الوظائف الرئيسية للأغشية. وظائف غشاء الخلية

يسمى غشاء الخلية غشاء البلازما أو غشاء البلازما. تتمثل الوظائف الرئيسية لغشاء الخلية في الحفاظ على سلامة الخلية والتواصل معها بيئة خارجية.

بنية

تتكون أغشية الخلايا من هياكل البروتين الدهني (البروتين الدهني) ويبلغ سمكها 10 نانومتر. تتكون جدران الأغشية من ثلاث فئات من الدهون:

• الفوسفوليبيد - مركبات الفوسفور والدهون.
• جليكوليبيدات - مركبات الدهون والكربوهيدرات.
• الكوليسترول (كولسترول) - كحول دهني.

تشكل هذه المواد بنية فسيفساء سائلة تتكون من ثلاث طبقات. تشكل الدهون الفوسفورية طبقتين خارجيتين. لديهم رأس محب للماء ، يمتد منه ذيلان مسعوران. يتم قلب ذيول داخل الهيكل ، لتشكيل الطبقة الداخلية. عندما يتم دمج الكوليسترول في ذيول الفسفوليبيد ، يصبح الغشاء صلبًا.

أرز. 1. هيكل الغشاء.

يتم تضمين الجليكوليبيدات بين الفسفوليبيدات ، التي تؤدي وظيفة المستقبل ، والبروتينات من نوعين:

• هامشي (خارجي ، سطحي) - موجود على سطح الدهون ، دون اختراق عمق الغشاء ؛
• متكامل - مضمن على مستويات مختلفة ، يمكن أن يخترق الغشاء بأكمله ، فقط الطبقة الدهنية الداخلية أو الخارجية ؛

تختلف جميع البروتينات في بنيتها وتؤدي وظائف مختلفة. على سبيل المثال ، تحتوي مركبات البروتين الكروية على هيكل مسعور محب للماء وتؤدي وظيفة النقل.

أعلى 4 مقالاتالذين قرأوا مع هذا

أرز. 2. أنواع بروتينات الغشاء.

البلازما هي بنية سائلة ، لأن لا ترتبط الدهون ببعضها البعض ، ولكن يتم ترتيبها ببساطة في صفوف كثيفة. بسبب هذه الخاصية ، يمكن للغشاء أن يغير تكوينه ، ويكون متحركًا ومرنًا ، وأيضًا يقوم بنقل المواد.

المهام

ما هي الوظائف غشاء الخلية:

• حاجز - يفصل محتويات الخلية عن البيئة الخارجية ؛
• المواصلات - ينظم التمثيل الغذائي.
• الأنزيمية - ينفذ تفاعلات أنزيمية ؛
• مستقبل - يتعرف على المحفزات الخارجية.

أهم وظيفة هي نقل المواد أثناء عملية التمثيل الغذائي. تدخل المواد السائلة والصلبة الخلية باستمرار من البيئة الخارجية. خرجت منتجات الصرف. تمر جميع المواد عبر غشاء الخلية. يحدث النقل بعدة طرق موضحة في الجدول.

أرز. 3. الإلتقام والإفراز الخلوي.

يتم النقل الفعال لجزيئات المواد (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم) بمساعدة هياكل البروتين المدمجة في الغشاء ، ويتطلب إنفاق الطاقة في شكل ATP.

متوسط ​​تقييم: 4.7 مجموع التصنيفات المستلمة: 289.

في الخارج ، الخلية مغطاة بغشاء بلازما (أو غشاء خلوي خارجي) بسمك حوالي 6-10 نانومتر.

غشاء الخلية عبارة عن غشاء كثيف من البروتينات والدهون (بشكل أساسي الفوسفوليبيد). يتم ترتيب جزيئات الدهون بطريقة منظمة - عموديًا على السطح ، في طبقتين ، بحيث يتم توجيه أجزائها التي تتفاعل بشكل مكثف مع الماء (محبة للماء) إلى الخارج ، والأجزاء الخاملة للماء (كارهة للماء) يتم توجيهها إلى الداخل.

توجد جزيئات البروتين في طبقة غير متصلة على سطح الهيكل الدهني على كلا الجانبين. بعضها مغمور في الطبقة الدهنية وبعضها يمر عبرها مكونًا مناطق نفاذة للماء. تؤدي هذه البروتينات وظائف مختلفة - بعضها عبارة عن إنزيمات ، والبعض الآخر عبارة عن بروتينات نقل تشارك في نقل مواد معينة من البيئة إلى السيتوبلازم والعكس صحيح.

الوظائف الأساسية لغشاء الخلية

إحدى الخصائص الرئيسية للأغشية البيولوجية هي النفاذية الانتقائية (نفاذية شبه نفاذية)- تمر بعض المواد من خلالها بصعوبة ، وبعضها الآخر يمر بسهولة وحتى باتجاه تركيز أعلى. لذلك ، بالنسبة لمعظم الخلايا ، يكون تركيز أيونات الصوديوم بالداخل أقل بكثير مما هو عليه في بيئة. بالنسبة إلى أيونات K ، تكون النسبة العكسية مميزة: تركيزها داخل الخلية أعلى من الخارج. لذلك ، تميل أيونات Na دائمًا إلى دخول الخلية ، وأيونات K - للخروج. يتم منع معادلة تركيزات هذه الأيونات من خلال وجود نظام خاص في الغشاء يلعب دور المضخة التي تضخ أيونات الصوديوم خارج الخلية وتضخ في نفس الوقت أيونات البوتاسيوم في الداخل.

تستخدم رغبة أيونات الصوديوم في التحرك من الخارج إلى الداخل لنقل السكريات والأحماض الأمينية إلى الخلية. مع الإزالة النشطة لأيونات الصوديوم من الخلية ، يتم تهيئة الظروف لدخول الجلوكوز والأحماض الأمينية فيها.

في العديد من الخلايا ، يحدث امتصاص المواد أيضًا عن طريق البلعمة وكثرة الكريات البيض. في البلعمةيشكل الغشاء الخارجي المرن منخفضًا صغيرًا حيث يدخل الجسيم الملتقط. تزداد هذه العطلة ، ويحيط بها جزء من الغشاء الخارجي ، وينغمس الجسيم في سيتوبلازم الخلية. ظاهرة البلعمة هي سمة من سمات الأميبا وبعض الأوليات الأخرى ، وكذلك الكريات البيض (البلعمة). وبالمثل ، تمتص الخلايا السوائل التي تحتوي على المواد اللازمة للخلية. تم استدعاء هذه الظاهرة كثرة الخلايا.

تختلف الأغشية الخارجية للخلايا المختلفة اختلافًا كبيرًا في كليهما التركيب الكيميائيالبروتينات والدهون ، ومحتواها النسبي. هذه الميزات هي التي تحدد التنوع في النشاط الفسيولوجي لأغشية الخلايا المختلفة ودورها في حياة الخلايا والأنسجة.

ترتبط الشبكة الإندوبلازمية للخلية بالغشاء الخارجي. بمساعدة الأغشية الخارجية ، يتم إجراء أنواع مختلفة من الاتصالات بين الخلايا ، أي التواصل بين الخلايا الفردية.

تتميز أنواع عديدة من الخلايا بوجودها على سطحها عدد كبيرنتوءات ، طيات ، ميكروفيلي. إنها تساهم في زيادة كبيرة في مساحة سطح الخلايا وتحسين التمثيل الغذائي ، وكذلك تقوية الروابط بين الخلايا الفردية مع بعضها البعض.

في الجزء الخارجي من غشاء الخلية ، تحتوي الخلايا النباتية على أغشية سميكة يمكن رؤيتها بوضوح في مجهر ضوئي يتكون من السليلوز (السليلوز). إنهم ينشئون أساسًا متينًا أنسجة النبات(خشب).

تحتوي بعض الخلايا ذات الأصل الحيواني أيضًا على عدد من الهياكل الخارجية الموجودة أعلى غشاء الخلية ولها طابع وقائي. مثال على ذلك هو الكيتين في الخلايا الغشائية للحشرات.

وظائف غشاء الخلية (باختصار)

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 جهاز السطح أنواع مختلفةالخلايا.

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 والمواد السامة الزائدة من الخلية.

هيكل غشاء الخلية

أغشية أو أغشية البلازما أنواع مختلفةالخلايا مختلفة جدا. خاصة، 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. ومن خلالهم ذلك محاليل مائيةالجلوكوز والأملاح المعدنية. توجد بعض جزيئات البروتين في كل من الخارج والجزء العلوي السطح الداخليالبلازما. وهكذا ، على غشاء الخلية الخارجي في خلايا جميع الكائنات الحية ذات النوى ، توجد جزيئات كربوهيدرات مرتبطة بروابط تساهمية مع 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. في هذه العملية ، لا يتم استخدام طاقة جزيئات ATP ، وتحفظها الخلية 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 يفسر سبب إعادة شحن غشاء الخلية الخارجية للخلايا العصبية ، مما يؤدي إلى توصيل النبضات العصبية التي تكمن وراء عملية الإثارة.

غشاء الخليةهو غشاء الخلية ذلك الميزات التالية: فصل محتويات الخلية عن البيئة الخارجية ، النقل الانتقائي للمواد (التبادل مع البيئة الخارجية للخلية) ، موقع حدوث بعض التفاعلات الكيميائية الحيوية ، ارتباط الخلايا بالأنسجة والاستقبال.

تنقسم أغشية الخلايا إلى بلازما (داخل الخلايا) وخارجية. الخاصية الرئيسية لأي غشاء هي نفاذية ، أي القدرة على تمرير مواد معينة فقط. يسمح هذا بتبادل انتقائي بين الخلية والبيئة الخارجية ، أو التبادل بين أجزاء الخلية.

أغشية البلازما هي هياكل البروتين الدهني. تشكل الدهون تلقائيًا طبقة ثنائية (طبقة مزدوجة) ، و "تسبح" بروتينات الغشاء فيها. هناك عدة آلاف من البروتينات المختلفة في الأغشية: الهيكلية ، الحاملة ، الإنزيمات ، إلخ. بين جزيئات البروتين هناك مسام تمر من خلالها المواد المحبة للماء (تمنع طبقة ثنائية الليبيد اختراقها المباشر في الخلية). ترتبط مجموعات الجليكوزيل (السكريات الأحادية والسكريات المتعددة) ببعض الجزيئات الموجودة على سطح الغشاء ، والتي تشارك في عملية التعرف على الخلايا أثناء تكوين الأنسجة.

الأغشية تختلف في سمكها ، عادة ما بين 5 و 10 نانومتر. يتم تحديد السماكة بحجم جزيء الدهن البرمائي وهو 5.3 نانومتر. ترجع الزيادة الأخرى في سمك الغشاء إلى حجم مجمعات بروتين الغشاء. يعتمد على الظروف الخارجية(المنظم هو الكوليسترول) يمكن أن يتغير هيكل الطبقة الثنائية بحيث تصبح أكثر كثافة أو سائلة - تعتمد سرعة حركة المواد على طول الأغشية على هذا.

تشمل أغشية الخلايا: غشاء البلازما ، و karyolemma ، والأغشية الشبكة الأندوبلازمية، جهاز جولجي ، الجسيمات الحالة ، البيروكسيسومات ، الميتوكوندريا ، الادراج ، إلخ.

الدهون غير قابلة للذوبان في الماء (كره الماء) ، ولكنها قابلة للذوبان بسهولة في المذيبات العضوية والدهون (ألفة للدهون). تكوين الدهون في أغشية مختلفة ليس هو نفسه. على سبيل المثال ، يحتوي غشاء البلازما على الكثير من الكوليسترول. من بين الدهون الموجودة في الغشاء ، الأكثر شيوعًا هي الفوسفوليبيدات (الجليسيروفوسفاتيدات) ، السفينجوميلين (السفينجوليبيدات) ، الجليكوليبيدات ، والكوليسترول.

تتكون الفسفوليبيدات ، السفينغوميلين ، الجليكوليبيدات من جزأين مختلفين وظيفيًا: غير قطبي غير مسعور ، والذي لا يحمل شحنة - "ذيول" ، يتكون من أحماض دهنية ، ومحبة للماء ، تحتوي على "رؤوس" قطبية مشحونة - مجموعات كحولية (على سبيل المثال ، الجلسرين) .

يتكون الجزء الكاره للماء من الجزيء عادة من نوعين من الأحماض الدهنية. أحد الأحماض مقيد والثاني غير مشبع. هذا يحدد قدرة الدهون على تكوين هياكل غشاء من طبقتين (ثنائي الشحوم) بشكل تلقائي. تؤدي الدهون الغشائية الوظائف التالية: الحاجز ، النقل ، البيئة الدقيقة للبروتين ، المقاومة الكهربائيةأغشية.

تختلف الأغشية عن بعضها البعض من خلال مجموعة من جزيئات البروتين. تتكون العديد من بروتينات الغشاء من مناطق غنية بالأحماض الأمينية القطبية (الحاملة للشحنة) ومناطق بها أحماض أمينية غير قطبية (جلايسين ، ألانين ، فالين ، ليسين). توجد مثل هذه البروتينات في الطبقات الدهنية للأغشية بطريقة تجعل مناطقها غير القطبية ، كما كانت ، مغمورة في الجزء "الدهني" من الغشاء ، حيث توجد مناطق الدهون الكارهة للماء. يتفاعل الجزء القطبي (المحب للماء) من هذه البروتينات مع رؤوس الدهون ويتجه نحو المرحلة المائية.

الأغشية البيولوجية لها خصائص مشتركة:

الأغشية عبارة عن أنظمة مغلقة لا تسمح باختلاط محتويات الخلية وأجزاءها. يمكن أن يؤدي انتهاك سلامة الغشاء إلى موت الخلية ؛

التنقل السطحي (المستوي ، الجانبي). في الأغشية ، هناك حركة مستمرة للمواد على السطح ؛

عدم تناسق الغشاء. إن بنية الطبقات الخارجية والسطحية غير متجانسة كيميائياً وبنيوياً ووظيفياً.