เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยโมเลกุลกี่ชนิด? เยื่อหุ้มเซลล์ หน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นฟิล์มบางเฉียบบนพื้นผิวของเซลล์หรือออร์แกเนลล์ของเซลล์ ซึ่งประกอบด้วยชั้นไขมันสองโมเลกุลที่มีโปรตีนและโพลีแซ็กคาไรด์ฝังอยู่

ฟังก์ชั่นเมมเบรน:

• · Barrier - ให้การเผาผลาญที่มีการควบคุม เลือก โต้ตอบ และใช้งานอยู่ด้วย สิ่งแวดล้อม- ตัวอย่างเช่น เมมเบรนเปอร์รอกซิโซมช่วยปกป้องไซโตพลาสซึมจากเปอร์ออกไซด์ที่เป็นอันตรายต่อเซลล์ การซึมผ่านแบบคัดเลือกหมายความว่าการซึมผ่านของเมมเบรนไปยังอะตอมหรือโมเลกุลที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับขนาด ประจุไฟฟ้า และ คุณสมบัติทางเคมี- การซึมผ่านแบบเลือกช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแยกเซลล์และช่องเซลล์ออกจากสิ่งแวดล้อมและจัดหาสารที่จำเป็นให้กับพวกมัน
• · การขนส่ง - การลำเลียงสารเข้าและออกจากเซลล์เกิดขึ้นผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การขนส่งผ่านเมมเบรนช่วยให้มั่นใจได้ถึง: การส่งมอบ สารอาหาร, การกำจัดผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจากการเผาผลาญ, การหลั่งสารต่างๆ, การสร้างการไล่ระดับไอออน, การรักษาค่า pH และความเข้มข้นของไอออนที่เหมาะสมในเซลล์ ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของเอนไซม์ในเซลล์ อนุภาคที่ไม่สามารถข้ามชั้นฟอสโฟไลปิดได้ไม่ว่าด้วยเหตุผลใดก็ตาม (เช่น เนื่องจากคุณสมบัติที่ชอบน้ำ เนื่องจากเมมเบรนที่อยู่ด้านในนั้นไม่ชอบน้ำและไม่อนุญาตให้สารที่ชอบน้ำผ่านได้ หรือเนื่องจาก ขนาดใหญ่) แต่จำเป็นสำหรับเซลล์ สามารถเจาะเยื่อหุ้มเซลล์ผ่านโปรตีนตัวพาพิเศษ (ตัวขนส่ง) และโปรตีนแชนเนลหรือโดยเอนโดโทซิส ในการขนส่งแบบพาสซีฟ สารจะข้ามชั้นไขมันสองชั้นโดยไม่ใช้พลังงานไปตามการไล่ระดับความเข้มข้นโดยการแพร่กระจาย กลไกที่แตกต่างออกไปคือการอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย ซึ่งโมเลกุลจำเพาะจะช่วยให้สสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ โมเลกุลนี้อาจมีช่องที่ยอมให้สารชนิดเดียวผ่านไปได้ การขนส่งแบบแอคทีฟต้องใช้พลังงานเมื่อเกิดขึ้นกับการไล่ระดับความเข้มข้น มีโปรตีนปั๊มพิเศษบนเมมเบรน รวมถึง ATPase ซึ่งจะปั๊มโพแทสเซียมไอออน (K +) เข้าไปในเซลล์อย่างแข็งขันและปั๊มโซเดียมไอออน (Na +) ออกมา
• · เมทริกซ์ - ให้ตำแหน่งสัมพัทธ์และการวางแนวที่แน่นอน โปรตีนเมมเบรนปฏิสัมพันธ์ที่เหมาะสมที่สุด
• · เชิงกล - รับประกันความเป็นอิสระของเซลล์ โครงสร้างภายในเซลล์ รวมถึงการเชื่อมต่อกับเซลล์อื่น ๆ (ในเนื้อเยื่อ) ผนังเซลล์มีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานทางกล และในสัตว์คือสารระหว่างเซลล์
• · พลังงาน - ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงในคลอโรพลาสต์และการหายใจของเซลล์ในไมโตคอนเดรีย ระบบถ่ายโอนพลังงานจะทำงานในเยื่อหุ้มของพวกมัน ซึ่งโปรตีนก็มีส่วนร่วมด้วย
• · ตัวรับ - โปรตีนบางชนิดที่อยู่ในเมมเบรนเป็นตัวรับ (โมเลกุลที่เซลล์รับรู้สัญญาณบางอย่าง) ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนที่ไหลเวียนในเลือดออกฤทธิ์เฉพาะกับเซลล์เป้าหมายที่มีตัวรับที่สอดคล้องกับฮอร์โมนเหล่านี้ สารสื่อประสาท ( สารเคมี, การให้ แรงกระตุ้นของเส้นประสาท) ยังจับกับโปรตีนตัวรับพิเศษของเซลล์เป้าหมายอีกด้วย
• · เอนไซม์ - โปรตีนเมมเบรนมักเป็นเอนไซม์ ตัวอย่างเช่น พลาสมาเมมเบรนของเซลล์เยื่อบุผิวในลำไส้มีเอนไซม์ย่อยอาหาร
• · การดำเนินการสร้างและการนำศักยภาพทางชีวภาพ ด้วยความช่วยเหลือของเมมเบรน ความเข้มข้นของไอออนจะคงที่ในเซลล์: ความเข้มข้นของ K + ไอออนภายในเซลล์สูงกว่าภายนอกมากและความเข้มข้นของ Na + นั้นต่ำกว่ามากซึ่งมีความสำคัญมากเนื่องจากสิ่งนี้ ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการรักษาความต่างศักย์บนเมมเบรนและการสร้างแรงกระตุ้นเส้นประสาท
• · การทำเครื่องหมายของเซลล์ - มีแอนติเจนบนเมมเบรนที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องหมาย - “ฉลาก” ที่ช่วยให้สามารถระบุเซลล์ได้ เหล่านี้คือไกลโคโปรตีน (นั่นคือโปรตีนที่มีโซ่ด้านข้างโอลิโกแซ็กคาไรด์กิ่งก้านติดอยู่) ซึ่งมีบทบาทเป็น "เสาอากาศ" เนื่องจากการกำหนดค่าของสายโซ่ด้านข้างมีมากมาย จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องหมายเฉพาะสำหรับเซลล์แต่ละประเภท ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องหมาย เซลล์สามารถจดจำเซลล์อื่นๆ และทำหน้าที่ร่วมกับเซลล์เหล่านั้น เช่น ในการก่อตัวของอวัยวะและเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ยังช่วยให้ ระบบภูมิคุ้มกันรู้จักแอนติเจนจากต่างประเทศ

โมเลกุลโปรตีนบางชนิดกระจายอย่างอิสระในระนาบของชั้นไขมัน ในสภาวะปกติคือส่วนของโมเลกุลโปรตีนที่ออกมาตามนั้น ด้านที่แตกต่างกันเยื่อหุ้มเซลล์ไม่เปลี่ยนตำแหน่ง

สัณฐานวิทยาพิเศษของเยื่อหุ้มเซลล์จะกำหนดลักษณะทางไฟฟ้าซึ่งสิ่งที่สำคัญที่สุดคือความจุและการนำไฟฟ้า

คุณสมบัติของตัวเก็บประจุส่วนใหญ่จะถูกกำหนดโดยฟอสโฟลิพิด ไบเลเยอร์ ซึ่งไอออนไฮเดรตไม่สามารถซึมผ่านได้ และในขณะเดียวกันก็บางเพียงพอ (ประมาณ 5 นาโนเมตร) เพื่อให้สามารถแยกและกักเก็บประจุได้อย่างมีประสิทธิภาพ และปฏิกิริยาระหว่างประจุบวกและแอนไอออนกับไฟฟ้าสถิต นอกจากนี้คุณสมบัติทางประจุไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ยังเป็นสาเหตุหนึ่งที่กำหนดลักษณะเวลาของกระบวนการทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนเยื่อหุ้มเซลล์

ความนำไฟฟ้า (g) -- ส่วนกลับ ความต้านทานไฟฟ้าและเท่ากับอัตราส่วนของกระแสเมมเบรนทั้งหมดสำหรับไอออนที่กำหนดต่อค่าที่กำหนดความต่างศักย์ของเมมเบรน

สามารถแพร่กระจายผ่านชั้นฟอสโฟไลปิดได้ สารต่างๆและระดับการซึมผ่าน (P) ได้แก่ ความสามารถของเยื่อหุ้มเซลล์ในการผ่านสารเหล่านี้ ขึ้นอยู่กับความแตกต่างในความเข้มข้นของสารที่แพร่กระจายบนทั้งสองด้านของเมมเบรน ความสามารถในการละลายในไขมัน และคุณสมบัติของเซลล์ เมมเบรน อัตราการแพร่ของไอออนที่มีประจุภายใต้สภาวะ สนามคงที่ในเมมเบรนถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของไอออน ความหนาของเมมเบรน และการกระจายตัวของไอออนในเมมเบรน สำหรับนอนอิเล็กโตรไลต์ การซึมผ่านของเมมเบรนจะไม่ส่งผลต่อการนำไฟฟ้า เนื่องจากไม่มีอิเล็กโตรไลต์ไม่มีประจุ กล่าวคือ พวกมันไม่สามารถนำพากระแสไฟฟ้าได้

ค่าการนำไฟฟ้าของเมมเบรนเป็นการวัดความสามารถในการซึมผ่านของไอออนิก ค่าการนำไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นบ่งบอกถึงการเพิ่มขึ้นของจำนวนไอออนที่ผ่านเมมเบรน

คุณสมบัติที่สำคัญของเยื่อหุ้มชีวภาพคือความลื่นไหล เยื่อหุ้มเซลล์ทั้งหมดเป็นโครงสร้างของเหลวเคลื่อนที่: ที่สุดโมเลกุลที่เป็นส่วนประกอบของไขมันและโปรตีนสามารถเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างเร็วในระนาบของเมมเบรน

สาขาวิชาชีววิทยาที่เรียกว่าเซลล์วิทยา ศึกษาโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต เช่นเดียวกับพืช สัตว์ และมนุษย์ นักวิทยาศาสตร์พบว่าเนื้อหาของเซลล์ซึ่งอยู่ภายในนั้นถูกสร้างขึ้นค่อนข้างซับซ้อน มันถูกล้อมรอบด้วยอุปกรณ์พื้นผิวที่เรียกว่า ซึ่งรวมถึงเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก โครงสร้างเหนือเมมเบรน: ไกลโคคาลิกซ์ และไมโครฟิลาเมนต์, pelicule และ microtubules ที่ก่อตัวเป็นซับเมมเบรนที่ซับซ้อน

ในบทความนี้ เราจะศึกษาโครงสร้างและหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกที่รวมอยู่ในอุปกรณ์พื้นผิว ประเภทต่างๆเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกทำหน้าที่อะไร?

ตามที่อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ เมมเบรนด้านนอกเป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์พื้นผิวของแต่ละเซลล์ ซึ่งประสบความสำเร็จในการแยกเนื้อหาภายในและปกป้องออร์แกเนลล์ของเซลล์จาก เงื่อนไขที่ไม่เอื้ออำนวย สภาพแวดล้อมภายนอก- อีกหน้าที่หนึ่งคือเพื่อให้แน่ใจว่ามีการเผาผลาญระหว่างเนื้อหาในเซลล์และของเหลวในเนื้อเยื่อ ดังนั้นเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกจึงขนส่งโมเลกุลและไอออนเข้าสู่ไซโตพลาสซึม และยังช่วยกำจัดของเสียและสารพิษส่วนเกินออกจากเซลล์

โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์หรือพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ประเภทต่างๆ มีความแตกต่างกันอย่างมาก โดยหลักแล้ว โครงสร้างทางเคมีเช่นเดียวกับเนื้อหาสัมพัทธ์ของไขมัน, ไกลโคโปรตีน, โปรตีนในพวกมันและตามลักษณะของตัวรับที่อยู่ในนั้น ภายนอกซึ่งกำหนดไว้เป็นหลัก องค์ประกอบส่วนบุคคลไกลโคโปรตีนมีส่วนร่วมในการรับรู้ถึงสิ่งเร้าด้านสิ่งแวดล้อมและในปฏิกิริยาของเซลล์ต่อการกระทำของพวกเขา ไวรัสบางประเภทสามารถโต้ตอบกับโปรตีนและไกลโคลิปิดของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งเป็นผลมาจากการที่พวกมันเจาะเข้าไปในเซลล์ ไวรัสเริมและไข้หวัดใหญ่สามารถใช้สร้างเกราะป้องกันได้

และไวรัสและแบคทีเรียที่เรียกว่าแบคทีริโอฟาจจะเกาะติดกับเยื่อหุ้มเซลล์และละลาย ณ จุดที่สัมผัสกันโดยใช้เอนไซม์พิเศษ จากนั้นโมเลกุล DNA ของไวรัสจะผ่านเข้าไปในรูที่เกิดขึ้น

คุณสมบัติของโครงสร้างของพลาสมาเมมเบรนของยูคาริโอต

ให้เราระลึกว่าเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกทำหน้าที่ขนส่งซึ่งก็คือการถ่ายโอนสารเข้าและออกสู่สภาพแวดล้อมภายนอก เพื่อดำเนินการตามกระบวนการดังกล่าว จำเป็นต้องมีโครงสร้างพิเศษ แท้จริงแล้ว พลาสเลมมาเป็นระบบอุปกรณ์พื้นผิวแบบถาวรและเป็นสากล นี่เป็นฟิล์มหลายชั้นที่บาง (2-10 Nm) แต่มีความหนาแน่นค่อนข้างมากซึ่งครอบคลุมทั้งเซลล์ โครงสร้างของมันถูกศึกษาในปี 1972 โดยนักวิทยาศาสตร์ เช่น ดี. ซิงเกอร์ และ จี. นิโคลสัน และยังได้สร้างแบบจำลองเยื่อหุ้มเซลล์แบบโมเสกของเหลวด้วย

สารประกอบเคมีหลักที่ก่อตัวเป็นโมเลกุลลำดับของโปรตีนและฟอสโฟลิปิดบางชนิดซึ่งฝังอยู่ในตัวกลางของไขมันเหลวและมีลักษณะคล้ายโมเสก ดังนั้นเยื่อหุ้มเซลล์จึงประกอบด้วยไขมันสองชั้น โดย "หาง" ที่ไม่มีขั้วซึ่งไม่ชอบน้ำซึ่งอยู่ภายในเมมเบรน และหัวที่มีขั้วที่ชอบน้ำจะหันหน้าไปทางไซโตพลาสซึมของเซลล์และของเหลวระหว่างเซลล์

ชั้นไขมันถูกแทรกซึมโดยโมเลกุลโปรตีนขนาดใหญ่ที่สร้างรูขุมขนที่ชอบน้ำ พวกมันถูกขนส่งผ่านพวกเขา สารละลายที่เป็นน้ำกลูโคสและเกลือแร่ โมเลกุลโปรตีนบางชนิดพบได้ทั้งบนพื้นผิวด้านนอกและด้านในของพลาสมาเลมมา ดังนั้นที่เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดที่มีนิวเคลียสจึงมีโมเลกุลคาร์โบไฮเดรตที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์กับไกลโคลิปิดและไกลโคโปรตีน ปริมาณคาร์โบไฮเดรตในเยื่อหุ้มเซลล์อยู่ระหว่าง 2 ถึง 10%

โครงสร้างของพลาสมาเลมมาของสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต

เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกในโปรคาริโอตทำหน้าที่คล้ายกับพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตนิวเคลียร์ กล่าวคือ การรับรู้และการส่งข้อมูลที่มาจากสภาพแวดล้อมภายนอก การขนส่งไอออนและสารละลายเข้าและออกจากเซลล์ การป้องกันไซโตพลาสซึมจากสิ่งแปลกปลอม รีเอเจนต์จากภายนอก มันสามารถสร้างเมโซโซม - โครงสร้างที่เกิดขึ้นเมื่อพลาสมาเมมเบรนถูกบุกรุกเข้าไปในเซลล์ พวกมันอาจมีเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมของโปรคาริโอต เช่น การจำลองดีเอ็นเอและการสังเคราะห์โปรตีน

เมโซโซมยังมีเอนไซม์รีดอกซ์และการสังเคราะห์ด้วยแสงประกอบด้วยแบคทีเรียคลอโรฟิลล์ (ในแบคทีเรีย) และไฟโคบิลิน (ในไซยาโนแบคทีเรีย)

บทบาทของเยื่อหุ้มชั้นนอกในการติดต่อระหว่างเซลล์

ตอบคำถามต่อไปว่าเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกทำหน้าที่อะไรให้เราพิจารณาบทบาทของมันต่อไป ในเซลล์พืชรูขุมขนจะเกิดขึ้นในผนังของเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกซึ่งผ่านเข้าไปในชั้นเซลลูโลส พลาสซึมของเซลล์สามารถออกไปข้างนอกผ่านพวกมันได้ เรียกว่าพลาสโมเดสมาตา

ต้องขอบคุณพวกเขาที่ทำให้การเชื่อมต่อระหว่างเซลล์พืชข้างเคียงแข็งแกร่งมาก ในเซลล์ของมนุษย์และสัตว์ จุดสัมผัสระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์ที่อยู่ติดกันเรียกว่าเดสโมโซม พวกมันเป็นลักษณะของเซลล์บุผนังหลอดเลือดและเซลล์เยื่อบุผิว และยังพบได้ในคาร์ดิโอไมโอไซต์ด้วย

การก่อตัวเสริมของพลาสม่าเลมมา

เข้าใจความแตกต่าง เซลล์พืชจากสัตว์ต่างๆ จะช่วยในการศึกษาลักษณะโครงสร้างของพลาสมาเมมเบรน ซึ่งขึ้นอยู่กับหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก เหนือมันในเซลล์สัตว์จะมีชั้นไกลโคคาลิกซ์อยู่ มันถูกสร้างขึ้นโดยโมเลกุลโพลีแซ็กคาไรด์ที่เกี่ยวข้องกับโปรตีนและไขมันของเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก ต้องขอบคุณไกลโคคาลิกซ์ การยึดเกาะ (เกาะติดกัน) เกิดขึ้นระหว่างเซลล์ นำไปสู่การก่อตัวของเนื้อเยื่อ ดังนั้นจึงมีส่วนร่วมในฟังก์ชันการส่งสัญญาณของพลาสมาเลมมา - รับรู้ถึงสิ่งเร้าด้านสิ่งแวดล้อม

การเคลื่อนย้ายสารบางชนิดผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบพาสซีฟเป็นอย่างไร

ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกเกี่ยวข้องกับกระบวนการขนส่งสารระหว่างเซลล์และสภาพแวดล้อมภายนอก การขนส่งมีสองประเภทผ่านพลาสมาเลมมา: การขนส่งแบบพาสซีฟ (การแพร่กระจาย) และการขนส่งแบบแอคทีฟ ประการแรกประกอบด้วยการแพร่กระจาย การแพร่แบบอำนวยความสะดวก และการออสโมซิส การเคลื่อนที่ของสารไปตามการไล่ระดับความเข้มข้นนั้นขึ้นอยู่กับมวลและขนาดของโมเลกุลที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เป็นอันดับแรก ตัวอย่างเช่น โมเลกุลไม่มีขั้วขนาดเล็กละลายได้ง่ายในชั้นไขมันตรงกลางของพลาสมาเลมมา เคลื่อนที่ผ่านมันไปสิ้นสุดที่ไซโตพลาสซึม

สารอินทรีย์โมเลกุลขนาดใหญ่แทรกซึมเข้าไปในไซโตพลาสซึมด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนตัวพาพิเศษ พวกมันมีความเฉพาะเจาะจงของสายพันธุ์ และเมื่อเชื่อมต่อกับอนุภาคหรือไอออน จะถ่ายโอนพวกมันผ่านเมมเบรนไปตามระดับความเข้มข้นโดยไม่ต้องใช้พลังงาน (การขนส่งแบบพาสซีฟ) กระบวนการนี้รองรับคุณสมบัติของพลาสมาเลมมาเป็นความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกสรร ในระหว่างกระบวนการนี้ จะไม่ใช้พลังงานของโมเลกุล ATP และเซลล์จะบันทึกไว้สำหรับปฏิกิริยาเมตาบอลิซึมอื่นๆ

การขนส่งสารประกอบเคมีแบบแอคทีฟผ่านพลาสมาเลมมา

เนื่องจากเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกช่วยให้แน่ใจว่ามีการถ่ายโอนโมเลกุลและไอออนจากสภาพแวดล้อมภายนอกเข้าสู่เซลล์และด้านหลัง จึงเป็นไปได้ที่จะกำจัดผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวซึ่งเป็นสารพิษภายนอก ซึ่งก็คือ เข้าไปในของเหลวระหว่างเซลล์ เกิดขึ้นกับการไล่ระดับความเข้มข้นและต้องใช้พลังงานในรูปของโมเลกุล ATP นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับโปรตีนพาหะที่เรียกว่า ATPases ซึ่งเป็นเอนไซม์ด้วย

ตัวอย่างของการขนส่งดังกล่าวคือปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม (ไอออนของโซเดียมเคลื่อนจากไซโตพลาสซึมไปสู่สภาพแวดล้อมภายนอก และโพแทสเซียมไอออนจะถูกปั๊มเข้าไปในไซโตพลาสซึม) เซลล์เยื่อบุผิวของลำไส้และไตนั้นมีความสามารถค่ะ วิธีการถ่ายโอนที่หลากหลายนี้คือกระบวนการของพิโนไซโทซิสและฟาโกไซโตซิส ดังนั้นเมื่อศึกษาว่าเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอกทำหน้าที่อะไร จึงสามารถสรุปได้ว่าโปรติสต์เฮเทอโรโทรฟิกตลอดจนเซลล์ของสิ่งมีชีวิตในสัตว์ระดับสูง เช่น เม็ดเลือดขาว มีความสามารถของกระบวนการของปิโนและฟาโกไซโตซิสได้

กระบวนการไฟฟ้าชีวภาพในเยื่อหุ้มเซลล์

เป็นที่ยอมรับแล้วว่ามีความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่าง พื้นผิวด้านนอกพลาสมาเลมมา (มีประจุบวก) และชั้นข้างขม่อมของไซโตพลาสซึมซึ่งมีประจุลบ มันถูกเรียกว่าศักยภาพในการพัก และมีอยู่ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด และเนื้อเยื่อประสาทไม่เพียงแต่มีศักยภาพในการพักผ่อนเท่านั้น แต่ยังสามารถนำกระแสไฟฟ้าชีวภาพที่อ่อนแอได้อีกด้วย ซึ่งเรียกว่ากระบวนการกระตุ้น เยื่อหุ้มภายนอก เซลล์ประสาท-เซลล์ประสาทเมื่อได้รับการระคายเคืองจากตัวรับพวกมันก็เริ่มเปลี่ยนประจุ: โซเดียมไอออนเข้าสู่เซลล์อย่างหนาแน่นและพื้นผิวของพลาสมาเลมม่าจะกลายเป็นอิเล็กโทรเนกาติวิตี และชั้นผนังใกล้ของไซโตพลาสซึมเนื่องจากมีแคตไอออนมากเกินไปจึงได้รับประจุบวก สิ่งนี้อธิบายว่าทำไมเยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอกของเซลล์ประสาทจึงถูกชาร์จใหม่ ซึ่งทำให้เกิดการนำกระแสประสาทที่เป็นรากฐานของกระบวนการกระตุ้น

เยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์จะแยกเนื้อหาของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก เพื่อให้มั่นใจในความสมบูรณ์ ควบคุมการแลกเปลี่ยนระหว่างเซลล์กับสิ่งแวดล้อม เยื่อหุ้มเซลล์แบ่งเซลล์ออกเป็นช่องปิดพิเศษ - ช่องหรือออร์แกเนลล์ซึ่งรักษาสภาพแวดล้อมบางอย่างไว้

โครงสร้าง.

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นโมเลกุลสองชั้น (bilayer) ของชั้นไขมัน (ไขมัน) ซึ่งส่วนใหญ่เรียกว่าไขมันเชิงซ้อน - ฟอสโฟลิปิด โมเลกุลของไขมันมีส่วนที่ชอบน้ำ (“หัว”) และส่วนที่ไม่ชอบน้ำ (“หาง”) เมื่อเมมเบรนถูกสร้างขึ้น บริเวณที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุลจะหมุนเข้าด้านใน และบริเวณที่ชอบน้ำจะหันออกด้านนอก เมมเบรนเป็นโครงสร้างที่มีความคล้ายคลึงกันมากในสิ่งมีชีวิตต่างๆ ความหนาของเมมเบรนอยู่ที่ 7-8 นาโนเมตร (10−9 เมตร)

ชอบน้ำ- ความสามารถของสารที่จะเปียกน้ำได้
ไม่ชอบน้ำ- การที่สารไม่สามารถเปียกน้ำได้

เยื่อหุ้มชีวภาพยังรวมถึงโปรตีนต่างๆ:
- อินทิกรัล (เจาะเมมเบรนผ่าน)
- กึ่งอินทิกรัล (จุ่มปลายด้านหนึ่งเข้าไปในชั้นไขมันด้านนอกหรือด้านใน)
- ผิวเผิน (อยู่ที่ด้านนอกหรือติดกับด้านในของเมมเบรน)
โปรตีนบางชนิดเป็นจุดสัมผัสระหว่างเยื่อหุ้มเซลล์กับโครงร่างโครงร่างเซลล์ภายในเซลล์ และผนังเซลล์ (ถ้ามี) ภายนอก

ไซโตสเกเลตัน- โครงสร้างเซลล์ภายในเซลล์

ฟังก์ชั่น

1) สิ่งกีดขวาง- ให้การเผาผลาญที่มีการควบคุม เลือก โต้ตอบ และใช้งานกับสิ่งแวดล้อม

2) การขนส่ง- การขนส่งสารเข้าและออกจากเซลล์เกิดขึ้นผ่านเมมเบรน - ช่วยให้มั่นใจได้ถึงตำแหน่งสัมพัทธ์และการวางแนวของโปรตีนเมมเบรนซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่เหมาะสมที่สุด

3) เครื่องกล- รับประกันความเป็นอิสระของเซลล์ โครงสร้างภายในเซลล์ รวมถึงการเชื่อมต่อกับเซลล์อื่น ๆ (ในเนื้อเยื่อ) สารระหว่างเซลล์มีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานทางกล

4) ตัวรับ- โปรตีนบางชนิดที่อยู่ในเมมเบรนเป็นตัวรับ (โมเลกุลที่เซลล์รับรู้สัญญาณบางอย่าง)

ตัวอย่างเช่น ฮอร์โมนที่ไหลเวียนในเลือดออกฤทธิ์เฉพาะกับเซลล์เป้าหมายที่มีตัวรับที่สอดคล้องกับฮอร์โมนเหล่านี้ สารสื่อประสาท (สารเคมีที่รับประกันการนำกระแสประสาท) ยังจับกับโปรตีนตัวรับพิเศษในเซลล์เป้าหมาย

ฮอร์โมน- สารเคมีส่งสัญญาณที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ

5) เอนไซม์- โปรตีนเมมเบรนมักเป็นเอนไซม์ ตัวอย่างเช่น พลาสมาเมมเบรนของเซลล์เยื่อบุผิวในลำไส้มีเอนไซม์ย่อยอาหาร

6) การดำเนินการสร้างและการนำศักยภาพทางชีวภาพ
ด้วยความช่วยเหลือของเมมเบรน ความเข้มข้นของไอออนจะคงที่ในเซลล์: ความเข้มข้นของ K+ ไอออนภายในเซลล์จะสูงกว่าภายนอกมากและความเข้มข้นของ Na+ นั้นต่ำกว่ามาก ซึ่งมีความสำคัญมาก เนื่องจากสิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้ การรักษาความต่างศักย์บนเยื่อหุ้มเซลล์และการสร้างกระแสประสาท

แรงกระตุ้นเส้นประสาท – คลื่นกระตุ้นที่ส่งผ่านเส้นใยประสาท

7) การทำเครื่องหมายเซลล์- มีแอนติเจนบนเมมเบรนที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องหมาย - “ฉลาก” ที่ช่วยให้สามารถระบุเซลล์ได้ เหล่านี้คือไกลโคโปรตีน (นั่นคือโปรตีนที่มีโซ่ด้านข้างโอลิโกแซ็กคาไรด์กิ่งก้านติดอยู่) ซึ่งมีบทบาทเป็น "เสาอากาศ" เนื่องจากการกำหนดค่าสายด้านข้างจำนวนมาก จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเครื่องหมายเฉพาะสำหรับเซลล์แต่ละประเภท ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องหมาย เซลล์สามารถจดจำเซลล์อื่นๆ และทำหน้าที่ร่วมกับเซลล์เหล่านั้น เช่น ในการก่อตัวของอวัยวะและเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ยังช่วยให้ระบบภูมิคุ้มกันสามารถจดจำแอนติเจนจากต่างประเทศได้

คุณสมบัติของการซึมผ่าน

เยื่อหุ้มเซลล์มีความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกได้: พวกมันค่อย ๆ เจาะผ่านพวกมันในรูปแบบต่างๆ:

• กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานหลัก
• กรดอะมิโนเป็นองค์ประกอบสำคัญที่ประกอบเป็นโปรตีนทั้งหมดในร่างกาย
• กรดไขมัน – โครงสร้าง พลังงาน และหน้าที่อื่นๆ
• กลีเซอรอล – ทำให้ร่างกายกักเก็บน้ำและลดการผลิตปัสสาวะ
• ไอออนเป็นเอนไซม์สำหรับทำปฏิกิริยา

ยิ่งไปกว่านั้น เมมเบรนเองก็ควบคุมกระบวนการนี้อย่างแข็งขันในระดับหนึ่ง - สารบางชนิดผ่านไปได้ในขณะที่บางชนิดไม่ผ่าน มีสี่กลไกหลักในการเข้าของสารเข้าสู่เซลล์หรือการกำจัดออกจากเซลล์สู่ภายนอก:

กลไกการซึมผ่านแบบพาสซีฟ:

1) การแพร่กระจาย

กลไกที่แตกต่างออกไปคือการอำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย ซึ่งโมเลกุลจำเพาะจะช่วยให้สสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ โมเลกุลนี้อาจมีช่องที่ยอมให้สารชนิดเดียวผ่านไปได้

การแพร่กระจาย-กระบวนการแทรกซึมกันของโมเลกุลของสารหนึ่งระหว่างโมเลกุลของอีกสารหนึ่ง

ออสโมซิส– กระบวนการแพร่กระจายทางเดียวผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านของโมเลกุลตัวทำละลายไปสู่ความเข้มข้นของตัวถูกละลายที่สูงขึ้น

เมมเบรนที่อยู่รอบเซลล์เม็ดเลือดปกติจะซึมผ่านได้เฉพาะกับโมเลกุลของน้ำ ออกซิเจน สารอาหารบางชนิดที่ละลายอยู่ในเลือดและของเสียจากเซลล์

กลไกการซึมผ่านที่ใช้งานอยู่:

1) การขนส่งที่ใช้งานอยู่

การขนส่งที่ใช้งานอยู่– การถ่ายโอนสารจากบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นสูง

การขนส่งแบบแอคทีฟต้องใช้พลังงานเนื่องจากเกิดขึ้นจากบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นสูง มีโปรตีนปั๊มพิเศษบนเมมเบรนที่ปั๊มโพแทสเซียมไอออน (K+) เข้าไปในเซลล์อย่างกระตือรือร้น และปั๊มโซเดียมไอออน (Na+) ออกจากเซลล์ โดยใช้ ATP เป็นพลังงาน

เอทีพี– แหล่งพลังงานสากลสำหรับกระบวนการทางชีวเคมีทั้งหมด .(เพิ่มเติมในภายหลัง)

2) ภาวะเอนโดโทซิส

อนุภาคที่ไม่สามารถผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้ด้วยเหตุผลบางประการ แต่มีความจำเป็นต่อเซลล์ สามารถทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยการเอนโดโทซิส

ภาวะเอนโดโทซิส– กระบวนการจับภาพ วัสดุภายนอกเซลล์

ความสามารถในการซึมผ่านแบบเลือกสรรของเมมเบรนระหว่างการขนส่งแบบพาสซีฟนั้นเกิดจากช่องทางพิเศษ - โปรตีนอินทิกรัล พวกมันทะลุผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้เกิดเป็นทางผ่าน องค์ประกอบ K, Na และ Cl มีช่องของตัวเอง สัมพันธ์กับการไล่ระดับความเข้มข้น โมเลกุลขององค์ประกอบเหล่านี้จะเคลื่อนที่เข้าและออกจากเซลล์ เมื่อระคายเคือง ช่องโซเดียมไอออนจะเปิดและโซเดียมไอออนไหลเข้าสู่เซลล์อย่างกะทันหัน ในกรณีนี้จะเกิดความไม่สมดุลของศักยภาพของเมมเบรน หลังจากนั้นศักยภาพของเมมเบรนกลับคืนมา ช่องโพแทสเซียมเปิดอยู่เสมอ ทำให้โพแทสเซียมไอออนเข้าสู่เซลล์ได้ช้าๆ

โครงสร้างเมมเบรน

การซึมผ่าน

การขนส่งที่ใช้งานอยู่

ออสโมซิส

ภาวะเอนโดโทซิส

เยื่อหุ้มเซลล์มีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อนซึ่งสามารถดูได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน โดยคร่าว ๆ มันประกอบด้วยไขมัน (ไขมัน) สองชั้น ซึ่งในนั้น สถานที่ที่แตกต่างกันรวมเปปไทด์ (โปรตีน) ต่างๆ ความหนารวมของเมมเบรนประมาณ 5-10 นาโนเมตร

โครงสร้างทั่วไปของเยื่อหุ้มเซลล์นั้นเป็นสากลสำหรับสิ่งมีชีวิตทั้งโลก อย่างไรก็ตาม เยื่อหุ้มของสัตว์นั้นมีคอเลสเตอรอลรวมอยู่ด้วย ซึ่งเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งของพวกมัน ความแตกต่างระหว่างเยื่อหุ้มของอาณาจักรสิ่งมีชีวิตต่าง ๆ ส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของเยื่อหุ้มเซลล์ด้านบน (ชั้น) ดังนั้นในพืชและเชื้อราจึงมีผนังเซลล์อยู่เหนือเยื่อหุ้มเซลล์ (ด้านนอก) ในพืชประกอบด้วยเซลลูโลสเป็นส่วนใหญ่ และในเชื้อราประกอบด้วยไคตินเป็นส่วนใหญ่ ในสัตว์ ชั้นเมมเบรนด้านบนเรียกว่าไกลโคคาลิกซ์

อีกชื่อหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์ เมมเบรนไซโตพลาสซึมหรือพลาสมาเมมเบรน

การศึกษาโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ในเชิงลึกเผยให้เห็นคุณลักษณะหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์

ไขมัน bilayer ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดเป็นส่วนใหญ่ สิ่งเหล่านี้คือไขมันซึ่งปลายด้านหนึ่งมีกรดฟอสฟอริกตกค้างซึ่งมีคุณสมบัติชอบน้ำ (นั่นคือมันดึงดูดโมเลกุลของน้ำ) ปลายที่สองของฟอสโฟไลปิดคือโซ่ กรดไขมันซึ่งมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (ไม่สร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำ)

โมเลกุลฟอสโฟไลปิดในเยื่อหุ้มเซลล์ถูกจัดเรียงเป็นสองแถวเพื่อให้ "ปลาย" ที่ไม่ชอบน้ำอยู่ด้านในและ "หัว" ที่ชอบน้ำอยู่ด้านนอก ผลลัพธ์ที่ได้คือโครงสร้างที่ค่อนข้างแข็งแกร่งซึ่งช่วยปกป้องเนื้อหาของเซลล์จากสภาพแวดล้อมภายนอก

การรวมโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์มีการกระจายไม่สม่ำเสมอนอกจากนี้ยังเคลื่อนที่ได้ (เนื่องจากฟอสโฟลิปิดในชั้นสองชั้นมีความคล่องตัวด้านข้าง) ตั้งแต่ทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ XX พวกเขาเริ่มพูดถึง โครงสร้างโมเสกของเหลวของเยื่อหุ้มเซลล์.

โปรตีนสามประเภทมีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับว่าโปรตีนรวมอยู่ในเมมเบรนอย่างไร: อินทิกรัล, กึ่งอินทิกรัลและอุปกรณ์ต่อพ่วง โปรตีนอินทิกรัลผ่านความหนาทั้งหมดของเมมเบรนและปลายของพวกมันยื่นออกมาทั้งสองด้าน พวกเขาทำหน้าที่ขนส่งเป็นหลัก ในโปรตีนกึ่งอินทิกรัล ปลายด้านหนึ่งอยู่ที่ความหนาของเมมเบรน และส่วนที่สองออกไปด้านนอก (จากด้านนอกหรือด้านใน) ทำหน้าที่ของเอนไซม์และตัวรับ โปรตีนส่วนปลายจะพบได้ที่พื้นผิวด้านนอกหรือด้านในของเมมเบรน

ลักษณะโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์บ่งชี้ว่าเป็นองค์ประกอบหลักของความซับซ้อนของพื้นผิวเซลล์ แต่ไม่ใช่องค์ประกอบเดียวเท่านั้น ส่วนประกอบอื่นๆ ได้แก่ ชั้นเมมเบรนด้านบนและชั้นเมมเบรนย่อย

ไกลโคคาลิกซ์ (ชั้นเยื่อหุ้มเหนือของสัตว์) เกิดจากโอลิโกแซ็กคาไรด์และโพลีแซ็กคาไรด์ รวมถึงโปรตีนส่วนปลายและส่วนที่ยื่นออกมาของโปรตีนอินทิกรัล ส่วนประกอบของ glycocalyx ทำหน้าที่รับหน้าที่

นอกจากไกลโคคาลิกซ์แล้ว เซลล์สัตว์ยังมีการก่อตัวของเยื่อเหนือเยื่ออื่นๆ ด้วย เช่น เมือก ไคติน เยื่อเพอริเล็มมา (คล้ายเยื่อ)

การก่อตัวของเยื่อหุ้มเซลล์ด้านบนในพืชและเชื้อราคือผนังเซลล์

ชั้นซับเมมเบรนของเซลล์คือไซโตพลาสซึมของพื้นผิว (hyaloplasm) โดยมีระบบรองรับการหดตัวของเซลล์รวมอยู่ในนั้นซึ่งมีไฟบริลซึ่งมีปฏิกิริยากับโปรตีนที่รวมอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ สัญญาณต่างๆ จะถูกส่งผ่านการเชื่อมต่อระดับโมเลกุลดังกล่าว

มีความหนา 8-12 นาโนเมตร ดังนั้นจึงไม่สามารถตรวจสอบด้วยกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงได้ ศึกษาโครงสร้างของเมมเบรนโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

พลาสมาเมมเบรนประกอบด้วยไขมัน 2 ชั้น ได้แก่ ชั้นบิลิพิดหรือชั้นไบเลเยอร์ แต่ละโมเลกุลประกอบด้วยหัวที่ชอบน้ำและหางที่ไม่ชอบน้ำ และใน เยื่อหุ้มชีวภาพไขมันถูกจัดเรียงโดยให้หัวออกด้านนอกและหางเข้าด้านใน

โมเลกุลโปรตีนจำนวนมากถูกแช่อยู่ในชั้นบิลิพิด บางส่วนอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรน (ภายนอกหรือภายใน) บางส่วนทะลุผ่านเมมเบรน

หน้าที่ของพลาสมาเมมเบรน

เมมเบรนช่วยปกป้องเนื้อหาของเซลล์จากความเสียหาย รักษารูปร่างของเซลล์ และเลือกอนุญาตได้ สารที่จำเป็นภายในเซลล์และกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญและยังช่วยให้มั่นใจในการสื่อสารระหว่างเซลล์

สิ่งกีดขวางที่ทำหน้าที่กำหนดขอบเขตของเมมเบรนนั้นมาจากไขมันสองชั้น ป้องกันไม่ให้เนื้อหาของเซลล์แพร่กระจายผสมกับสิ่งแวดล้อมหรือของเหลวระหว่างเซลล์ และป้องกันการแทรกซึมของสารอันตรายเข้าไปในเซลล์

แถว ฟังก์ชั่นที่จำเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมเกิดขึ้นเนื่องจากมีโปรตีนที่แช่อยู่ในนั้น ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีนตัวรับ มันสามารถรับรู้การระคายเคืองต่าง ๆ บนพื้นผิวของมัน โปรตีนขนส่งจะสร้างช่องทางที่ดีที่สุดที่โพแทสเซียม แคลเซียม และไอออนอื่นๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดเล็กผ่านเข้าและออกจากเซลล์ โปรตีนเป็นกระบวนการที่สำคัญในร่างกาย

อนุภาคอาหารขนาดใหญ่ที่ไม่สามารถผ่านช่องเมมเบรนบาง ๆ จะเข้าสู่เซลล์โดย phagocytosis หรือ pinocytosis ชื่อสามัญกระบวนการเหล่านี้เป็นกระบวนการเอนโดไซโทซิส

endocytosis เกิดขึ้นได้อย่างไร - การแทรกซึมของอนุภาคอาหารขนาดใหญ่เข้าไปในเซลล์?

อนุภาคอาหารสัมผัสกับเยื่อหุ้มเซลล์ด้านนอก และเกิดการแพร่กระจายขึ้น ณ จุดนี้ จากนั้นอนุภาคที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนจะเข้าสู่เซลล์เกิดถุงย่อยอาหารและเอนไซม์ย่อยอาหารจะแทรกซึมเข้าไปในถุงที่เกิดขึ้น

เซลล์เม็ดเลือดขาวที่สามารถจับและย่อยแบคทีเรียแปลกปลอมเรียกว่าเซลล์ฟาโกไซต์

ในกรณีของพิโนไซโตซิสการบุกรุกของเมมเบรนจะจับไม่ใช่อนุภาคของแข็ง แต่เป็นหยดของเหลวที่มีสารละลายอยู่ในนั้น กลไกนี้เป็นหนึ่งในวิธีหลักที่ทำให้สารเข้าสู่เซลล์

เซลล์พืชมีชั้นแข็งปกคลุมอยู่ด้านบนของเมมเบรน ผนังเซลล์, ไม่สามารถเกิดภาวะฟาโกไซโตซิสได้

กระบวนการย้อนกลับของ endocytosis คือ exocytosis สารสังเคราะห์ (เช่นฮอร์โมน) จะถูกบรรจุในถุงเมมเบรนเข้าใกล้เมมเบรนและถูกสร้างขึ้นภายในและเนื้อหาของถุงจะถูกปล่อยออกจากเซลล์ ด้วยวิธีนี้เซลล์จึงสามารถกำจัดผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญที่ไม่จำเป็นออกไปได้