايا، يتم لعب دور الرسول الثاني بواسطة cGMP، المتكون من GTP بمساعدة إنزيم غوانيلات سيكلاز. فهو يعمل، على سبيل المثال، بمثابة رسول ثانٍ للهرمون المدر للصوديوم في العضلات الملساء لجدران الأوعية الدموية. يعمل cAMP بمثابة رسول ثانوي للعديد من الهرمونات - الأدرينالين والإريثروبويتين وما إلى ذلك (الفصل 3).
