نقش غشاها در ساختار اجزای مختلف سلولی. غشاء و فرآیندهای غشایی - آنها چیست؟ غشای بیولوژیکی: عملکردها و ساختار. مناطق استفاده از غشاهای زهکشی

غشای سلولی- این غشای سلولی است که وظایف زیر را انجام می دهد: جداسازی محتویات سلول و محیط خارجی، انتقال انتخابی مواد (مبادله با محیط خارج از سلول)، محل برخی از واکنش های بیوشیمیایی، اتحاد سلول ها. به بافت ها و پذیرش.

غشاهای سلولی به پلاسما (داخل سلولی) و خارجی تقسیم می شوند. خاصیت اصلی هر غشا نیمه نفوذپذیری است، یعنی توانایی عبور فقط مواد خاصی. این امکان تبادل انتخابی بین سلول و محیط خارجی یا تبادل بین بخش های سلولی را فراهم می کند.

غشاهای پلاسما ساختارهای لیپوپروتئینی هستند. لیپیدها به طور خود به خود یک لایه دولایه (دو لایه) تشکیل می دهند و پروتئین های غشایی در آن شناور می شوند. غشاها حاوی چندین هزار پروتئین مختلف هستند: ساختاری، ناقل، آنزیم و غیره. بین مولکول های پروتئین منافذی وجود دارد که مواد آبدوست از آن عبور می کنند (دولایه لیپیدی مانع از نفوذ مستقیم آنها به داخل سلول می شود). گروه های گلیکوزیل (مونوساکاریدها و پلی ساکاریدها) به برخی از مولکول های سطح غشاء متصل می شوند که در فرآیند شناسایی سلول در طول تشکیل بافت نقش دارند.

ضخامت غشاها معمولاً از 5 تا 10 نانومتر متغیر است. ضخامت توسط اندازه مولکول لیپید آمفیفیلیک تعیین می شود و 5.3 نانومتر است. افزایش بیشتر ضخامت غشاء به دلیل اندازه کمپلکس های پروتئین غشا است. بسته به شرایط خارجی (کلسترول تنظیم کننده است)، ساختار دولایه می تواند تغییر کند به طوری که متراکم تر یا مایع تر شود - سرعت حرکت مواد در امتداد غشاها به این بستگی دارد.

غشاهای سلولی عبارتند از: غشای پلاسمایی، کاریولما، غشاهای شبکه آندوپلاسمی، دستگاه گلژی، لیزوزوم ها، پراکسی زوم ها، میتوکندری ها، انکلوزیون ها و غیره.

لیپیدها در آب نامحلول هستند (آب گریز)، اما محلول در حلال های آلی و چربی ها (لیپ دوستی) هستند. ترکیب لیپیدها در غشاهای مختلف یکسان نیست. به عنوان مثال، غشای پلاسمایی حاوی مقدار زیادی کلسترول است. رایج ترین لیپیدها در غشاء فسفولیپیدها (گلیسروفسفاتیدها)، اسفنگومیلین ها (اسفنگولیپیدها)، گلیکولیپیدها و کلسترول هستند.

فسفولیپیدها، اسفنگومیلین‌ها و گلیکولیپیدها از دو بخش متفاوت از نظر عملکردی تشکیل شده‌اند: یک بخش غیرقطبی آبگریز که باری ندارد - "دم" متشکل از اسیدهای چرب، و یک بخش آبدوست حاوی "سرهای" قطبی باردار - گروه‌های الکلی (مثلاً گلیسرول).

بخش آبگریز مولکول معمولاً از دو اسید چرب تشکیل شده است. یکی از اسیدها اشباع و دومی غیراشباع است. این توانایی لیپیدها را برای تشکیل خود به خود ساختارهای غشایی دولایه (بیلیپیدی) تعیین می کند. لیپیدهای غشاء وظایف زیر را انجام می دهند: مانع، انتقال، ریزمحیط پروتئینی، مقاومت الکتریکی غشاء.

غشاها در مجموعه مولکول های پروتئینی با یکدیگر متفاوت هستند. بسیاری از پروتئین های غشایی شامل نواحی غنی از آمینو اسیدهای قطبی (حمل کننده بار) و نواحی با اسیدهای آمینه غیرقطبی (گلیسین، آلانین، والین، لوسین) هستند. چنین پروتئین هایی در لایه های لیپیدی غشاها قرار دارند به طوری که بخش های غیر قطبی آنها در قسمت "چربی" غشاء غوطه ور می شوند ، جایی که بخش های آبگریز لیپیدها در آن قرار دارند. بخش قطبی (آب دوست) این پروتئین ها با سرهای لیپیدی برهمکنش می کند و رو به فاز آبی است.

غشاهای بیولوژیکی خواص مشترکی دارند:

غشاها سیستم های بسته ای هستند که اجازه نمی دهند محتویات سلول و بخش های آن با هم مخلوط شوند. نقض یکپارچگی غشاء می تواند منجر به مرگ سلولی شود.

تحرک سطحی (مسطح، جانبی). در غشاها حرکت مداوم مواد در سراسر سطح وجود دارد.

عدم تقارن غشا ساختار لایه های بیرونی و سطحی از نظر شیمیایی، ساختاری و عملکردی ناهمگن است.

غشاهای بیولوژیکی
اصطلاح "غشاء" (لاتین membrana - پوست، فیلم) بیش از 100 سال پیش برای تعیین مرز سلولی استفاده شد که از یک طرف به عنوان مانعی بین محتویات سلول و محیط خارجی عمل می کند. از سوی دیگر، به عنوان یک پارتیشن نیمه تراوا که آب و برخی از مواد از آن عبور می کند. با این حال، عملکرد غشاء به این محدود نمی شود،از آنجایی که غشاهای بیولوژیکی اساس سازماندهی ساختاری سلول را تشکیل می دهند.
ساختار غشایی طبق این مدل، غشای اصلی یک لایه دولایه لیپیدی است که در آن دم های آبگریز مولکول ها به سمت داخل و سرهای آب دوست رو به بیرون هستند. لیپیدها توسط فسفولیپیدها - مشتقات گلیسرول یا اسفنگوزین نشان داده می شوند. پروتئین ها با لایه لیپیدی مرتبط هستند. پروتئین های انتگرال (گذر غشایی) از طریق غشاء نفوذ می کنند و به طور محکم با آن مرتبط هستند. موارد جانبی نفوذ نمی کنند و کمتر محکم به غشاء متصل می شوند. وظایف پروتئین های غشایی: حفظ ساختار غشا، دریافت و تبدیل سیگنال ها از محیط. محیط زیست، انتقال مواد خاص، کاتالیز واکنش های رخ داده بر روی غشاها. ضخامت غشا بین 6 تا 10 نانومتر است.

خواص غشا:
1. سیالیت. غشاء ساختار سفت و سختی نیست.
2. عدم تقارن. ترکیب لایه های بیرونی و داخلی هر دو پروتئین و لیپید متفاوت است. علاوه بر این، غشاهای پلاسمایی سلول های حیوانی دارای لایه ای از گلیکوپروتئین ها در خارج هستند (گلیکوکالیکس، که عملکرد سیگنال و گیرنده را انجام می دهد و همچنین برای متحد کردن سلول ها به بافت ها مهم است).
3. قطبیت. قسمت بیرونی غشاء بار مثبت و قسمت داخلی حامل بار منفی است.
4. نفوذپذیری انتخابی. غشاهای سلول های زنده، علاوه بر آب، تنها به مولکول ها و یون های خاصی از مواد محلول اجازه عبور می دهند (استفاده از اصطلاح "نیمه نفوذپذیری" در رابطه با غشای سلولی کاملاً صحیح نیست، زیرا این مفهوم نشان می دهد که. غشا فقط به مولکول های حلال اجازه عبور می دهد و در عین حال تمام مولکول ها و یون های مواد محلول را حفظ می کند.)

غشای سلول خارجی (پلاسمالما) یک فیلم اولترا میکروسکوپی به ضخامت 7.5 نانومتر است که از پروتئین ها، فسفولیپیدها و آب تشکیل شده است. یک فیلم الاستیک که به خوبی توسط آب خیس می شود و پس از آسیب به سرعت یکپارچگی خود را بازیابی می کند. ساختاری جهانی دارد که برای همه غشاهای بیولوژیکی معمول است. موقعیت مرزی این غشاء، مشارکت آن در فرآیندهای نفوذپذیری انتخابی، پینوسیتوز، فاگوسیتوز، دفع محصولات دفعی و سنتز، در تعامل با سلول های همسایه و محافظت از سلول در برابر آسیب، نقش آن را بسیار مهم می کند. سلول های حیوانی خارج از غشاء گاهی اوقات با یک لایه نازک متشکل از پلی ساکاریدها و پروتئین ها - گلیکوکالیکس - پوشیده می شوند. در سلول های گیاهی، خارج از غشای سلولی دیواره سلولی قوی وجود دارد که تکیه گاه خارجی ایجاد می کند و شکل سلول را حفظ می کند. از فیبر (سلولز)، پلی ساکارید نامحلول در آب تشکیل شده است.

مرزی ( مانع) - محتویات سلولی را از محیط خارجی جدا کنید.

تنظیم تبادل بین سلول و محیط؛

آنها سلول ها را به بخش ها یا محفظه هایی تقسیم می کنند که برای مسیرهای متابولیکی خاص در نظر گرفته شده است. تقسيم كردن);

این محل برخی از واکنش های شیمیایی (واکنش های نور فتوسنتز در کلروپلاست، فسفوریلاسیون اکسیداتیو در طول تنفس در میتوکندری) است.

ایجاد ارتباط بین سلول ها در بافت ارگانیسم های چند سلولی؛

حمل و نقل- حمل و نقل غشایی را انجام می دهد.

گیرنده- محل مکان های گیرنده ای هستند که محرک های خارجی را تشخیص می دهند.

حمل و نقل مواداز طریق غشاء - یکی از عملکردهای اصلی غشاء، تضمین تبادل مواد بین سلول و محیط خارجی. بسته به مصرف انرژی برای انتقال مواد، آنها متمایز می شوند:

حمل و نقل غیرفعال، یا انتشار تسهیل شده؛

انتقال فعال (انتخابی) با مشارکت ATP و آنزیم ها.

حمل و نقل در بسته بندی غشایی اندوسیتوز (به داخل سلول) و اگزوسیتوز (خارج از سلول) وجود دارد - مکانیسم هایی که ذرات بزرگ و ماکرومولکول ها را از طریق غشاء منتقل می کنند. در طی اندوسیتوز، غشای پلاسمایی یک انواژیناسیون ایجاد می کند، لبه های آن با هم ترکیب می شوند و یک وزیکول به داخل سیتوپلاسم آزاد می شود. وزیکول با یک غشای منفرد از سیتوپلاسم جدا می شود که بخشی از غشای سیتوپلاسمی خارجی است. فاگوسیتوز و پینوسیتوز وجود دارد. فاگوسیتوز جذب ذرات بزرگی است که بسیار سخت هستند. به عنوان مثال فاگوسیتوز لنفوسیت ها، تک یاخته ها و غیره. پینوسیتوز فرآیند جذب و جذب قطرات مایع با مواد حل شده در آن است.

اگزوسیتوز فرآیند حذف مواد مختلف از سلول است. در طی اگزوسیتوز، غشای وزیکول یا واکوئل با غشای سیتوپلاسمی خارجی ترکیب می شود. محتویات وزیکول از سطح سلول خارج می شود و غشاء در غشای سیتوپلاسمی خارجی قرار می گیرد.

در هسته منفعلانتقال مولکول های بدون بار در تفاوت بین غلظت هیدروژن و بارها نهفته است، یعنی. گرادیان الکتروشیمیایی مواد از ناحیه ای با گرادیان بالاتر به ناحیه ای با شیب پایین تر حرکت می کنند. سرعت حمل و نقل بستگی به تفاوت در شیب دارد.

انتشار ساده انتقال مواد به طور مستقیم از طریق دولایه لیپیدی است. مشخصه گازها، مولکول های قطبی غیر قطبی یا کوچک بدون بار، محلول در چربی ها. آب به سرعت به دولایه نفوذ می کند زیرا مولکول آن کوچک و از نظر الکتریکی خنثی است. انتشار آب از طریق غشاها اسمز نامیده می شود.

انتشار از طریق کانال های غشایی، انتقال مولکول ها و یون های باردار (Na، K، Ca، Cl) است که به دلیل وجود پروتئین های کانال ساز ویژه ای که منافذ آب را تشکیل می دهند، از غشا نفوذ می کنند.

انتشار تسهیل شده انتقال مواد با استفاده از پروتئین های انتقال ویژه است. هر پروتئین مسئول یک مولکول کاملاً تعریف شده یا گروهی از مولکول های مرتبط است، با آن تعامل می کند و از طریق غشاء حرکت می کند. به عنوان مثال، قندها، اسیدهای آمینه، نوکلئوتیدها و سایر مولکول های قطبی.

حمل و نقل فعالتوسط پروتئین های حامل (ATPase) در برابر یک گرادیان الکتروشیمیایی با مصرف انرژی انجام می شود. منبع آن مولکول های ATP است. به عنوان مثال، سدیم یک پمپ پتاسیم است.

غلظت پتاسیم در داخل سلول بسیار بیشتر از خارج از آن است و سدیم - بالعکس. بنابراین، کاتیون های پتاسیم و سدیم به طور غیرفعال از طریق منافذ آب غشا در امتداد گرادیان غلظت پخش می شوند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که نفوذپذیری غشاء برای یون های پتاسیم بیشتر از یون های سدیم است. بر این اساس، پتاسیم سریعتر از سدیم از سلول به داخل سلول منتشر می شود. با این حال، برای عملکرد طبیعی سلول نسبت معینی از 3 یون پتاسیم و 2 سدیم ضروری است. بنابراین، یک پمپ سدیم-پتاسیم در غشاء وجود دارد که به طور فعال سدیم را از سلول و پتاسیم را به داخل سلول پمپ می کند. این پمپ یک پروتئین غشایی گذرنده است که قادر به بازآرایی ساختاری است. بنابراین، می تواند یون های پتاسیم و سدیم را به خود بچسباند (ضد پورت). این فرآیند انرژی بر است:

از داخل غشا، یون های سدیم و یک مولکول ATP وارد پروتئین پمپ می شوند و یون های پتاسیم از بیرون می آیند.

یون های سدیم با یک مولکول پروتئین ترکیب می شوند و پروتئین فعالیت ATPase را به دست می آورد. توانایی ایجاد هیدرولیز ATP، که با آزاد شدن انرژی که پمپ را به حرکت در می آورد، همراه است.

فسفات آزاد شده در طول هیدرولیز ATP به پروتئین متصل می شود، به عنوان مثال. پروتئین را فسفریله می کند.

فسفوریلاسیون باعث تغییرات ساختاری در پروتئین می شود. آنها آزاد می شوند و به خارج از سلول حرکت می کنند.

ترکیب جدید پروتئین باعث تقویت اتصال یون های پتاسیم به آن می شود.

افزودن یون های پتاسیم باعث دفسفوریلاسیون پروتئین می شود. دوباره ترکیب خود را تغییر می دهد.

تغییر در ساختار پروتئین منجر به آزاد شدن یون های پتاسیم در داخل سلول می شود.

پروتئین دوباره آماده است تا یون های سدیم را به خود بچسباند.

در یک چرخه کار، پمپ 3 یون سدیم را از سلول پمپ می کند و در 2 یون پتاسیم پمپ می کند.

سیتوپلاسم- جزء اجباری سلول که بین دستگاه سطحی سلول و هسته قرار دارد. این یک مجموعه ساختاری ناهمگن پیچیده است که شامل موارد زیر است:

هیالوپلاسما

اندامک ها (اجزای دائمی سیتوپلاسم)

آخال ها اجزای موقت سیتوپلاسم هستند.

ماتریکس سیتوپلاسمی(هیالوپلاسم) محتویات داخلی سلول است - محلول کلوئیدی بی رنگ، ضخیم و شفاف. اجزای ماتریکس سیتوپلاسمی فرآیندهای بیوسنتزی را در سلول انجام می دهند و حاوی آنزیم های لازم برای تولید انرژی هستند که عمدتاً به دلیل گلیکولیز بی هوازی است.

خواص اساسی ماتریکس سیتوپلاسمی

خواص کلوئیدی سلول را تعیین می کند. همراه با غشاهای درون سلولی سیستم واکوئولی، می توان آن را یک سیستم کلوئیدی بسیار ناهمگن یا چند فازی در نظر گرفت.

ایجاد تغییر در ویسکوزیته سیتوپلاسم، انتقال از ژل (ضخیم تر) به سل (مایع تر)، که تحت تأثیر عوامل خارجی و داخلی رخ می دهد.

سیکلوز، حرکت آمیبوئید، تقسیم سلولی و حرکت رنگدانه در کروماتوفورها را فراهم می کند.

قطبیت محل اجزای داخل سلولی را تعیین می کند.

خواص مکانیکی سلول ها را فراهم می کند - خاصیت ارتجاعی، توانایی ادغام، سفتی.

اندامک ها- ساختارهای سلولی دائمی که تضمین می کنند سلول عملکردهای خاصی را انجام می دهد. بسته به ویژگی های ساختاری، موارد زیر وجود دارد:

اندامک های غشایی - ساختار غشایی دارند. آنها می توانند تک غشایی (ER، دستگاه گلژی، لیزوزوم ها، واکوئل های سلول های گیاهی) باشند. دو غشایی (میتوکندری، پلاستیدها، هسته).

اندامک های غیر غشایی - ساختار غشایی (کروموزوم ها، ریبوزوم ها، مرکز سلولی، اسکلت سلولی) ندارند.

اندامک های همه منظوره مشخصه همه سلول ها هستند: هسته، میتوکندری، مرکز سلول، دستگاه گلژی، ریبوزوم ها، EPS، لیزوزوم ها. هنگامی که اندامک ها مشخصه انواع خاصی از سلول هستند، اندامک های ویژه نامیده می شوند (به عنوان مثال، میوفیبریل هایی که یک فیبر عضلانی را منقبض می کنند).

شبکه آندوپلاسمی- یک ساختار پیوسته منفرد که غشای آن رگه ها و چین های زیادی را تشکیل می دهد که شبیه لوله ها، میکروواکوئل ها و مخازن بزرگ هستند. غشاهای ER از یک سو به غشای سیتوپلاسمی سلول و از سوی دیگر به پوسته بیرونی غشای هسته متصل هستند.

دو نوع EPS وجود دارد - خشن و صاف.

در ER خشن یا دانه ای، مخازن و لوله ها با ریبوزوم ها همراه هستند. سمت بیرونی غشا است ER صاف یا دانه ای هیچ ارتباطی با ریبوزوم ها ندارد. این قسمت داخلی غشا است.

غشاء یک ساختار فوق العاده ظریف است که سطوح اندامک ها و سلول را به عنوان یک کل تشکیل می دهد. همه غشاها ساختار مشابهی دارند و به یک سیستم متصل می شوند.

ترکیب شیمیایی

غشاهای سلولی از نظر شیمیایی همگن هستند و از پروتئین ها و لیپیدهای گروه های مختلف تشکیل شده اند:

• فسفولیپیدها؛
• galactolipids;
• سولفولیپیدها

آنها همچنین حاوی اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها و سایر مواد هستند.

مشخصات فیزیکی

در دمای معمولی، غشاها در حالت کریستالی مایع هستند و دائماً در نوسان هستند. ویسکوزیته آنها نزدیک به ویسکوزیته روغن نباتی است.

غشا قابل بازیابی، بادوام، الاستیک و متخلخل است. ضخامت غشاء 7 تا 14 نانومتر است.

4 مقاله برترکه در کنار این مطلب می خوانند

غشا در برابر مولکول های بزرگ نفوذ ناپذیر است. مولکول‌ها و یون‌های کوچک می‌توانند تحت تأثیر اختلاف غلظت در طرف‌های مختلف غشاء و همچنین با کمک پروتئین‌های انتقال از منافذ و خود غشاء عبور کنند.

مدل

به طور معمول، ساختار غشاها با استفاده از مدل موزاییک سیال توصیف می شود. غشاء دارای یک قاب است - دو ردیف مولکول لیپید، مانند آجر، محکم در مجاورت یکدیگر.

برنج. 1. غشای بیولوژیکی از نوع ساندویچی.

در دو طرف سطح لیپیدها با پروتئین پوشیده شده است. الگوی موزاییک توسط مولکول های پروتئینی که به طور نابرابر روی سطح غشاء توزیع شده اند تشکیل می شود.

با توجه به درجه غوطه ور شدن در لایه بیلیپیدی، مولکول های پروتئین به دو دسته تقسیم می شوند سه گروه:

• گذرنده؛
• غوطه ور
• سطحی.

پروتئین ها ویژگی اصلی غشاء - نفوذپذیری انتخابی آن به مواد مختلف را فراهم می کنند.

انواع غشاء

تمام غشای سلولی با توجه به محلی سازی را می توان به تقسیم کرد انواع زیر:

• خارجی؛
• اتمی؛
• غشاهای اندامک

غشای سیتوپلاسمی خارجی یا پلاسمولما، مرز سلول است. با اتصال به عناصر اسکلت سلولی، شکل و اندازه خود را حفظ می کند.

برنج. 2. اسکلت سلولی.

غشای هسته ای یا کاریولما، مرز محتویات هسته است. این غشاء از دو غشاء ساخته شده است که بسیار شبیه به غشای بیرونی است. غشای خارجی هسته به غشای شبکه آندوپلاسمی (ER) و از طریق منافذ به غشای داخلی متصل است.

غشاهای ER به کل سیتوپلاسم نفوذ می کنند و سطوحی را تشکیل می دهند که در آنها سنتز مواد مختلف از جمله پروتئین های غشایی انجام می شود.

غشاهای اندامکی

بیشتر اندامک ها ساختار غشایی دارند.

دیوارها از یک غشاء ساخته شده اند:

• مجموعه گلژی؛
• واکوئل ها
• لیزوزوم ها

پلاستیدها و میتوکندری ها از دو لایه غشا ساخته می شوند. غشای خارجی آنها صاف است و غشای داخلی چین های زیادی را تشکیل می دهد.

ویژگی های غشای فتوسنتزی کلروپلاست ها مولکول های کلروفیل داخلی است.

سلول های حیوانی دارای یک لایه کربوهیدرات در سطح غشای خارجی خود به نام گلیکوکالیکس هستند.

برنج. 3. گلیکوکالیکس.

گلیکوکالیکس بیشتر در سلول های اپیتلیوم روده رشد می کند، جایی که شرایطی را برای هضم ایجاد می کند و از پلاسمالما محافظت می کند.

جدول "ساختار غشای سلولی"

ما چه آموخته ایم؟

ما به ساختار و عملکرد غشای سلولی نگاه کردیم. غشاء یک سد انتخابی (انتخابی) سلول، هسته و اندامک ها است. ساختار غشای سلولی توسط مدل موزاییک سیال توصیف شده است. بر اساس این مدل، مولکول های پروتئین در لایه دولایه لیپیدهای چسبناک ساخته می شوند.

در مورد موضوع تست کنید

ارزیابی گزارش

میانگین امتیاز: 4.5. مجموع امتیازهای دریافتی: 270.

در سال 1972، این نظریه مطرح شد که یک غشای تا حدی نفوذپذیر سلول را احاطه کرده و تعدادی از وظایف حیاتی را انجام می دهد و ساختار و عملکرد غشای سلولی مسائل مهمی در مورد عملکرد صحیح همه سلول های بدن است. در قرن هفدهم، همراه با اختراع میکروسکوپ، رواج یافت. مشخص شد که بافت های گیاهی و جانوری از سلول تشکیل شده است، اما به دلیل وضوح پایین دستگاه، دیدن هیچ گونه مانعی در اطراف سلول حیوانی غیرممکن است. در قرن بیستم ماهیت شیمیایی غشاء با جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار گرفت و مشخص شد که بر پایه لیپیدها است.

ساختار و عملکرد غشای سلولی

غشای سلولی سیتوپلاسم سلول های زنده را احاطه کرده و اجزای درون سلولی را از محیط خارجی جدا می کند. قارچ ها، باکتری ها و گیاهان نیز دارای دیواره های سلولی هستند که محافظت می کند و از عبور مولکول های بزرگ جلوگیری می کند. غشاهای سلولی همچنین در تشکیل اسکلت سلولی و اتصال سایر ذرات حیاتی به ماتریکس خارج سلولی نقش دارند. این برای نگه داشتن آنها در کنار هم و تشکیل بافت ها و اندام های بدن ضروری است. از ویژگی های ساختار غشای سلولی می توان به نفوذپذیری اشاره کرد. عملکرد اصلی حفاظت است. غشا از یک لایه فسفولیپید با پروتئین های جاسازی شده تشکیل شده است. این بخش در فرآیندهایی مانند چسبندگی سلولی، هدایت یونی و سیستم های سیگنال دهی نقش دارد و به عنوان سطح اتصال چندین ساختار خارج سلولی از جمله دیواره، گلیکوکالیکس و اسکلت سلولی داخلی عمل می کند. غشاء همچنین با عمل به عنوان یک فیلتر انتخابی پتانسیل سلول را حفظ می کند. به طور انتخابی برای یون ها و مولکول های آلی نفوذ پذیر است و حرکت ذرات را کنترل می کند.

مکانیسم های بیولوژیکی شامل غشای سلولی

1. انتشار غیرفعال: برخی از مواد (مولکول های کوچک، یون ها)، مانند دی اکسید کربن (CO2) و اکسیژن (O2)، می توانند از طریق انتشار به غشای پلاسما نفوذ کنند. پوسته به عنوان یک مانع برای مولکول ها و یون های خاص عمل می کند، آنها می توانند در هر دو طرف متمرکز شوند.

2. کانال گذرنده و پروتئین ناقل: مواد مغذی مانند گلوکز یا اسیدهای آمینه باید وارد سلول شوند و برخی از محصولات متابولیک باید از سلول خارج شوند.

3. اندوسیتوز فرآیندی است که توسط آن مولکول ها جذب می شوند. در غشای پلاسمایی که ماده مورد انتقال در آن بلعیده می شود، تغییر شکل جزئی (تخلخل) ایجاد می شود. این نیاز به انرژی دارد و بنابراین نوعی انتقال فعال است.

4. اگزوسیتوز: در سلول های مختلف رخ می دهد تا بقایای هضم نشده موادی را که توسط اندوسیتوز برای ترشح موادی مانند هورمون ها و آنزیم ها به ارمغان می آورد و مواد را به طور کامل از سد سلولی منتقل می کند، خارج کند.

ساختار مولکولی

غشای سلولی یک غشای بیولوژیکی است که عمدتاً از فسفولیپیدها تشکیل شده و محتویات کل سلول را از محیط خارجی جدا می کند. فرآیند تشکیل به طور خود به خود در شرایط عادی رخ می دهد. برای درک این فرآیند و توصیف صحیح ساختار و عملکرد غشای سلولی و همچنین خواص، لازم است ماهیت ساختارهای فسفولیپیدی که با قطبش ساختاری مشخص می شوند، ارزیابی شود. هنگامی که فسفولیپیدها در محیط آبی سیتوپلاسم به غلظت بحرانی می رسند، به میسل ها ترکیب می شوند که در محیط آبی پایدارتر هستند.

خواص غشاء و فرآیندهای غشایی

• ثبات. این بدان معنی است که پس از تشکیل، تجزیه غشا بعید است.
• استحکام - قدرت. پوسته لیپیدی به اندازه کافی قابل اعتماد است که مانع از عبور یک ماده قطبی شود، هم املاح (یون ها، گلوکز، اسیدهای آمینه) و هم مولکول های بسیار بزرگتر (پروتئین ها) نمی توانند از مرز تشکیل شده عبور کنند.
• شخصیت پویا این شاید مهمترین ویژگی در هنگام در نظر گرفتن ساختار سلول باشد. غشای سلولی می تواند تغییر شکل های مختلفی را متحمل شود، می تواند بدون تخریب خم شود. تحت شرایط خاص، به عنوان مثال، در طول جوش یا جوانه زدن وزیکول، می تواند مختل شود، اما فقط به طور موقت. در دمای اتاق، اجزای لیپیدی آن در حرکت ثابت و پر هرج و مرج هستند و یک مرز مایع پایدار را تشکیل می دهند.

مدل موزاییک مایع

در مورد ساختار و عملکرد غشای سلولی، ذکر این نکته ضروری است که در مفهوم مدرن، غشاء به عنوان یک مدل موزاییک مایع در سال 1972 توسط دانشمندان سینگر و نیکلسون در نظر گرفته شد. نظریه آنها سه ویژگی اصلی ساختار غشایی را منعکس می کند. انتگرال ها یک الگوی موزاییکی را برای غشاء ایجاد می کنند و به دلیل ماهیت متغیر سازماندهی لیپیدی، قادر به حرکت جانبی درون صفحه هستند. پروتئین های گذرنده نیز به طور بالقوه متحرک هستند. یکی از ویژگی های مهم ساختار غشا عدم تقارن آن است. ساختار یک سلول چیست؟ غشای سلولی، هسته، پروتئین ها و غیره. سلول واحد اساسی حیات است و همه موجودات از یک یا چند سلول تشکیل شده اند که هر یک دارای یک مانع طبیعی است که آن را از محیط خود جدا می کند. این مرز بیرونی سلول غشای پلاسمایی نیز نامیده می شود. از چهار نوع مختلف مولکول تشکیل شده است: فسفولیپیدها، کلسترول، پروتئین ها و کربوهیدرات ها. مدل موزاییک سیال ساختار غشای سلولی را به شرح زیر توصیف می‌کند: انعطاف‌پذیر و الاستیک، با قوام مشابه روغن نباتی، به طوری که تمام مولکول‌های منفرد به سادگی در یک محیط مایع شناور می‌شوند و همه آنها قادر به حرکت جانبی درون این غشا هستند. موزاییک چیزی است که شامل قطعات مختلفی است. در غشای پلاسما توسط فسفولیپیدها، مولکول های کلسترول، پروتئین ها و کربوهیدرات ها نشان داده می شود.

فسفولیپیدها

فسفولیپیدها ساختار اصلی غشای سلولی را تشکیل می دهند. این مولکول ها دو انتهای متفاوت دارند: یک سر و یک دم. انتهای سر حاوی یک گروه فسفات و آبدوست است. یعنی جذب مولکول های آب می شود. دم از اتم های هیدروژن و کربن به نام زنجیره اسید چرب تشکیل شده است. این زنجیره ها آبگریز هستند و دوست ندارند با مولکول های آب مخلوط شوند. این فرآیند شبیه به اتفاقی است که وقتی روغن نباتی را در آب می ریزیم، یعنی در آن حل نمی شود. ویژگی‌های ساختاری غشای سلولی با لایه‌ای به اصطلاح لیپیدی مرتبط است که از فسفولیپیدها تشکیل شده است. سرهای فسفات هیدروفیل همیشه در جایی قرار دارند که آب به شکل مایع درون سلولی و خارج سلولی وجود دارد. دم های آبگریز فسفولیپیدها در غشاء به گونه ای سازماندهی شده اند که آنها را از آب دور نگه می دارد.

کلسترول، پروتئین و کربوهیدرات

وقتی مردم کلمه کلسترول را می شنوند، معمولا فکر می کنند که بد است. با این حال، کلسترول در واقع یک جزء بسیار مهم از غشای سلولی است. مولکول های آن از چهار حلقه هیدروژن و اتم کربن تشکیل شده است. آنها آبگریز هستند و در میان دم های آبگریز در لایه دولایه لیپیدی رخ می دهند. اهمیت آنها در حفظ قوام است، آنها غشاها را تقویت می کنند، از عبور جلوگیری می کنند. مولکول های کلسترول همچنین از تماس و سخت شدن دم های فسفولیپیدی جلوگیری می کنند. این امر سیالیت و انعطاف پذیری را تضمین می کند. پروتئین‌های غشایی به‌عنوان آنزیم‌هایی برای تسریع واکنش‌های شیمیایی عمل می‌کنند، به‌عنوان گیرنده‌های مولکول‌های خاص یا انتقال مواد در غشای سلول عمل می‌کنند.

کربوهیدرات ها یا ساکاریدها فقط در سمت خارج سلولی غشای سلولی یافت می شوند. آنها با هم گلیکوکالیکس را تشکیل می دهند. بالشتک و محافظت از غشای پلاسما را فراهم می کند. بر اساس ساختار و نوع کربوهیدرات‌های گلیکوکالیکس، بدن می‌تواند سلول‌ها را تشخیص دهد و تعیین کند که آیا باید در آنجا باشند یا نه.

پروتئین های غشایی

ساختار غشای سلولی را نمی توان بدون عنصر مهمی مانند پروتئین تصور کرد. با وجود این، اندازه آنها می تواند به طور قابل توجهی کوچکتر از یک جزء مهم دیگر - لیپیدها باشد. سه نوع پروتئین غشایی اصلی وجود دارد.

• انتگرال. آنها به طور کامل دو لایه، سیتوپلاسم و محیط خارج سلولی را می پوشانند. آنها عملکردهای انتقال و سیگنالینگ را انجام می دهند.
• پیرامونی. پروتئین ها توسط پیوندهای الکترواستاتیک یا هیدروژنی در سطوح سیتوپلاسمی یا خارج سلولی خود به غشاء متصل می شوند. آنها عمدتاً به عنوان وسیله ای برای اتصال پروتئین های انتگرال درگیر هستند.
• گذرنده. آنها عملکردهای آنزیمی و سیگنال دهی را انجام می دهند و همچنین ساختار پایه دولایه لیپیدی غشاء را تعدیل می کنند.

عملکرد غشاهای بیولوژیکی

اثر آبگریز، که رفتار هیدروکربن ها را در آب تنظیم می کند، ساختارهای تشکیل شده توسط لیپیدهای غشا و پروتئین های غشایی را کنترل می کند. بسیاری از خواص غشایی توسط دولایه های لیپیدی حامل، که ساختار اصلی همه غشاهای بیولوژیکی را تشکیل می دهند، اعطا می شوند. پروتئین های غشایی انتگرال تا حدی در دولایه لیپیدی پنهان هستند. پروتئین های گذرنده دارای سازماندهی تخصصی از اسیدهای آمینه در توالی اولیه خود هستند.

پروتئین های غشای محیطی بسیار شبیه به پروتئین های محلول هستند، اما به غشاء نیز متصل هستند. غشاهای سلولی تخصصی عملکردهای سلولی خاصی دارند. ساختار و عملکرد غشای سلولی چگونه بر بدن تأثیر می گذارد؟ عملکرد کل ارگانیسم به نحوه ساختار غشاهای بیولوژیکی بستگی دارد. از اندامک های درون سلولی، برهمکنش های خارج سلولی و بین سلولی غشاها، ساختارهای لازم برای سازماندهی و انجام عملکردهای بیولوژیکی ایجاد می شود. بسیاری از ویژگی های ساختاری و عملکردی برای باکتری ها و ویروس های پوششی مشترک هستند. تمام غشاهای بیولوژیکی بر روی یک لایه دولایه لیپیدی ساخته شده اند که منجر به تعدادی ویژگی مشترک می شود. پروتئین های غشایی عملکردهای خاص زیادی دارند.

• کنترل کردن. غشاهای پلاسمایی سلول ها مرزهای تعامل بین سلول و محیط را تعیین می کنند.
• حمل و نقل. غشاهای درون سلولی سلول ها به چندین واحد عملکردی با ترکیبات داخلی مختلف تقسیم می شوند که هر یک از آنها توسط عملکرد حمل و نقل لازم در ترکیب با کنترل نفوذپذیری پشتیبانی می شود.
• هدایت سیگنال. همجوشی غشا مکانیزمی برای سیگنال دهی تاولی داخل سلولی و جلوگیری از ورود آزادانه انواع ویروس ها به سلول فراهم می کند.

اهمیت و نتیجه گیری

ساختار غشای سلولی خارجی کل بدن را تحت تأثیر قرار می دهد. این نقش مهمی در محافظت از یکپارچگی دارد و تنها به مواد منتخب اجازه نفوذ می دهد. همچنین پایه خوبی برای اتصال اسکلت سلولی و دیواره سلولی است که به حفظ شکل سلول کمک می کند. لیپیدها حدود 50 درصد از توده غشایی اکثر سلول ها را تشکیل می دهند، اگرچه این میزان بسته به نوع غشاء متفاوت است. ساختار غشای سلولی بیرونی پستانداران پیچیده تر است و شامل چهار فسفولیپید اصلی است. یکی از ویژگی‌های مهم دولایه‌های لیپیدی این است که مانند مایعات دوبعدی رفتار می‌کنند که در آن مولکول‌های منفرد می‌توانند آزادانه بچرخند و به صورت جانبی حرکت کنند. چنین سیالیت خاصیت مهم غشاها است که بسته به دما و ترکیب چربی تعیین می شود. به دلیل ساختار حلقه هیدروکربنی، کلسترول در تعیین سیالیت غشاء نقش دارد. غشاهای بیولوژیکی برای مولکول های کوچک به سلول اجازه می دهد تا ساختار داخلی خود را کنترل و حفظ کند.

با توجه به ساختار سلول (غشاء سلولی، هسته و غیره) می توان نتیجه گرفت که بدن یک سیستم خودتنظیمی است که بدون کمک بیرونی نمی تواند به خود آسیب برساند و همیشه به دنبال راه هایی برای بازیابی، محافظت و به درستی است. عملکرد هر سلول