الوظائف الرئيسية للأغشية. وظائف غشاء الخلية

ويسمى غشاء الخلية غشاء البلازما أو غشاء البلازما. وتتمثل المهام الرئيسية لغشاء الخلية في الحفاظ على سلامة الخلية والتواصل معها بيئة خارجية.

بناء

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

• الدهون الفوسفاتية - مركبات الفوسفور والدهون.
• جليكوليبيدات - مركبات الدهون والكربوهيدرات.
• الكوليسترول (الكوليسترول) - الكحول الدهني.

تشكل هذه المواد بنية فسيفسائية سائلة تتكون من ثلاث طبقات. تشكل الفوسفوليبيد طبقتين خارجيتين. لديهم رأس محب للماء، والذي يمتد منه ذيلان كارهان للماء. يتم قلب الذيول داخل الهيكل لتشكل الطبقة الداخلية. عندما يتم دمج الكوليسترول في ذيول الدهون الفوسفاتية، يصبح الغشاء صلبًا.

أرز. 1. هيكل الغشاء.

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

• الطرفية (خارجي، سطحي) - يقع على سطح الدهون، دون اختراق الغشاء بعمق؛
• أساسي - مدمج على مستويات مختلفة، ويمكنه اختراق الغشاء بأكمله، فقط الطبقة الدهنية الداخلية أو الخارجية؛

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

أعلى 4 مقالاتالذين قرأوا مع هذا

أرز. 2. أنواع البروتينات الغشائية.

البلازما هي بنية سائلة، لأن لا ترتبط الدهون ببعضها البعض، ولكنها مرتبة ببساطة في صفوف كثيفة. بفضل هذه الخاصية، يمكن للغشاء أن يغير تكوينه، ويكون متحركًا ومرنًا، كما يمكنه أيضًا نقل المواد.

المهام

ما هي الوظائف التي يفعلها غشاء الخلية:

• حاجز - يفصل محتويات الخلية عن البيئة الخارجية؛
• ينقل - ينظم عملية التمثيل الغذائي.
• الأنزيمية - ينفذ التفاعلات الأنزيمية.
• مستقبل - يتعرف على المحفزات الخارجية.

الوظيفة الأكثر أهمية هي نقل المواد أثناء عملية التمثيل الغذائي. تدخل المواد السائلة والصلبة إلى الخلية باستمرار من البيئة الخارجية. منتجات التبادل تخرج. تمر جميع المواد عبر غشاء الخلية. يتم النقل بعدة طرق موضحة في الجدول.

أرز. 3. الالتقام وإخراج الخلايا.

يتم النقل النشط لجزيئات المواد (مضخة الصوديوم والبوتاسيوم) بمساعدة الهياكل البروتينية المدمجة في الغشاء، ويتطلب إنفاق الطاقة على شكل ATP.

متوسط ​​تقييم: 4.7. إجمالي التقييمات المستلمة: 289.

من الخارج، الخلية مغطاة بغشاء بلازمي (أو غشاء الخلية الخارجي) يبلغ سمكه حوالي 6-10 نانومتر.

غشاء الخلية عبارة عن طبقة كثيفة من البروتينات والدهون (أساسًا الدهون الفوسفاتية). يتم ترتيب جزيئات الدهون بطريقة منظمة - بشكل عمودي 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 الإطار الدهني على كلا الجانبين. بعضها ينغمس في الطبقة الدهنية، وبعضها يمر عبرها، مكونًا مناطق نفاذية 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.

الوظائف الأساسية لغشاء الخلية

إحدى الخصائص الرئيسية للأغشية البيولوجية هي النفاذية الانتقائية (شبه النفاذية)- تمر بعض المواد عبرها بصعوبة، والبعض الآخر بسهولة وحتى باتجاه تركيز أعلى، لذلك فإن تركيز أيونات الصوديوم في معظم الخلايا يكون أقل بكثير مما هو عليه في الخلايا. بيئة. بالنسبة لأيونات K، فإن النسبة العكسية مميزة: تركيزها داخل الخلية أعلى من تركيزها خارجها. لذلك، تميل أيونات Na دائمًا إلى دخول الخلية، وأيونات K - إلى الخارج. 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 K إلى الداخل.

تُستخدم رغبة أيونات الصوديوم في الانتقال من الخارج إلى الداخل لنقل السكريات والأحماض الأمينية إلى داخل الخلية. مع الإزالة النشطة لأيونات الصوديوم من الخلية، يتم تهيئة الظروف لدخول الجلوكوز والأحماض الأمينية إليها.

في العديد من الخلايا، يحدث امتصاص المواد أيضًا عن طريق البلعمة واحتساء الخلايا. في البلعمةيشكل الغشاء الخارجي المرن انخفاضًا صغيرًا حيث يدخل الجسيم الملتقط. يزداد هذا التجويف، ويحيط الجسيم بجزء من الغشاء الخارجي، وينغمس في سيتوبلازم الخلية. ظاهرة البلعمة هي سمة من سمات الأميبا وبعض الأوليات الأخرى، وكذلك الكريات البيض (الخلايا البلعمية). وبالمثل، تمتص الخلايا السوائل التي تحتوي على المواد الضرورية للخلية. وقد سميت هذه الظاهرة احتساء الخلايا.

تختلف الأغشية الخارجية للخلايا المختلفة بشكل كبير 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 تنفيذ أنواع مختلفة من الاتصالات بين الخلايا، أي. التواصل بين الخلايا الفردية.

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

على السطح الخارجي لغشاء الخلية، تحتوي الخلايا النباتية على أغشية سميكة يمكن رؤيتها بوضوح بالمجهر الضوئي، وتتكون من السليلوز (السليلوز). إنهم يخلقون أساسًا متينًا الأنسجة النباتية(خشب).

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

وظائف غشاء الخلية (لفترة وجيزة)

دراسة بنية الكائنات الحية، وكذلك النباتات والحيوانات والبشر، هي فرع من علم الأحياء يسمى علم الخلايا. لقد وجد العلماء أن محتويات الخلية الموجودة بداخلها معقدة للغاية. إنه محاط بما يسمى بالجهاز السطحي، والذي يتضمن غشاء الخلية الخارجي، وهياكل الغشاء فوق: الجليكوكليكس والألياف الدقيقة، والحبيبات والأنابيب الدقيقة التي تشكل مجمع الغشاء تحته.

في هذه المقالة سوف ندرس بنية ووظائف غشاء الخلية الخارجي، وهو جزء من الجهاز السطحي أنواع مختلفةالخلايا.

ما هي وظائف غشاء الخلية الخارجي؟

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 وسائل الأنسجة، وبالتالي فإن غشاء الخلية الخارجي ينقل الجزيئات والأيونات التي تدخل إلى السيتوبلازم، كما يساعد على إزالة السموم والمواد السامة الزائدة من الخلية.

هيكل غشاء الخلية

الأغشية أو أغشية البلازما أنواع مختلفةالخلايا مختلفة جدا. خاصة، التركيب الكيميائيوكذلك المحتوى النسبي للدهون والبروتينات السكرية والبروتينات الموجودة فيها وبالتالي طبيعة المستقبلات الموجودة فيها. الخارجية التي يتم تحديدها في المقام الأول من خلال التركيب الفردي للبروتينات السكرية، تشارك في التعرف على المحفزات البيئية وفي ردود فعل الخلية نفسها على أفعالها. يمكن لبعض أنواع الفيروسات أن تتفاعل مع البروتينات والجليكوليبيدات الموجودة في أغشية الخلايا، ونتيجة لذلك تخترق الخلية. يمكن استخدام فيروسات الهربس والأنفلونزا لبناء قشرتها الواقية.

والفيروسات والبكتيريا، التي تسمى العاثيات، تلتصق بغشاء الخلية وتذيبها عند نقطة التلامس بمساعدة إنزيم خاص. ثم يمر جزيء من الحمض النووي الفيروسي إلى الحفرة المشكلة.

ملامح هيكل غشاء البلازما في حقيقيات النوى

تذكر أن غشاء الخلية الخارجي يؤدي وظيفة النقل، أي نقل المواد من وإلى البيئة الخارجية. لتنفيذ مثل هذه العملية، مطلوب هيكل خاص. في الواقع، فإن البلازماليما هي نظام عالمي ثابت للأجهزة السطحية للجميع. إنه فيلم رقيق (2-10 نانومتر) ولكنه متعدد الطبقات كثيف إلى حد ما ويغطي الخلية بأكملها. تمت دراسة هيكلها في عام 1972 من قبل علماء مثل D. Singer و G. Nicholson، وقاموا أيضًا بإنشاء نموذج فسيفساء سائل لغشاء الخلية.

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

يتم اختراق الطبقة الدهنية بواسطة جزيئات بروتينية كبيرة تشكل مسام محبة للماء. ومن خلالهم ذلك محاليل مائيةالجلوكوز والأملاح المعدنية. توجد بعض جزيئات البروتين في الجزء الخارجي والداخلي السطح الداخليبلازماليما. وهكذا، على الغشاء الخلوي الخارجي في خلايا جميع الكائنات الحية ذات النوى، توجد جزيئات كربوهيدرات مرتبطة بروابط تساهمية مع الدهون السكرية والبروتينات السكرية. يتراوح محتوى الكربوهيدرات في أغشية الخلايا من 2 إلى 10٪.

هيكل البلازما للكائنات بدائية النواة

يؤدي غشاء الخلية الخارجي في بدائيات النوى وظائف مشابهة للأغشية البلازمية لخلايا الكائنات النووية، وهي: إدراك ونقل المعلومات الواردة من البيئة الخارجية، ونقل الأيونات والمحاليل داخل وخارج الخلية، وحماية السيتوبلازم من الكواشف الأجنبية من الخارج. يمكن أن تشكل الجسيمات المتوسطة - وهي الهياكل التي تنشأ عندما تبرز البلازما في الخلية. قد تحتوي على إنزيمات تشارك في التفاعلات الأيضية لبدائيات النوى، على سبيل المثال، في تكرار الحمض النووي، وتخليق البروتين.

تحتوي الجسيمات المتوسطة أيضًا على إنزيمات الأكسدة والاختزال، بينما تحتوي مواد التمثيل الضوئي على بكتيريا كلوروفيل (في البكتيريا) وفيكوبيلين (في البكتيريا الزرقاء).

دور الأغشية الخارجية في الاتصالات بين الخلايا

الاستمرار في الإجابة على سؤال ما هي الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي، دعونا نتناول دورها في الخلايا النباتية، في الخلايا النباتية، تتشكل المسام في جدران غشاء الخلية الخارجي، وتنتقل إلى طبقة السليلوز. من خلالها يمكن خروج السيتوبلازم من الخلية إلى الخارج، وتسمى هذه القنوات الرفيعة plasmodesmata.

وبفضلهم، فإن العلاقة بين الخلايا النباتية المجاورة قوية جدًا. في الخلايا البشرية والحيوانية، تسمى مواقع الاتصال بين أغشية الخلايا المتجاورة الديسموسومات. وهي مميزة للخلايا البطانية والظهارية، وتوجد أيضًا في الخلايا العضلية القلبية.

التشكيلات المساعدة للبلازما

فهم ما هو مختلف زرع الخلايامن الحيوانات، فهو يساعد على دراسة السمات الهيكلية لأغشيتها البلازمية، والتي تعتمد على الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي. وفوقه في الخلايا الحيوانية توجد طبقة من الجليكالوكسي. يتكون من جزيئات السكاريد المرتبطة بالبروتينات والدهون الموجودة في غشاء الخلية الخارجي. بفضل الجليكالوكسي، يحدث الالتصاق (الالتصاق) بين الخلايا، مما يؤدي إلى تكوين الأنسجة، وبالتالي فهو يشارك في وظيفة الإشارة للبلازما - التعرف على المحفزات البيئية.

كيف يتم النقل السلبي لبعض المواد عبر أغشية الخلايا

كما ذكرنا سابقاً فإن غشاء الخلية الخارجي يشارك في عملية نقل المواد بين الخلية والبيئة الخارجية. هناك نوعان من النقل عبر البلازما: 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 البلازما، وتتحرك عبرها وتنتهي في السيتوبلازم.

جزيئات كبيرة المواد العضويةتخترق السيتوبلازم بمساعدة البروتينات الحاملة الخاصة. وهي خاصة بالأنواع، وعندما يتم دمجها مع جسيم أو أيون، فإنها تنقلها بشكل سلبي عبر الغشاء على طول تدرج التركيز دون استهلاك الطاقة (النقل السلبي). هذه العملية تكمن وراء خاصية البلازما مثل النفاذية الانتقائية. في هذه العملية، لا يتم استخدام طاقة جزيئات ATP، وتقوم الخلية بحفظها لتفاعلات التمثيل الغذائي الأخرى.

النقل النشط للمركبات الكيميائية عبر البلازما

نظرًا لأن غشاء الخلية الخارجي يضمن نقل الجزيئات والأيونات من البيئة الخارجية إلى الخلية والعودة، يصبح من الممكن إزالة منتجات التفتيت، وهي السموم، إلى الخارج، أي إلى السائل بين الخلايا. يحدث ضد تدرج التركيز 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 إلى السيتوبلازم). الخلايا الظهارية في الأمعاء والكلى قادرة على ذلك. أصناف من طريقة النقل هذه هي عمليات احتساء الخلايا والبلعمة. وهكذا، بعد دراسة الوظائف التي يؤديها غشاء الخلية الخارجي، يمكن إثبات أن الطلائعيات غيرية التغذية، وكذلك خلايا الكائنات الحيوانية العليا، على سبيل المثال، الكريات البيض، قادرة على البلعمة والبلعمة.

العمليات الكهربائية الحيوية في أغشية الخلايا

لقد ثبت أن هناك فرق محتمل بين السطح الخارجي للبلازما (وهي مشحونة بشكل إيجابي) والطبقة الجدارية من السيتوبلازم، وهي مشحونة سلبا. وكان يطلق عليها إمكانات الراحة، وهي متأصلة في جميع الخلايا الحية. والنسيج العصبي لا يتمتع بإمكانية الراحة فحسب، بل إنه قادر أيضًا على إجراء تيارات حيوية ضعيفة، وهو ما يسمى بعملية الإثارة. تبدأ الأغشية الخارجية للخلايا العصبية - الخلايا العصبية، التي تتلقى تهيجًا من المستقبلات، في تغيير الشحنات: تدخل أيونات الصوديوم بشكل كبير إلى الخلية ويصبح سطح البلازما سالبًا للكهرباء. والطبقة الجدارية من السيتوبلازم، بسبب وجود فائض من الكاتيونات، تتلقى شحنة موجبة. وهذا ما يفسر سبب إعادة شحن غشاء الخلية الخارجي للخلية العصبية، مما يتسبب في 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 واستقبالها.

تنقسم أغشية الخلايا إلى بلازما (داخل الخلايا) وخارجية. الخاصية الرئيسية لأي غشاء هي شبه النفاذية، أي القدرة على تمرير مواد معينة فقط. وهذا يسمح بالتبادل الانتقائي بين الخلية والبيئة الخارجية، أو التبادل بين أجزاء الخلية.

أغشية البلازما هي هياكل البروتين الدهني. تشكل الدهون تلقائيًا طبقة ثنائية (طبقة مزدوجة)، وبروتينات الغشاء "تسبح" فيها. هناك عدة آلاف من البروتينات المختلفة في الأغشية: هيكلية، وناقلات، وإنزيمات، وما إلى ذلك. توجد بين جزيئات البروتين مسام تمر من خلالها المواد المحبة للماء (طبقة ثنائية الدهون تمنع اختراقها المباشر داخل الخلية). ترتبط مجموعات الجليكوزيل (السكريات الأحادية والسكريات) ببعض الجزيئات الموجودة على سطح الغشاء، والتي تشارك في عملية التعرف على الخلايا أثناء تكوين الأنسجة.

وتختلف سماكة الأغشية عادة ما بين 5 و10 نانومتر. يتم تحديد السماكة حسب حجم جزيء الدهون الأمفيفيلي وهو 5.3 نانومتر. ترجع الزيادة الإضافية في سمك الغشاء إلى حجم مجمعات بروتين الغشاء. يعتمد على الظروف الخارجية(المنظم هو الكوليسترول) يمكن أن يتغير هيكل الطبقة الثنائية بحيث يصبح أكثر كثافة أو سيولة - تعتمد سرعة حركة المواد على طول الأغشية على ذلك.

تشمل أغشية الخلايا: البلازما، الكاريوليما، الأغشية الشبكة الأندوبلازمية، جهاز جولجي، الجسيمات الحالة، البيروكسيسومات، الميتوكوندريا، الادراج، الخ.

الدهون غير قابلة للذوبان في الماء (كارهة للماء)، ولكنها قابلة للذوبان بسهولة في المذيبات العضوية والدهون (أحبة الدهون). تكوين الدهون في الأغشية المختلفة ليس هو نفسه. على سبيل المثال، يحتوي غشاء البلازما على الكثير من الكوليسترول. من بين الدهون الموجودة في الغشاء، الأكثر شيوعًا هي الدهون الفوسفاتية (جلسيروفوسفاتيدات)، والسفينغوميلين (الشحميات السفينجولية)، والشحميات السكرية، والكوليسترول.

تتكون الفسفوليبيدات والسفينغوميلين والجليكوليبيدات من جزأين مختلفين وظيفيًا: غير قطبي مسعور، ولا يحمل شحنات - "ذيول"، تتكون من أحماض دهنية، ومحب للماء، يحتوي على "رؤوس" قطبية مشحونة - مجموعات الكحول (على سبيل المثال، الجلسرين). .

يتكون الجزء الكاره للماء من الجزيء عادةً من حمضين دهنيين. أحد الأحماض محدود والآخر غير مشبع. يحدد هذا قدرة الدهون على تكوين هياكل غشائية ثنائية الطبقة (بيليبيد) تلقائيًا. تؤدي الدهون الغشائية الوظائف التالية: الحاجز، والنقل، والبيئة الدقيقة للبروتين، المقاومة الكهربائيةالأغشية.

تختلف الأغشية عن بعضها البعض بمجموعة من جزيئات البروتين. تتكون العديد من البروتينات الغشائية من مناطق غنية بالأحماض الأمينية القطبية (الحاملة للشحنة) ومناطق بها أحماض أمينية غير قطبية (الجليسين، ألانين، الفالين، الليوسين). توجد هذه البروتينات في الطبقات الدهنية من الأغشية بحيث تكون مناطقها غير القطبية 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 الطور المائي.

الأغشية البيولوجية لها خصائص مشتركة:

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

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

عدم تناسق الغشاء. هيكل الطبقات الخارجية والسطحية غير متجانس كيميائيًا وهيكليًا ووظيفيًا.