เซลล์ที่จมอยู่ใต้น้ำ 1 ชั้น และเกิดเป็นเมมเบรน ความสำคัญของช่องไอออนของเมมเบรน
เซลล์- นี่ไม่ใช่แค่ของเหลว เอนไซม์ และสารอื่นๆ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโครงสร้างที่มีการจัดระเบียบสูงที่เรียกว่าออร์แกเนลล์ในเซลล์อีกด้วย ออร์แกเนลล์สำหรับเซลล์มีความสำคัญไม่น้อยไปกว่าส่วนประกอบทางเคมี ดังนั้นหากไม่มีออร์แกเนลล์ เช่น ไมโตคอนเดรีย ปริมาณพลังงานที่สกัดจากสารอาหารจะลดลง 95% ทันที
ออร์แกเนลล์ส่วนใหญ่ในเซลล์ถูกปกคลุม เมมเบรนประกอบด้วยไขมันและโปรตีนเป็นหลัก มีเยื่อหุ้มเซลล์ เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ไมโทคอนเดรีย ไลโซโซม และอุปกรณ์กอลจิ
ไขมันไม่ละลายในน้ำจึงสร้างสิ่งกีดขวางในเซลล์ที่ป้องกันการเคลื่อนตัวของน้ำและสารที่ละลายน้ำได้จากช่องหนึ่งไปอีกช่องหนึ่ง อย่างไรก็ตาม โมเลกุลของโปรตีนทำให้เมมเบรนสามารถซึมผ่านสารต่างๆ ผ่านทางโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่ารูพรุน โปรตีนเมมเบรนอื่นๆ อีกหลายชนิดเป็นเอ็นไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาเคมีจำนวนมาก ซึ่งจะกล่าวถึงในบทต่อๆ ไป
เยื่อหุ้มเซลล์ (หรือพลาสมา)เป็นโครงสร้างที่บาง ยืดหยุ่น และยืดหยุ่น มีความหนาเพียง 7.5-10 นาโนเมตร ประกอบด้วยโปรตีนและไขมันเป็นส่วนใหญ่ อัตราส่วนโดยประมาณของส่วนประกอบมีดังนี้: โปรตีน - 55%, ฟอสโฟลิปิด - 25%, โคเลสเตอรอล - 13%, ไขมันอื่น ๆ - 4%, คาร์โบไฮเดรต - 3%
ชั้นไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ป้องกันการซึมผ่านของน้ำ พื้นฐานของเมมเบรนคือ lipid bilayer ซึ่งเป็นฟิล์มไขมันบางที่ประกอบด้วยชั้นเดียว 2 ชั้นและปกคลุมเซลล์ทั้งหมด โปรตีนตั้งอยู่ทั่วเยื่อหุ้มเซลล์ในรูปของทรงกลมขนาดใหญ่
การแสดงแผนผังของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งสะท้อนถึงองค์ประกอบหลัก- ฟอสโฟไลปิดไบเลเยอร์และโมเลกุลโปรตีนจำนวนมากยื่นออกมาเหนือพื้นผิวของเมมเบรน
สายโซ่คาร์โบไฮเดรตเกาะติดกับโปรตีนที่ผิวด้านนอก
และไปเพิ่มโมเลกุลโปรตีนภายในเซลล์ (ไม่แสดงในรูป)
ไขมันสองชั้นประกอบด้วยโมเลกุลฟอสโฟไลปิดเป็นส่วนใหญ่ ปลายด้านหนึ่งของโมเลกุลดังกล่าวคือชอบน้ำเช่น ละลายได้ในน้ำ (มีกลุ่มฟอสเฟตอยู่บนนั้น) อีกอันคือไม่ชอบน้ำเช่น ละลายได้ในไขมันเท่านั้น (มีกรดไขมัน)
เนื่องจากส่วนที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุล ฟอสโฟลิพิดขับไล่น้ำ แต่ถูกดึงดูดไปยังส่วนที่คล้ายกันของโมเลกุลเดียวกัน ฟอสโฟลิปิดมีคุณสมบัติตามธรรมชาติของการเกาะติดกันในความหนาของเมมเบรน ดังแสดงในรูปที่ 1 2-3. ส่วนที่ชอบน้ำที่มีกลุ่มฟอสเฟตก่อให้เกิดพื้นผิวเมมเบรนสองพื้นผิว: ส่วนด้านนอกซึ่งสัมผัสกับของเหลวนอกเซลล์และส่วนด้านในซึ่งสัมผัสกับของเหลวในเซลล์
ตรงกลางของชั้นไขมันไอออนและสารละลายน้ำของกลูโคสและยูเรียไม่สามารถซึมผ่านได้ ในทางกลับกันสารที่ละลายในไขมัน ได้แก่ ออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ และแอลกอฮอล์ สามารถแทรกซึมผ่านบริเวณเมมเบรนนี้ได้อย่างง่ายดาย
โมเลกุลคอเลสเตอรอลซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ก็เป็นของไขมันโดยธรรมชาติเช่นกัน เนื่องจากกลุ่มสเตียรอยด์ละลายได้ในไขมันสูง ดูเหมือนว่าโมเลกุลเหล่านี้จะถูกละลายในไขมันชั้นสอง วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อควบคุมความสามารถในการซึมผ่าน (หรือการซึมผ่านไม่ได้) ของเมมเบรนสำหรับส่วนประกอบที่ละลายน้ำได้ของของเหลวในร่างกาย นอกจากนี้คอเลสเตอรอลยังเป็นตัวควบคุมหลักของความหนืดของเมมเบรน
โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์- ในภาพอนุภาคทรงกลมสามารถมองเห็นได้ในไขมัน bilayer ซึ่งเป็นโปรตีนเมมเบรนซึ่งส่วนใหญ่เป็นไกลโคโปรตีน โปรตีนเมมเบรนมีสองประเภท: (1) อินทิกรัลซึ่งเจาะผ่านเมมเบรน; (2) อุปกรณ์ต่อพ่วงซึ่งยื่นออกมาเหนือพื้นผิวด้านใดด้านหนึ่งเท่านั้น โดยไม่ถึงอีกด้านหนึ่ง
โปรตีนอินทิกรัลหลายชนิดสร้างช่อง (หรือรูพรุน) ซึ่งน้ำและสารที่ละลายน้ำได้ โดยเฉพาะไอออน สามารถแพร่กระจายเข้าสู่ของเหลวภายในและนอกเซลล์ได้ เนื่องจากการเลือกสรรของช่องทำให้สารบางชนิดแพร่กระจายได้ดีกว่าสารชนิดอื่น
โปรตีนอินทิกรัลอื่นๆทำหน้าที่เป็นโปรตีนพาหะ ซึ่งขนส่งสารที่ชั้นไลปิดไม่สามารถซึมผ่านได้ บางครั้งโปรตีนพาหะจะกระทำในทิศทางตรงกันข้ามกับการแพร่กระจาย โปรตีนอินทิกรัลบางชนิดคือเอ็นไซม์
โปรตีนเมมเบรนที่เป็นส่วนประกอบยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรับสารที่ละลายน้ำได้ รวมถึงฮอร์โมนเปปไทด์ เนื่องจากเมมเบรนไม่สามารถผ่านเข้าไปได้ ปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนตัวรับกับลิแกนด์จำเพาะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างในโมเลกุลโปรตีนซึ่งในทางกลับกันจะกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์ของส่วนภายในเซลล์ของโมเลกุลโปรตีนหรือการส่งสัญญาณจากตัวรับเข้าสู่เซลล์โดยใช้ ผู้ส่งสารคนที่สอง ดังนั้นโปรตีนอินทิกรัลที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์จึงเกี่ยวข้องกับกระบวนการส่งข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมภายนอกเข้าสู่เซลล์
โมเลกุลของโปรตีนเมมเบรนส่วนปลายมักเกี่ยวข้องกับโปรตีนอินทิกรัล โปรตีนส่วนปลายส่วนใหญ่เป็นเอนไซม์หรือมีบทบาทเป็นผู้ส่งสารผ่านรูพรุนของเมมเบรน
เยื่อหุ้มเซลล์เรียกอีกอย่างว่าพลาสมา (หรือไซโตพลาสซึม) เมมเบรนและพลาสมาเล็มมา โครงสร้างนี้ไม่เพียงแต่แยกเนื้อหาภายในของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอกเท่านั้น แต่ยังเป็นส่วนหนึ่งของออร์แกเนลล์ของเซลล์และนิวเคลียสส่วนใหญ่ด้วย ซึ่งจะแยกพวกมันออกจากไฮยาพลาสซึม (ไซโตซอล) ซึ่งเป็นส่วนของเหลวหนืดของไซโตพลาสซึม ตกลงจะโทรไป. เมมเบรนไซโตพลาสซึมสิ่งที่แยกเนื้อหาของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก เงื่อนไขที่เหลือหมายถึงเมมเบรนทั้งหมด
โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ (ชีวภาพ) ขึ้นอยู่กับไขมัน (ไขมัน) สองชั้น การก่อตัวของชั้นดังกล่าวสัมพันธ์กับลักษณะของโมเลกุล ไขมันไม่ละลายในน้ำ แต่จะควบแน่นด้วยวิธีของมันเอง ส่วนหนึ่งของโมเลกุลไขมันเดี่ยวคือหัวที่มีขั้ว (ถูกดึงดูดโดยน้ำ เช่น ชอบน้ำ) และอีกส่วนหนึ่งเป็นหางยาวที่ไม่มีขั้วคู่หนึ่ง (ส่วนหนึ่งของโมเลกุลนี้ถูกผลักด้วยน้ำ กล่าวคือ ไม่ชอบน้ำ) โครงสร้างของโมเลกุลนี้ทำให้พวกเขา "ซ่อน" หางจากน้ำและหันหัวขั้วโลกไปทางน้ำ
ผลที่ได้คือชั้นไขมันสองชั้น โดยหางที่ไม่มีขั้วอยู่ด้านใน (หันหน้าเข้าหากัน) และส่วนหัวของขั้วอยู่ด้านนอก (หันไปทางสภาพแวดล้อมภายนอกและไซโตพลาสซึม) พื้นผิวของเมมเบรนดังกล่าวเป็นแบบที่ชอบน้ำ แต่ภายในเป็นแบบไม่ชอบน้ำ
ในเยื่อหุ้มเซลล์ ฟอสโฟลิพิดมีชัยเหนือในบรรดาลิพิด (พวกมันอยู่ในลิพิดเชิงซ้อน) หัวของพวกเขามีกรดฟอสฟอริกตกค้าง นอกจากฟอสโฟลิพิดแล้ว ยังมีไกลโคลิพิด (ลิพิด + คาร์โบไฮเดรต) และโคเลสเตอรอล (เกี่ยวข้องกับสเตอรอล) ส่วนหลังให้ความแข็งแกร่งแก่เมมเบรนโดยอยู่ที่ความหนาระหว่างหางของไขมันที่เหลือ (โคเลสเตอรอลไม่เข้ากับน้ำอย่างสมบูรณ์)
เนื่องจากปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิต โมเลกุลโปรตีนบางชนิดจึงเกาะติดกับหัวของลิพิดที่มีประจุ ซึ่งกลายเป็นโปรตีนของเยื่อหุ้มผิว โปรตีนชนิดอื่นๆ ทำปฏิกิริยากับหางที่ไม่มีขั้ว ถูกฝังบางส่วนในชั้นสองชั้น หรือทะลุผ่านหางนั้น
ดังนั้นเยื่อหุ้มเซลล์จึงประกอบด้วยชั้นไขมันสองชั้น พื้นผิว (อุปกรณ์ต่อพ่วง) โปรตีนที่ฝังตัว (กึ่งอินทิกรัล) และโปรตีนที่ซึมผ่าน (อินทิกรัล) นอกจากนี้โปรตีนและไขมันบางชนิดที่อยู่ด้านนอกของเมมเบรนยังสัมพันธ์กับสายโซ่คาร์โบไฮเดรตอีกด้วย
นี้ แบบจำลองโมเสกของเหลวของโครงสร้างเมมเบรนถูกหยิบยกขึ้นมาในยุค 70 ของศตวรรษที่ XX ก่อนหน้านี้ มีการใช้แบบจำลองโครงสร้างแบบแซนด์วิช โดยที่ชั้นไขมัน bilayer ตั้งอยู่ด้านใน และด้านในและด้านนอกของเมมเบรนถูกปกคลุมด้วยชั้นโปรตีนพื้นผิวที่ต่อเนื่องกัน อย่างไรก็ตาม การสะสมข้อมูลการทดลองได้หักล้างสมมติฐานนี้
ความหนาของเยื่อหุ้มเซลล์ต่าง ๆ อยู่ที่ประมาณ 8 นาโนเมตร เมมเบรน (แม้แต่ด้านที่ต่างกันของด้านใดด้านหนึ่ง) จะแตกต่างกันตามเปอร์เซ็นต์ของไขมัน โปรตีน กิจกรรมของเอนไซม์ ฯลฯ ที่แตกต่างกัน เมมเบรนบางชนิดมีของเหลวมากกว่าและซึมผ่านได้มากกว่า เมมเบรนบางชนิดมีความหนาแน่นมากกว่า
เยื่อหุ้มเซลล์แตกตัวรวมกันได้ง่ายเนื่องจากคุณสมบัติทางเคมีฟิสิกส์ของชั้นไขมัน ในระนาบของเมมเบรน ไขมันและโปรตีน (เว้นแต่ว่าพวกมันจะถูกยึดโดยโครงร่างโครงกระดูก) จะเคลื่อนไหว
หน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์
โปรตีนส่วนใหญ่ที่แช่อยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่ของเอนไซม์ (คือเอนไซม์)
บ่อยครั้ง (โดยเฉพาะในเยื่อหุ้มเซลล์ออร์แกเนลล์) เอนไซม์จะถูกจัดเรียงในลำดับที่แน่นอนเพื่อให้ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ตัวหนึ่งผ่านไปยังตัวที่สองจากนั้นตัวที่สามเป็นต้น สายพานลำเลียงถูกสร้างขึ้นซึ่งมีความเสถียรโดยโปรตีนบนพื้นผิวเพราะ พวกมันไม่อนุญาตให้เอนไซม์ลอยไปตามชั้นไขมัน
เยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่กำหนดขอบเขต (สิ่งกีดขวาง) จากสิ่งแวดล้อมและในขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่ขนส่ง
เราสามารถพูดได้ว่านี่คือจุดประสงค์ที่สำคัญที่สุด เมมเบรนไซโตพลาสซึมซึ่งมีความแข็งแรงและความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกได้ช่วยรักษาความคงที่ขององค์ประกอบภายในของเซลล์ (สภาวะสมดุลและความสมบูรณ์ของมัน)
การขนส่งสามารถอยู่เฉยๆและอำนวยความสะดวกได้ (เมื่อได้รับความช่วยเหลือจากผู้ให้บริการขนส่งบางประเภท) การแพร่กระจายแบบพาสซีฟผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป็นไปได้สำหรับสารที่ละลายในไขมัน
มีโปรตีนพิเศษที่ทำให้เมมเบรนซึมผ่านน้ำตาลและสารที่ละลายน้ำได้อื่นๆ ตัวพาดังกล่าวจับกับโมเลกุลที่ถูกขนส่งและดึงพวกมันผ่านเมมเบรน นี่คือวิธีการขนส่งกลูโคสภายในเซลล์เม็ดเลือดแดง
โปรตีนที่ร้อยเกลียวรวมกันเพื่อสร้างรูพรุนสำหรับการเคลื่อนที่ของสารบางชนิดผ่านเมมเบรน พาหะดังกล่าวไม่เคลื่อนที่ แต่ก่อตัวเป็นช่องทางในเมมเบรนและทำงานคล้ายกับเอนไซม์ซึ่งจับกับสารเฉพาะ การถ่ายโอนเกิดขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโปรตีน ส่งผลให้เกิดการสร้างช่องในเมมเบรน ตัวอย่างคือปั๊มโซเดียมโพแทสเซียม
ฟังก์ชั่นการขนส่งของเยื่อหุ้มเซลล์ยูคาริโอตนั้นเกิดขึ้นได้ผ่านทางเอนโดไซโตซิส (และเอ็กโซไซโทซิส)ด้วยกลไกเหล่านี้ โมเลกุลขนาดใหญ่ของพอลิเมอร์ชีวภาพ แม้กระทั่งเซลล์ทั้งหมด จึงสามารถเข้าสู่เซลล์ (และออกจากเซลล์ได้) Endo และ exocytosis ไม่ใช่ลักษณะของเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมด (โปรคาริโอตไม่มีเลย) ดังนั้นการสังเกต endocytosis ในโปรโตซัวและสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังส่วนล่าง ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมเม็ดเลือดขาวและมาโครฟาจจะดูดซับสารและแบคทีเรียที่เป็นอันตรายเช่น endocytosis ทำหน้าที่ป้องกันร่างกาย
Endocytosis แบ่งออกเป็น ฟาโกไซโตซิส(ไซโตพลาสซึมห่อหุ้มอนุภาคขนาดใหญ่) และ พิโนไซโทซิส(จับหยดของเหลวที่มีสารที่ละลายอยู่ในนั้น) กลไกของกระบวนการเหล่านี้ใกล้เคียงกัน สารที่ถูกดูดซับบนพื้นผิวของเซลล์จะถูกล้อมรอบด้วยเมมเบรน เกิดตุ่ม (phagocytic หรือ pinocytic) ซึ่งจะเคลื่อนเข้าสู่เซลล์
Exocytosis คือการกำจัดสารออกจากเซลล์โดยเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม (ฮอร์โมน โพลีแซ็กคาไรด์ โปรตีน ไขมัน ฯลฯ) สารเหล่านี้มีอยู่ในถุงเมมเบรนที่เข้าใกล้เยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มทั้งสองผสานกันและเนื้อหาปรากฏอยู่นอกเซลล์
เมมเบรนไซโตพลาสซึมทำหน้าที่รับเมื่อต้องการทำเช่นนี้ โครงสร้างจะอยู่ที่ด้านนอกซึ่งสามารถรับรู้ถึงสิ่งกระตุ้นทางเคมีหรือกายภาพ โปรตีนบางชนิดที่ทะลุพลาสมาเลมมานั้นเชื่อมต่อจากด้านนอกเข้ากับโซ่โพลีแซ็กคาไรด์ (ก่อตัวเป็นไกลโคโปรตีน) เหล่านี้คือตัวรับโมเลกุลที่แปลกประหลาดซึ่งจับฮอร์โมน เมื่อฮอร์โมนตัวใดตัวหนึ่งจับกับตัวรับ มันจะเปลี่ยนโครงสร้างของมัน ซึ่งจะกระตุ้นให้เกิดกลไกการตอบสนองของเซลล์ ในกรณีนี้ ช่องสามารถเปิดได้ และสารบางชนิดสามารถเริ่มเข้าหรือออกจากเซลล์ได้
การทำงานของตัวรับของเยื่อหุ้มเซลล์ได้รับการศึกษาอย่างดีโดยพิจารณาจากการกระทำของฮอร์โมนอินซูลิน เมื่ออินซูลินจับกับตัวรับไกลโคโปรตีน ตัวเร่งปฏิกิริยาภายในเซลล์ของโปรตีนนี้ (เอนไซม์อะดีนิเลตไซคลอส) จะถูกกระตุ้น เอนไซม์สังเคราะห์ cyclic AMP จาก ATP มันกระตุ้นหรือยับยั้งเอนไซม์ต่างๆ ของการเผาผลาญของเซลล์แล้ว
การทำงานของตัวรับของเมมเบรนไซโตพลาสซึมยังรวมถึงการจดจำเซลล์ข้างเคียงที่เป็นชนิดเดียวกันด้วย เซลล์ดังกล่าวเกาะติดกันด้วยการสัมผัสระหว่างเซลล์ต่างๆ
ในเนื้อเยื่อด้วยความช่วยเหลือของการสัมผัสระหว่างเซลล์ เซลล์สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างกันโดยใช้สารโมเลกุลต่ำที่สังเคราะห์ขึ้นเป็นพิเศษ ตัวอย่างหนึ่งของปฏิสัมพันธ์ดังกล่าวคือการยับยั้งการสัมผัส เมื่อเซลล์หยุดการเจริญเติบโตหลังจากได้รับข้อมูลว่าพื้นที่ว่างถูกครอบครอง
การติดต่อระหว่างเซลล์สามารถทำได้ง่าย (เยื่อหุ้มเซลล์ต่าง ๆ ติดกัน), การล็อค (การบุกรุกของเยื่อหุ้มเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง), เดสโมโซม (เมื่อเยื่อหุ้มเชื่อมต่อกันด้วยมัดของเส้นใยตามขวางที่เจาะเข้าไปในไซโตพลาสซึม) นอกจากนี้ยังมีการติดต่อระหว่างเซลล์หลายแบบเนื่องจากผู้ไกล่เกลี่ย (ตัวกลาง) - ไซแนปส์ ในนั้นสัญญาณจะถูกส่งไม่เพียงแต่ทางเคมีเท่านั้น แต่ยังส่งสัญญาณทางไฟฟ้าด้วย ไซแนปส์ส่งสัญญาณระหว่างเซลล์ประสาท เช่นเดียวกับจากเส้นประสาทไปยังเซลล์กล้ามเนื้อ
9.5.1. หน้าที่หลักประการหนึ่งของเมมเบรนคือการมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนสาร กระบวนการนี้บรรลุผลสำเร็จผ่านกลไกหลัก 3 ประการ ได้แก่ การแพร่กระจายอย่างง่าย การแพร่กระจายแบบอำนวยความสะดวก และการขนส่งแบบแอคทีฟ (รูปที่ 9.10) จำคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของกลไกเหล่านี้และตัวอย่างของสารที่ขนส่งในแต่ละกรณี
รูปที่ 9.10.กลไกการลำเลียงโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
การแพร่กระจายอย่างง่าย- การถ่ายโอนสารผ่านเมมเบรนโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของกลไกพิเศษ การขนส่งเกิดขึ้นตามระดับความเข้มข้นโดยไม่มีการใช้พลังงาน โดยการแพร่กระจายอย่างง่าย สารชีวโมเลกุลขนาดเล็กจะถูกขนส่ง - H2O, CO2, O2, ยูเรีย, สารโมเลกุลต่ำที่ไม่ชอบน้ำ อัตราการแพร่กระจายอย่างง่ายเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเข้มข้น
การแพร่กระจายที่สะดวก- การถ่ายโอนสารผ่านเมมเบรนโดยใช้ช่องโปรตีนหรือโปรตีนตัวพาพิเศษ ดำเนินการตามการไล่ระดับความเข้มข้นโดยไม่มีการใช้พลังงาน โมโนแซ็กคาไรด์ กรดอะมิโน นิวคลีโอไทด์ กลีเซอรอล และไอออนบางชนิดถูกขนส่ง จลนพลศาสตร์ของความอิ่มตัวเป็นลักษณะเฉพาะ - ที่ความเข้มข้น (อิ่มตัว) ของสารที่ถูกขนส่งโมเลกุลทั้งหมดของตัวพาจะมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนและความเร็วของการขนส่งจะถึงค่าสูงสุด
การขนส่งที่ใช้งานอยู่- ยังต้องมีส่วนร่วมของโปรตีนการขนส่งพิเศษ แต่การขนส่งเกิดขึ้นกับการไล่ระดับความเข้มข้นดังนั้นจึงต้องใช้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงาน เมื่อใช้กลไกนี้ ไอออน Na+, K+, Ca2+, Mg2+ จะถูกส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และโปรตอนจะถูกขนส่งผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย การขนส่งสารแบบแอคทีฟนั้นมีลักษณะเฉพาะโดยจลนศาสตร์ของความอิ่มตัว
9.5.2. ตัวอย่างของระบบการขนส่งที่ดำเนินการขนส่งไอออนแบบแอคทีฟคือ Na+,K+-adenosine triphosphatase (Na+,K+-ATPase หรือ Na+,K+-pump) โปรตีนนี้อยู่ลึกเข้าไปในพลาสมาเมมเบรนและสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสของ ATP ได้ พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการไฮโดรไลซิสของ ATP 1 โมเลกุลจะถูกใช้เพื่อถ่ายโอน Na+ 3 ไอออนจากเซลล์ไปยังพื้นที่นอกเซลล์ และ 2 K+ ไอออนไปในทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 9.11) จากผลของการกระทำของ Na+,K+-ATPase ความเข้มข้นที่ต่างกันจะถูกสร้างขึ้นระหว่างเซลล์ไซโตโซลและของเหลวที่อยู่นอกเซลล์ เนื่องจากการถ่ายโอนไอออนไม่เท่ากัน จึงเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้าขึ้น ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าเคมีจึงเกิดขึ้น ซึ่งประกอบด้วยพลังงานของความต่างของศักย์ไฟฟ้า Δφ และพลังงานของความต่างของความเข้มข้นของสาร ΔC ที่ทั้งสองด้านของเมมเบรน
รูปที่ 9.11.แผนภาพปั๊ม Na+, K+
9.5.3. การเคลื่อนย้ายอนุภาคและสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
นอกเหนือจากการขนส่งสารอินทรีย์และไอออนที่ดำเนินการโดยพาหะแล้ว ยังมีกลไกพิเศษในเซลล์ที่ออกแบบมาเพื่อดูดซับสารประกอบโมเลกุลสูงเข้าสู่เซลล์และกำจัดสารประกอบโมเลกุลสูงออกจากเซลล์โดยการเปลี่ยนรูปร่างของไบโอเมมเบรน กลไกนี้เรียกว่า การขนส่งตุ่ม.
รูปที่ 9.12.ประเภทของการขนส่งตุ่ม: 1 - endocytosis; 2 - เอ็กโซไซโตซิส
ในระหว่างการถ่ายโอนโมเลกุลขนาดใหญ่ จะเกิดการก่อตัวตามลำดับและการหลอมรวมของถุงน้ำที่ล้อมรอบเมมเบรน (ถุง) ขึ้นอยู่กับทิศทางของการขนส่งและลักษณะของสารที่ขนส่งการขนส่งตุ่มประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:
ภาวะเอนโดโทซิส(รูปที่ 9.12, 1) - การถ่ายโอนสารเข้าสู่เซลล์ ขึ้นอยู่กับขนาดของถุงที่เกิดขึ้นจะมีความโดดเด่น:
ก) พิโนไซโทซิส — การดูดซึมของของเหลวและโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ละลาย (โปรตีน, โพลีแซ็กคาไรด์, กรดนิวคลีอิก) โดยใช้ฟองอากาศขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 150 นาโนเมตร)
ข) ฟาโกไซโตซิส — การดูดซับอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น จุลินทรีย์หรือเศษเซลล์ ในกรณีนี้จะเกิดถุงขนาดใหญ่ที่เรียกว่า phagosomes ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 250 นาโนเมตร
Pinocytosis เป็นลักษณะของเซลล์ยูคาริโอตส่วนใหญ่ในขณะที่อนุภาคขนาดใหญ่ถูกดูดซับโดยเซลล์พิเศษ - เม็ดเลือดขาวและมาโครฟาจ ในระยะแรกของการเกิดเอนโดโทซิส สารหรืออนุภาคจะถูกดูดซับบนพื้นผิวของเมมเบรน กระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยไม่มีการใช้พลังงาน ในขั้นต่อไปเมมเบรนที่มีสารดูดซับจะลึกเข้าไปในไซโตพลาสซึม ผลที่ตามมาคือพลาสมาเมมเบรนรุกรานเฉพาะที่จะถูกแยกออกจากผิวเซลล์ ก่อตัวเป็นถุงน้ำ จากนั้นจึงย้ายเข้าไปในเซลล์ กระบวนการนี้เชื่อมต่อกันด้วยระบบไมโครฟิลาเมนต์และขึ้นอยู่กับพลังงาน ถุงและฟาโกโซมที่เข้าสู่เซลล์สามารถรวมเข้ากับไลโซโซมได้ เอนไซม์ที่มีอยู่ในไลโซโซมจะสลายสารที่อยู่ในถุงและฟาโกโซมให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (กรดอะมิโน โมโนแซ็กคาไรด์ นิวคลีโอไทด์) ซึ่งถูกขนส่งเข้าสู่ไซโตโซล ซึ่งเซลล์สามารถนำมาใช้ได้
เอ็กโซไซโทซิส(รูปที่ 9.12, 2) - การถ่ายโอนอนุภาคและสารประกอบขนาดใหญ่ออกจากเซลล์ กระบวนการนี้เช่นเดียวกับภาวะเอนโดโทซิสเกิดขึ้นพร้อมกับการดูดซึมพลังงาน ประเภทหลักของ exocytosis คือ:
ก) การหลั่ง - การกำจัดสารประกอบที่ละลายน้ำได้ออกจากเซลล์ที่ใช้หรือส่งผลต่อเซลล์อื่นของร่างกาย สามารถทำได้ทั้งโดยเซลล์ที่ไม่เฉพาะเจาะจงและโดยเซลล์ของต่อมไร้ท่อซึ่งเป็นเยื่อเมือกของระบบทางเดินอาหารซึ่งปรับให้เหมาะกับการหลั่งสารที่ผลิต (ฮอร์โมน สารสื่อประสาท โปรเอนไซม์) ขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของร่างกาย
โปรตีนที่หลั่งออกมาจะถูกสังเคราะห์บนไรโบโซมที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมที่หยาบ จากนั้นโปรตีนเหล่านี้จะถูกส่งไปยังอุปกรณ์ Golgi ซึ่งโปรตีนเหล่านี้จะถูกดัดแปลง ทำให้เข้มข้น คัดแยก และบรรจุลงในถุง ซึ่งถูกปล่อยลงในไซโตโซล และต่อมาหลอมรวมกับพลาสมาเมมเบรน เพื่อให้สิ่งที่อยู่ในถุงอยู่นอกเซลล์
อนุภาคที่หลั่งออกมาขนาดเล็ก เช่น โปรตอน ต่างจากโมเลกุลขนาดใหญ่ จะถูกส่งออกจากเซลล์โดยใช้กลไกของการแพร่กระจายและการขนส่งแบบแอคทีฟที่อำนวยความสะดวก
ข) การขับถ่าย - การกำจัดสารที่ไม่สามารถนำมาใช้ออกจากเซลล์ได้ (เช่น ในระหว่างการสร้างเม็ดเลือดแดง การกำจัดสารตาข่ายออกจากเรติคูโลไซต์ ซึ่งเป็นการรวมซากของออร์แกเนลล์) กลไกการขับถ่ายดูเหมือนว่าอนุภาคที่ถูกขับออกมาในตอนแรกจะติดอยู่ในถุงไซโตพลาสซึม ซึ่งจะหลอมรวมกับพลาสมาเมมเบรน
คำอธิบายโดยย่อ:
ซาโซนอฟ วี.เอฟ. 1_1 โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ [ทรัพยากรอิเล็กทรอนิกส์] // นักกายภาพ, 2552-2561: [เว็บไซต์] วันที่อัปเดต: 02/06/2018..__.201_)
_อธิบายโครงสร้างและการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์ (คำพ้องความหมาย: พลาสมาเลมมา, พลาสมาเลมมา, ไบโอเมมเบรน, เยื่อหุ้มเซลล์, เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก, เยื่อหุ้มเซลล์, เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม) ข้อมูลเบื้องต้นนี้จำเป็นทั้งสำหรับเซลล์วิทยาและสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการของกิจกรรมทางประสาท: การกระตุ้นประสาท, การยับยั้ง, การทำงานของไซแนปส์และตัวรับประสาทสัมผัส เยื่อหุ้มเซลล์ (พลาสมา)ก บทแทรกหรือพลาสมาโอ
บทแทรก)
ความหมายของแนวคิด
เยื่อหุ้มเซลล์ (คำพ้องความหมาย: plasmalemma, plasmalemma, เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม, ไบโอเมมเบรน) เป็นเมมเบรนสามไลโปโปรตีน (เช่น "โปรตีนไขมัน") ที่แยกเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อมและดำเนินการแลกเปลี่ยนและการสื่อสารที่มีการควบคุมระหว่างเซลล์และสภาพแวดล้อมของมัน สิ่งสำคัญในคำจำกัดความนี้ไม่ใช่ว่าเมมเบรนแยกเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อม แต่แยกเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อมอย่างแม่นยำ เชื่อมต่อ เซลล์กับสิ่งแวดล้อม เยื่อหุ้มเซลล์นั้น คล่องแคล่ว
โครงสร้างของเซลล์ก็ทำงานอย่างต่อเนื่อง
เมมเบรนชีวภาพเป็นฟิล์มสองโมเลกุลบางเฉียบของฟอสโฟลิพิดที่ห่อหุ้มด้วยโปรตีนและโพลีแซ็กคาไรด์ โครงสร้างเซลล์นี้รองรับคุณสมบัติอุปสรรค เชิงกล และเมทริกซ์ของสิ่งมีชีวิต (Antonov V.F., 1996)
สำหรับฉัน เยื่อหุ้มเซลล์ดูเหมือนรั้วขัดแตะที่มีประตูหลายบานล้อมรอบอาณาเขตบางแห่ง สิ่งมีชีวิตขนาดเล็กสามารถเคลื่อนที่ไปมาได้อย่างอิสระผ่านรั้วนี้ แต่ผู้เยี่ยมชมจำนวนมากสามารถเข้าได้ทางประตูเท่านั้น และถึงแม้จะไม่ใช่ทุกประตูก็ตาม แขกแต่ละคนจะมีกุญแจเฉพาะประตูของตัวเองเท่านั้น และพวกเขาไม่สามารถผ่านประตูของคนอื่นได้ ดังนั้นผ่านรั้วนี้จึงมีผู้เข้าชมไหลไปมาอย่างต่อเนื่องเนื่องจากหน้าที่หลักของรั้วเมมเบรนนั้นเป็นสองเท่า: เพื่อแยกอาณาเขตออกจากพื้นที่โดยรอบและในเวลาเดียวกันก็เชื่อมต่อกับพื้นที่โดยรอบ นี่คือสาเหตุที่รั้วมีรูและประตูมากมาย - !
คุณสมบัติของเมมเบรน
1. การซึมผ่าน
2. การซึมผ่านแบบกึ่ง (การซึมผ่านบางส่วน)
3. การซึมผ่านแบบเลือก (คำพ้องความหมาย: เลือก)
4. การซึมผ่านที่ใช้งานอยู่ (คำพ้องความหมาย: การขนส่งที่ใช้งานอยู่)
5. ควบคุมการซึมผ่าน
อย่างที่คุณเห็นคุณสมบัติหลักของเมมเบรนคือการซึมผ่านของสารต่างๆ
6. ฟาโกไซโตซิสและพิโนไซโทซิส
7. เอ็กโซไซโทซิส
8. การมีอยู่ของศักย์ไฟฟ้าและเคมี หรือความต่างศักย์ระหว่างด้านในและด้านนอกของเมมเบรน เชิงเปรียบเทียบเราสามารถพูดอย่างนั้นได้ “เมมเบรนเปลี่ยนเซลล์ให้เป็น “แบตเตอรี่ไฟฟ้า” โดยการควบคุมการไหลของไอออนิก”- รายละเอียด: .
9. การเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าและเคมี
10. อาการหงุดหงิด ตัวรับโมเลกุลพิเศษที่อยู่บนเมมเบรนสามารถเชื่อมต่อกับสารส่งสัญญาณ (ควบคุม) ซึ่งส่งผลให้สถานะของเมมเบรนและทั้งเซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ตัวรับระดับโมเลกุลจะกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมีเพื่อตอบสนองต่อการเชื่อมต่อของลิแกนด์ (สารควบคุม) กับพวกมัน สิ่งสำคัญคือต้องสังเกตว่าสารส่งสัญญาณออกฤทธิ์ต่อตัวรับจากภายนอก และการเปลี่ยนแปลงจะดำเนินต่อไปภายในเซลล์ ปรากฎว่าเมมเบรนถ่ายโอนข้อมูลจากสภาพแวดล้อมไปยังสภาพแวดล้อมภายในของเซลล์
11. กิจกรรมของเอนไซม์เร่งปฏิกิริยา เอนไซม์สามารถฝังอยู่ในเมมเบรนหรือเกี่ยวข้องกับพื้นผิวของมัน (ทั้งภายในและภายนอกเซลล์) และพวกมันจะดำเนินกิจกรรมของเอนไซม์ที่นั่น
12. การเปลี่ยนรูปทรงของพื้นผิวและพื้นที่ สิ่งนี้ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ก่อตัวเป็นผลพลอยได้ออกไปด้านนอกหรือในทางกลับกัน เกิดการบุกรุกเข้าไปในเซลล์
13. ความสามารถในการสร้างการสัมผัสกับเยื่อหุ้มเซลล์อื่น
14. การยึดเกาะ - ความสามารถในการยึดติดกับพื้นผิวแข็ง
รายการคุณสมบัติเมมเบรนโดยย่อ
- การซึมผ่าน
- ภาวะเอนโดโทซิส, เอ็กโซไซโตซิส, ทรานไซโตซิส
- ศักยภาพ
- ความหงุดหงิด
- กิจกรรมของเอนไซม์
- รายชื่อผู้ติดต่อ
- การยึดเกาะ
ฟังก์ชั่นเมมเบรน
1. การแยกเนื้อหาภายในออกจากสภาพแวดล้อมภายนอกไม่สมบูรณ์
2. สิ่งสำคัญในการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์คือ แลกเปลี่ยน หลากหลาย สาร ระหว่างเซลล์กับสภาพแวดล้อมระหว่างเซลล์ นี่เป็นเพราะคุณสมบัติของเมมเบรนของการซึมผ่าน นอกจากนี้เมมเบรนยังควบคุมการแลกเปลี่ยนนี้โดยควบคุมการซึมผ่านของเมมเบรน
3.หน้าที่ที่สำคัญอีกประการหนึ่งของเมมเบรนคือ สร้างความแตกต่างในศักย์เคมีและไฟฟ้า ระหว่างด้านในและด้านนอก ด้วยเหตุนี้ภายในเซลล์จึงมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ - .
4. เมมเบรนก็ดำเนินการเช่นกัน การแลกเปลี่ยนข้อมูล ระหว่างเซลล์กับสิ่งแวดล้อม ตัวรับโมเลกุลพิเศษที่อยู่บนเมมเบรนสามารถจับกับสารควบคุม (ฮอร์โมน สารไกล่เกลี่ย โมดูเลเตอร์) และกระตุ้นปฏิกิริยาทางชีวเคมีในเซลล์ นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงต่างๆ ในการทำงานของเซลล์หรือในโครงสร้างของมัน
วิดีโอ:โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์
วิดีโอบรรยาย:รายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างเมมเบรนและการขนส่ง
โครงสร้างเมมเบรน
เยื่อหุ้มเซลล์มีความเป็นสากล สามชั้น โครงสร้าง. ชั้นไขมันชั้นกลางมีความต่อเนื่องกัน และชั้นโปรตีนด้านบนและด้านล่างจะปกคลุมอยู่ในรูปแบบของโมเสกที่มีพื้นที่โปรตีนแยกกัน ชั้นไขมันเป็นพื้นฐานที่ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแยกเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อมโดยแยกออกจากสิ่งแวดล้อม โดยตัวมันเองจะช่วยให้สารที่ละลายน้ำได้ซึมผ่านได้ไม่ดีนัก แต่ช่วยให้สารที่ละลายในไขมันผ่านได้ง่าย ดังนั้นการซึมผ่านของเมมเบรนสำหรับสารที่ละลายน้ำได้ (เช่นไอออน) จึงต้องมั่นใจโดยโครงสร้างโปรตีนพิเศษ - และ
ด้านล่างนี้คือภาพไมโครกราฟของเยื่อหุ้มเซลล์จริงของเซลล์ที่สัมผัสกันซึ่งได้รับโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน รวมถึงแผนผังที่แสดงโครงสร้างสามชั้นของเมมเบรนและลักษณะโมเสคของชั้นโปรตีน หากต้องการขยายภาพให้คลิกที่ภาพนั้น
ภาพแยกของชั้นไขมันชั้นใน (ไขมัน) ของเยื่อหุ้มเซลล์ แทรกซึมด้วยโปรตีนที่ฝังอยู่ภายใน ชั้นโปรตีนด้านบนและด้านล่างถูกลบออกเพื่อไม่ให้รบกวนการมองเห็นชั้นไขมัน
ภาพด้านบน: การแสดงแผนผังบางส่วนของเยื่อหุ้มเซลล์ (เยื่อหุ้มเซลล์) ให้ไว้ในวิกิพีเดีย
โปรดทราบว่าชั้นโปรตีนด้านนอกและด้านในได้ถูกลบออกจากเมมเบรนที่นี่ เพื่อให้เรามองเห็นชั้นไขมันไขมันส่วนกลางได้ดีขึ้น ในเยื่อหุ้มเซลล์จริง "เกาะ" โปรตีนขนาดใหญ่ลอยอยู่เหนือและใต้ฟิล์มไขมัน (ลูกบอลเล็ก ๆ ในรูป) และเยื่อหุ้มเซลล์จะหนาขึ้นสามชั้น: โปรตีนไขมันโปรตีน - จริงๆ แล้วมันก็เหมือนกับแซนด์วิชที่มี "ขนมปัง" โปรตีน 2 ชิ้น โดยมี "เนย" อยู่ตรงกลาง นั่นคือ มีโครงสร้างสามชั้นไม่ใช่สองชั้น
ในภาพนี้ ลูกบอลสีน้ำเงินและสีขาวลูกเล็กๆ ตรงกับ “หัว” ของลิพิดที่ชอบน้ำ (เปียกได้) และ “เชือก” ที่ติดอยู่นั้นสอดคล้องกับ “หาง” ที่ไม่ชอบน้ำ (ไม่เปียก) ในบรรดาโปรตีนนั้น จะแสดงเฉพาะโปรตีนเมมเบรนจากต้นทางถึงปลายที่เป็นอินทิกรัลเท่านั้น (ทรงกลมสีแดงและเอนริเก้สีเหลือง) จุดรูปไข่สีเหลืองภายในเมมเบรนคือโมเลกุลของคอเลสเตอรอล สายโซ่สีเหลืองเขียวของเม็ดบีดที่ด้านนอกของเมมเบรนคือสายโซ่ของโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่ก่อตัวเป็นไกลโคคาไลซ์ ไกลโคคาลิกซ์เป็นคาร์โบไฮเดรตชนิดหนึ่ง (“น้ำตาล”) “ปุย” บนเมมเบรน ที่เกิดจากโมเลกุลคาร์โบไฮเดรต-โปรตีนยาวที่ยื่นออกมา
Live เป็น "ถุงไขมันโปรตีน" ขนาดเล็กที่เต็มไปด้วยเนื้อหาคล้ายเยลลี่กึ่งเหลวซึ่งเต็มไปด้วยฟิล์มและหลอด
ผนังของถุงนี้ประกอบขึ้นด้วยฟิล์มไขมันสองชั้น (ลิพิด) ที่หุ้มภายในและภายนอกด้วยโปรตีน - เยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้นเขาจึงว่ากันว่าเมมเบรนมี โครงสร้างสามชั้น : โปรตีนไขมันโปรตีน- ภายในเซลล์ยังมีเยื่อหุ้มไขมันที่คล้ายกันจำนวนมากซึ่งแบ่งพื้นที่ภายในออกเป็นส่วนต่างๆ เยื่อหุ้มเซลล์เดียวกันล้อมรอบออร์แกเนลล์ของเซลล์: นิวเคลียส, ไมโตคอนเดรีย, คลอโรพลาสต์ ดังนั้นเมมเบรนจึงเป็นโครงสร้างโมเลกุลสากลที่พบได้ทั่วไปในทุกเซลล์และสิ่งมีชีวิตทั้งหมด
ทางด้านซ้ายไม่ใช่ของจริงอีกต่อไป แต่เป็นแบบจำลองเทียมของชิ้นส่วนของเมมเบรนชีวภาพ: นี่คือภาพรวมทันทีของชั้นไขมันฟอสโฟไลปิด (เช่น สองชั้น) ในกระบวนการจำลองพลวัตของโมเลกุล เซลล์การคำนวณของแบบจำลองแสดงขึ้น - โมเลกุลของพีซี 96 ตัว ( ฉออสฟาติดิล เอ็กซ์ olina) และโมเลกุลของน้ำ 2,304 โมเลกุล รวมเป็น 2,0544 อะตอม
ทางด้านขวาเป็นแบบจำลองที่มองเห็นได้ของโมเลกุลเดี่ยวของไขมันชนิดเดียวกันที่ใช้ประกอบชั้นไขมันสองชั้นของเมมเบรน ด้านบนมีหัวที่ชอบน้ำ (ชอบน้ำ) และด้านล่างมีหางที่ไม่ชอบน้ำ (กลัวน้ำ) 2 หาง ไขมันนี้มีชื่อเรียกง่ายๆ ว่า 1-steroyl-2-docosahexaenoyl-Sn-glycero-3-phosphatidylcholine (18:0/22:6(n-3)cis PC) แต่คุณไม่จำเป็นต้องจำมันเว้นแต่คุณจะ คุณวางแผนที่จะทำให้ครูของคุณเป็นลมด้วยความรู้อันลึกซึ้งของคุณ
สามารถให้คำจำกัดความทางวิทยาศาสตร์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นของเซลล์ได้:
เป็นระบบของพอลิเมอร์ชีวภาพที่มีโครงสร้างและต่างกันซึ่งมีการเรียงลำดับและมีโครงสร้างต่างกัน ล้อมรอบด้วยเมมเบรนที่ใช้งานอยู่ ซึ่งมีส่วนร่วมในกระบวนการเมแทบอลิซึม พลังงาน และข้อมูลเพียงชุดเดียว และยังรักษาและทำซ้ำทั้งระบบโดยรวมอีกด้วย
ภายในเซลล์ยังเต็มไปด้วยเยื่อหุ้ม และระหว่างเยื่อหุ้มนั้นไม่มีน้ำ มีแต่เจล/โซลที่มีความหนืดซึ่งมีความหนาแน่นแปรผัน ดังนั้น การทำปฏิกิริยากับโมเลกุลในเซลล์จะไม่ลอยอย่างอิสระ เช่นเดียวกับในหลอดทดลองที่มีสารละลายที่เป็นน้ำ แต่ส่วนใหญ่จะนั่ง (ตรึงไว้) บนโครงสร้างโพลีเมอร์ของโครงร่างโครงร่างโครงกระดูกหรือเยื่อหุ้มเซลล์ภายในเซลล์ และปฏิกิริยาเคมีจึงเกิดขึ้นภายในเซลล์เกือบจะเหมือนกับว่าเป็นของแข็งมากกว่าของเหลว เยื่อหุ้มชั้นนอกที่ล้อมรอบเซลล์ยังเรียงรายไปด้วยเอนไซม์และตัวรับโมเลกุล ทำให้เป็นส่วนที่มีการเคลื่อนไหวอย่างมากของเซลล์
เยื่อหุ้มเซลล์ (พลาสมาเลมมา, พลาสโมเลมมา) เป็นเมมเบรนแบบแอคทีฟที่แยกเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อมและเชื่อมต่อกับสิ่งแวดล้อม © Sazonov V.F. , 2016.
จากคำจำกัดความของเมมเบรนนี้ ไม่เพียงแต่จำกัดเซลล์เท่านั้น แต่ยังจำกัดด้วย ทำงานอย่างแข็งขันเชื่อมโยงกับสภาพแวดล้อม
ไขมันที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มเซลล์นั้นมีความพิเศษ ดังนั้นโมเลกุลของมันจึงมักถูกเรียกว่าไม่ใช่แค่ไขมันเท่านั้น แต่ยังเรียกว่า "ไขมัน", "ฟอสโฟลิพิด", "สฟิงโกลิพิด"- ฟิล์มเมมเบรนเป็นแบบสองเท่านั่นคือประกอบด้วยฟิล์มสองแผ่นติดกัน ดังนั้นในตำราเรียนจึงเขียนว่าพื้นฐานของเยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยชั้นไขมันสองชั้น (หรือ " สองชั้น" เช่น สองชั้น) สำหรับชั้นไขมันแต่ละชั้น ด้านหนึ่งสามารถเปียกด้วยน้ำได้ แต่อีกด้านไม่สามารถเปียกได้ ดังนั้น ฟิล์มเหล่านี้จึงเกาะติดกันโดยด้านที่ไม่เปียก
เยื่อหุ้มแบคทีเรีย
ผนังเซลล์โปรคาริโอตของแบคทีเรียแกรมลบประกอบด้วยหลายชั้น ดังแสดงในรูปด้านล่าง
ชั้นเปลือกของแบคทีเรียแกรมลบ:
1. เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมสามชั้นภายในซึ่งสัมผัสกับไซโตพลาสซึม
2.ผนังเซลล์ซึ่งประกอบด้วยมูริน
3. เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมสามชั้นด้านนอกซึ่งมีระบบไขมันเดียวกันกับโปรตีนเชิงซ้อนเหมือนกับเยื่อหุ้มชั้นใน
การสื่อสารของเซลล์แบคทีเรียแกรมลบกับโลกภายนอกผ่านโครงสร้างสามขั้นตอนที่ซับซ้อนดังกล่าวไม่ได้ให้ข้อได้เปรียบในการอยู่รอดในสภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยเมื่อเปรียบเทียบกับแบคทีเรียแกรมบวกที่มีเมมเบรนที่ทรงพลังน้อยกว่า พวกเขายังไม่ทนต่ออุณหภูมิสูง ความเป็นกรดที่เพิ่มขึ้น และการเปลี่ยนแปลงความดัน
วิดีโอบรรยาย:พลาสมาเมมเบรน อี.วี. เชอวาล, Ph.D.
วิดีโอบรรยาย:เมมเบรนเป็นขอบเขตของเซลล์ อ. อิลยาสกิน
ความสำคัญของช่องไอออนของเมมเบรน
เข้าใจได้ง่ายว่ามีเพียงสารที่ละลายในไขมันเท่านั้นที่สามารถทะลุผ่านเซลล์ผ่านฟิล์มไขมันเมมเบรนได้ ได้แก่ไขมัน แอลกอฮอล์ ก๊าซตัวอย่างเช่น ในเซลล์เม็ดเลือดแดง ออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์สามารถผ่านเข้าออกผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยตรงได้อย่างง่ายดาย แต่สารที่ละลายน้ำและละลายน้ำได้ (เช่น ไอออน) ก็ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังเซลล์ใดๆ ได้ ซึ่งหมายความว่าต้องมีรูพิเศษ แต่ถ้าคุณเพียงแค่เจาะฟิล์มไขมันให้เป็นรู ฟิล์มนั้นก็จะปิดกลับทันที จะทำอย่างไร? พบวิธีแก้ปัญหาในธรรมชาติ: จำเป็นต้องสร้างโครงสร้างการขนส่งโปรตีนแบบพิเศษและยืดพวกมันผ่านเมมเบรน นี่คือวิธีการสร้างช่องทางสำหรับการผ่านของสารที่ไม่ละลายในไขมัน - ช่องไอออนของเยื่อหุ้มเซลล์
ดังนั้น เพื่อให้เมมเบรนมีคุณสมบัติเพิ่มเติมในการซึมผ่านของโมเลกุลขั้วโลก (ไอออนและน้ำ) เซลล์จึงสังเคราะห์โปรตีนพิเศษในไซโตพลาสซึม ซึ่งจากนั้นจะรวมเข้ากับเมมเบรน พวกเขามาในสองประเภท: ขนส่งโปรตีน (เช่น การขนส่ง ATPases) และ โปรตีนที่สร้างช่อง (ผู้สร้างช่อง). โปรตีนเหล่านี้ฝังอยู่ในชั้นไขมันสองชั้นของเมมเบรน และสร้างโครงสร้างการขนส่งในรูปแบบของตัวขนส่งหรือในรูปแบบของช่องไอออน สารที่ละลายน้ำได้หลายชนิดซึ่งไม่สามารถผ่านฟิล์มเมมเบรนไขมันได้ในขณะนี้สามารถผ่านโครงสร้างการขนส่งเหล่านี้ได้
โดยทั่วไปจะเรียกว่าโปรตีนที่ฝังอยู่ในเมมเบรน บูรณาการเนื่องจากดูเหมือนว่าพวกมันจะรวมอยู่ในเมมเบรนและทะลุผ่านเข้าไปได้ โปรตีนอื่นๆ ซึ่งไม่รวมเป็นส่วนประกอบจะก่อตัวเป็นเกาะ “ลอย” บนพื้นผิวของเมมเบรน ไม่ว่าจะบนพื้นผิวด้านนอกหรือบนพื้นผิวด้านในก็ตาม ท้ายที่สุดแล้ว ทุกคนรู้ดีว่าไขมันเป็นสารหล่อลื่นที่ดีและง่ายต่อการเหินทับ!
ข้อสรุป
1. โดยทั่วไปเมมเบรนจะมีสามชั้น:
1) ชั้นนอกของโปรตีน “เกาะ”
2) ไขมันสองชั้น "ทะเล" (ไขมัน bilayer) เช่น ฟิล์มไขมันสองชั้น,
3) ชั้นในของโปรตีน "เกาะ"
แต่ก็มีชั้นนอกที่หลวมเช่นกัน - ไกลโคคาลิกซึ่งเกิดจากไกลโคโปรตีนที่ยื่นออกมาจากเยื่อหุ้มเซลล์ พวกมันเป็นตัวรับโมเลกุลที่สารควบคุมการส่งสัญญาณจับกัน
2. โครงสร้างโปรตีนพิเศษถูกสร้างขึ้นในเมมเบรน เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถซึมผ่านไอออนหรือสารอื่นๆ ได้ เราต้องไม่ลืมว่าในบางสถานที่ทะเลไขมันถูกแทรกซึมผ่านโปรตีนอินทิกรัล และเป็นโปรตีนอินทิกรัลที่มีลักษณะพิเศษ โครงสร้างการขนส่ง เยื่อหุ้มเซลล์ (ดูหัวข้อ 1_2 กลไกการเคลื่อนย้ายเมมเบรน) สารเหล่านี้เข้าสู่เซลล์และถูกกำจัดออกจากเซลล์ออกสู่ภายนอกด้วย
3. ที่ด้านใดด้านหนึ่งของเมมเบรน (ด้านนอกและด้านใน) รวมถึงด้านในของเมมเบรนสามารถระบุโปรตีนของเอนไซม์ได้ซึ่งส่งผลต่อทั้งสถานะของเมมเบรนและอายุการใช้งานของเซลล์ทั้งหมด
ดังนั้นเยื่อหุ้มเซลล์จึงเป็นโครงสร้างที่แอคทีฟและแปรผันซึ่งทำงานอย่างแข็งขันเพื่อประโยชน์ของทั้งเซลล์และเชื่อมต่อกับโลกภายนอก และไม่ได้เป็นเพียง "เกราะป้องกัน" นี่คือสิ่งที่สำคัญที่สุดที่คุณต้องรู้เกี่ยวกับเยื่อหุ้มเซลล์
ในทางการแพทย์ โปรตีนจากเมมเบรนมักถูกใช้เป็น "เป้าหมาย" ของยา เป้าหมายดังกล่าวรวมถึงตัวรับ ช่องไอออน เอนไซม์ และระบบการขนส่ง เมื่อเร็วๆ นี้ นอกเหนือจากเยื่อหุ้มเซลล์แล้ว ยีนที่ซ่อนอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ก็กลายเป็นเป้าหมายของยาเช่นกัน
วิดีโอ:ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับชีวฟิสิกส์ของเยื่อหุ้มเซลล์: โครงสร้างเมมเบรน 1 (Vladimirov Yu.A. )
วิดีโอ:ประวัติ โครงสร้าง และหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์: โครงสร้างเมมเบรน 2 (Vladimirov Yu.A.)
© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy
มีความหนา 8-12 นาโนเมตร ดังนั้นจึงไม่สามารถตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงได้ ศึกษาโครงสร้างของเมมเบรนโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
พลาสมาเมมเบรนประกอบด้วยไขมัน 2 ชั้น ได้แก่ ชั้นบิลิพิดหรือชั้นไบเลเยอร์ แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยหัวที่ชอบน้ำและหางที่ไม่ชอบน้ำ และไขมันในเยื่อหุ้มชีวภาพจะอยู่ที่หัวของมันออกด้านนอกและหางเข้าด้านใน
โมเลกุลโปรตีนจำนวนมากถูกแช่อยู่ในชั้นบิลิพิด บางส่วนอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรน (ภายนอกหรือภายใน) บางส่วนทะลุผ่านเมมเบรน
หน้าที่ของพลาสมาเมมเบรน
เมมเบรนช่วยปกป้องเนื้อหาของเซลล์จากความเสียหาย รักษารูปร่างของเซลล์ คัดเลือกสารที่จำเป็นเข้าสู่เซลล์ และกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญ และยังรับประกันการสื่อสารระหว่างเซลล์อีกด้วย
สิ่งกีดขวางที่ทำหน้าที่กำหนดขอบเขตของเมมเบรนนั้นมาจากไขมันสองชั้น ป้องกันไม่ให้เนื้อหาของเซลล์แพร่กระจายผสมกับสิ่งแวดล้อมหรือของเหลวระหว่างเซลล์ และป้องกันการแทรกซึมของสารอันตรายเข้าไปในเซลล์
หน้าที่ที่สำคัญที่สุดหลายประการของเมมเบรนไซโตพลาสซึมนั้นดำเนินการโดยโปรตีนที่แช่อยู่ในนั้น ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนตัวรับ มันสามารถรับรู้การระคายเคืองต่าง ๆ บนพื้นผิวของมัน โปรตีนขนส่งจะสร้างช่องทางที่ดีที่สุดที่โพแทสเซียม แคลเซียม และไอออนอื่นๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กผ่านเข้าและออกจากเซลล์ โปรตีนเป็นกระบวนการที่สำคัญในร่างกาย
อนุภาคอาหารขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถผ่านช่องเมมเบรนบาง ๆ จะเข้าสู่เซลล์โดยการทำลายเซลล์หรือพิโนไซโทซิส ชื่อทั่วไปของกระบวนการเหล่านี้คือเอนโดไซโทซิส
endocytosis เกิดขึ้นได้อย่างไร - การแทรกซึมของอนุภาคอาหารขนาดใหญ่เข้าไปในเซลล์?
อนุภาคอาหารสัมผัสกับเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก และเกิดการแพร่กระจายขึ้น ณ จุดนี้ จากนั้นอนุภาคที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนจะเข้าสู่เซลล์เกิดถุงย่อยอาหารและเอนไซม์ย่อยอาหารจะแทรกซึมเข้าไปในถุงที่เกิดขึ้น
เซลล์เม็ดเลือดขาวที่สามารถจับและย่อยแบคทีเรียแปลกปลอมเรียกว่าเซลล์ฟาโกไซต์
ในกรณีของพิโนไซโตซิสการบุกรุกของเมมเบรนจะจับไม่ใช่อนุภาคของแข็ง แต่เป็นหยดของเหลวที่มีสารละลายอยู่ในนั้น กลไกนี้เป็นหนึ่งในวิธีหลักที่ทำให้สารเข้าสู่เซลล์
เซลล์พืชที่ปกคลุมไปด้วยชั้นแข็งของผนังเซลล์ที่ด้านบนของเยื่อหุ้มเซลล์ ไม่สามารถเกิดภาวะฟาโกไซโตซิสได้
กระบวนการย้อนกลับของ endocytosis คือ exocytosis สารสังเคราะห์ (เช่นฮอร์โมน) จะถูกบรรจุในถุงเมมเบรนเข้าใกล้เมมเบรนและถูกสร้างขึ้นภายในและเนื้อหาของถุงจะถูกปล่อยออกจากเซลล์ ด้วยวิธีนี้เซลล์จึงสามารถกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญที่ไม่จำเป็นออกไปได้