เยื่อหุ้มเซลล์มีโครงสร้างค่อนข้างซับซ้อนซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล่าวโดยคร่าว ๆ มันประกอบด้วยลิปิด (ไขมัน) สองชั้นซึ่งมีเปปไทด์ (โปรตีน) ต่างกันอยู่ในที่ต่างๆ ความหนารวมของเมมเบรนประมาณ 5-10 นาโนเมตร

แผนผังทั่วไปของโครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์นั้นเป็นสากลสำหรับทั้งโลกของสิ่งมีชีวิต อย่างไรก็ตาม เยื่อหุ้มของสัตว์มีคอเลสเตอรอลรวมอยู่ด้วย ซึ่งเป็นตัวกำหนดความแข็งแกร่งของมัน ความแตกต่างระหว่างเยื่อหุ้มของอาณาจักรต่าง ๆ ของสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับการก่อตัวเหนือเมมเบรน (ชั้น) ดังนั้นในพืชและเชื้อราที่อยู่เหนือเยื่อหุ้มเซลล์ (ด้านนอก) จึงมีผนังเซลล์ ในพืชส่วนใหญ่ประกอบด้วยเซลลูโลสและในเชื้อรา - ของสารไคติน ในสัตว์ ชั้น epimembrane เรียกว่า glycocalyx

อีกชื่อหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์คือ เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมหรือพลาสมาเมมเบรน

การศึกษาเชิงลึกเกี่ยวกับโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์เผยให้เห็นคุณลักษณะหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับหน้าที่ที่ทำ

ไขมัน bilayer ประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดเป็นส่วนใหญ่ เหล่านี้เป็นไขมันซึ่งปลายด้านหนึ่งมีกรดฟอสฟอริกตกค้างที่มีคุณสมบัติชอบน้ำ (นั่นคือดึงดูดโมเลกุลของน้ำ) ปลายที่สองของฟอสโฟลิปิดคือสายโซ่ของกรดไขมันที่มีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ (ไม่สร้างพันธะไฮโดรเจนกับน้ำ)

โมเลกุลฟอสโฟลิปิดในเยื่อหุ้มเซลล์เรียงกันเป็นสองแถวเพื่อให้ "ปลาย" ที่ไม่ชอบน้ำอยู่ด้านในและ "หัว" ที่ชอบน้ำอยู่ด้านนอก ปรากฎโครงสร้างที่ค่อนข้างแข็งแรงซึ่งปกป้องเนื้อหาของเซลล์จากสภาพแวดล้อมภายนอก

การรวมโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์มีการกระจายอย่างไม่สม่ำเสมอ นอกจากนี้ พวกมันเคลื่อนที่ได้ (เนื่องจากฟอสโฟลิปิดใน bilayer มีการเคลื่อนไหวด้านข้าง) ตั้งแต่ยุค 70 ของศตวรรษที่ XX ผู้คนเริ่มพูดถึง โครงสร้างของเหลว-โมเสคของเยื่อหุ้มเซลล์.

ขึ้นอยู่กับว่าโปรตีนเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มเซลล์อย่างไร มีโปรตีนสามประเภท: อินทิกรัล กึ่งอินทิกรัล และอุปกรณ์ต่อพ่วง โปรตีนที่เป็นส่วนประกอบจะทะลุผ่านความหนาทั้งหมดของเมมเบรน และปลายของพวกมันจะยื่นออกมาทั้งสองด้าน พวกเขาทำหน้าที่ขนส่งเป็นหลัก ในโปรตีนกึ่งอินทิกรัล ปลายด้านหนึ่งอยู่ในความหนาของเมมเบรน และส่วนที่สองจะหลุดออกจากภายนอก (จากด้านนอกหรือด้านใน) พวกมันทำหน้าที่ของเอนไซม์และตัวรับ โปรตีนส่วนปลายจะพบที่ผิวด้านนอกหรือด้านในของเมมเบรน

ลักษณะโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ระบุว่าเป็นองค์ประกอบหลักของความซับซ้อนของพื้นผิวของเซลล์ แต่ไม่ใช่องค์ประกอบเดียว ส่วนประกอบอื่นๆ ได้แก่ ชั้นเหนือเมมเบรนและชั้นเมมเบรนย่อย

glycocalyx (ชั้นซูปราเมมเบรนของสัตว์) เกิดจากโอลิโกแซ็กคาไรด์และโพลีแซ็กคาไรด์ เช่นเดียวกับโปรตีนส่วนปลายและส่วนที่ยื่นออกมาของโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบ ส่วนประกอบของ glycocalyx ทำหน้าที่รับ

นอกจาก glycocalyx แล้ว เซลล์สัตว์ยังมีรูปแบบอื่นๆ

โครงสร้างเหนือเมมเบรนในพืชและเชื้อราคือผนังเซลล์

ชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์ใต้เยื่อหุ้มเซลล์คือไซโตพลาสซึมบนพื้นผิว (ไฮยาโลพลาสซึม) ที่มีระบบรองรับและหดตัวของเซลล์ซึ่งรวมอยู่ในนั้น เส้นใยซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับโปรตีนที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มเซลล์ สัญญาณต่าง ๆ ถูกส่งผ่านสารประกอบของโมเลกุลดังกล่าว

โครงสร้างของไบโอเมมเบรน เยื่อหุ้มที่ล้อมรอบเซลล์และออร์แกเนลล์ของเมมเบรนของเซลล์ยูคาริโอตมีองค์ประกอบและโครงสร้างทางเคมีร่วมกัน ได้แก่ ไขมัน โปรตีน และคาร์โบไฮเดรต ไขมันเมมเบรนส่วนใหญ่แสดงโดยฟอสโฟลิปิดและคอเลสเตอรอล โปรตีนเมมเบรนส่วนใหญ่เป็นโปรตีนที่ซับซ้อน เช่น ไกลโคโปรตีน คาร์โบไฮเดรตไม่ได้เกิดขึ้นเองในเยื่อหุ้มเซลล์ แต่เกี่ยวข้องกับโปรตีนและไขมัน ความหนาของเมมเบรนอยู่ที่ 7-10 นาโนเมตร

ตามแบบจำลองโมเสกของไหลของโครงสร้างเมมเบรนที่ยอมรับในปัจจุบัน ลิพิดก่อตัวเป็นสองชั้นหรือ ไขมัน bilayer,โดยที่ "หัว" ที่ชอบน้ำของโมเลกุลไขมันถูกเปิดออกด้านนอกและ "หาง" ที่ไม่ชอบน้ำถูกซ่อนอยู่ภายในเมมเบรน (รูปที่ 2.24) "หาง" เหล่านี้เนื่องจากความไม่ชอบน้ำทำให้แน่ใจได้ถึงการแยกเฟสที่เป็นน้ำของสภาพแวดล้อมภายในของเซลล์และสิ่งแวดล้อม โปรตีนเกี่ยวข้องกับไขมันผ่านปฏิกิริยาประเภทต่างๆ โปรตีนบางชนิดอยู่บนพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีนดังกล่าวเรียกว่า อุปกรณ์ต่อพ่วง,หรือ ผิวเผินโปรตีนอื่น ๆ ถูกแช่ในเมมเบรนบางส่วนหรือทั้งหมด - เหล่านี้คือ อินทิกรัล,หรือ โปรตีนแช่โปรตีนเมมเบรนทำหน้าที่เกี่ยวกับโครงสร้าง การขนส่ง ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวรับ และหน้าที่อื่นๆ

เมมเบรนไม่เหมือนกับคริสตัล ส่วนประกอบเคลื่อนที่ตลอดเวลา อันเป็นผลมาจากช่องว่างระหว่างโมเลกุลไขมัน - รูพรุนซึ่งสารต่างๆ สามารถเข้าหรือออกจากเซลล์ได้

เยื่อหุ้มชีวภาพแตกต่างกันไปตามตำแหน่งในเซลล์ องค์ประกอบทางเคมี และหน้าที่ของเยื่อหุ้มเซลล์ เมมเบรนประเภทหลักคือพลาสมาและภายใน

เมมเบรนพลาสม่า(รูปที่ 2.24) ประกอบด้วยไขมันประมาณ 45% (รวมถึงไกลโคลิปิด) โปรตีน 50% และคาร์โบไฮเดรต 5% กลุ่มของคาร์โบไฮเดรตที่ประกอบขึ้นเป็นโปรตีนเชิงซ้อน - ไกลโคโปรตีนและไขมันเชิงซ้อน - ไกลโคลิปิดที่ยื่นออกมาเหนือพื้นผิวของเมมเบรน Plasmalemmal glycoproteins มีความเฉพาะเจาะจงอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น การรับรู้ร่วมกันของเซลล์ต่างๆ ผ่านทางพวกมัน รวมถึงสเปิร์มและไข่

บนพื้นผิวของเซลล์สัตว์ สายโซ่คาร์โบไฮเดรตก่อตัวเป็นชั้นผิวบาง - ไกลโคคาไลซ์พบในเซลล์สัตว์เกือบทั้งหมด แต่ความรุนแรงไม่เท่ากัน (10-50 ไมครอน) glycocalyx ให้การเชื่อมต่อโดยตรงของเซลล์กับสภาพแวดล้อมภายนอกการย่อยนอกเซลล์เกิดขึ้นในนั้น ตัวรับจะอยู่ในไกลโคคาลิกซ์ เซลล์ของแบคทีเรีย พืช และเชื้อรา นอกเหนือไปจากพลาสมาเลมมา ยังล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์อีกด้วย

เยื่อหุ้มภายในเซลล์ยูคาริโอตแบ่งส่วนต่าง ๆ ของเซลล์สร้าง "ช่อง" ชนิดหนึ่ง - ช่องเก็บของ,ซึ่งมีส่วนช่วยในการแยกกระบวนการเผาผลาญและพลังงานต่างๆ พวกเขาอาจแตกต่างกันในองค์ประกอบทางเคมีและการทำงาน แต่ยังคงแผนทั่วไปของโครงสร้าง

หน้าที่ของเมมเบรน:

1. จำกัด. ประกอบด้วยการแยกพื้นที่ภายในของเซลล์ออกจากสภาพแวดล้อมภายนอก เมมเบรนเป็นแบบกึ่งซึมผ่านได้นั่นคือมีเพียงสารที่จำเป็นสำหรับเซลล์เท่านั้นที่สามารถเอาชนะได้อย่างอิสระในขณะที่มีกลไกในการขนส่งสารที่จำเป็น

2. ตัวรับ มันเกี่ยวข้องกับการรับรู้สัญญาณสิ่งแวดล้อมและการถ่ายโอนข้อมูลนี้ไปยังเซลล์เป็นหลัก โปรตีนตัวรับพิเศษมีหน้าที่นี้ โปรตีนเมมเบรนมีหน้าที่ในการจดจำเซลล์ตามหลักการ "เพื่อนหรือศัตรู" เช่นเดียวกับการก่อตัวของการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ซึ่งการศึกษาส่วนใหญ่เป็นไซแนปส์ของเซลล์ประสาท

3. ตัวเร่งปฏิกิริยา คอมเพล็กซ์ของเอนไซม์จำนวนมากตั้งอยู่บนเยื่อหุ้มซึ่งเป็นผลมาจากกระบวนการสังเคราะห์ที่เข้มข้นเกิดขึ้นกับพวกมัน

4. การแปลงพลังงาน เกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพลังงานการจัดเก็บในรูปของ ATP และค่าใช้จ่าย

5. การแบ่งส่วน เยื่อหุ้มเซลล์ยังกำหนดพื้นที่ภายในเซลล์ด้วย ด้วยเหตุนี้จึงแยกสารตั้งต้นของปฏิกิริยาและเอนไซม์ที่สามารถทำปฏิกิริยาที่สอดคล้องกันได้

6. การก่อตัวของผู้ติดต่อระหว่างเซลล์ แม้ว่าความหนาของเมมเบรนจะเล็กมากจนไม่สามารถแยกแยะด้วยตาเปล่าได้ แต่ในแง่หนึ่ง มันทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันที่น่าเชื่อถือพอสมควรสำหรับไอออนและโมเลกุล โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ละลายน้ำได้ และในทางกลับกัน ช่วยให้การถ่ายโอนเข้าเซลล์และออก

การขนส่งเมมเบรน เนื่องจากเซลล์ในฐานะระบบชีวภาพเบื้องต้นเป็นระบบเปิดเพื่อให้แน่ใจว่าเมตาบอลิซึมและพลังงานรักษาสภาวะสมดุลการเจริญเติบโตความหงุดหงิดและกระบวนการอื่น ๆ การถ่ายโอนสารผ่านเมมเบรนจึงเป็นสิ่งจำเป็น - การขนส่งเมมเบรน (รูปที่ 2.25) . ปัจจุบันการขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบ่งออกเป็นแบบแอกทีฟ พาสซีฟ เอนโด- และเอ็กโซไซโทซิส

การขนส่งแบบพาสซีฟ- เป็นการขนส่งประเภทหนึ่งที่เกิดขึ้นโดยไม่ใช้พลังงานจากความเข้มข้นที่สูงขึ้นไปสู่ระดับที่ต่ำกว่า โมเลกุลขนาดเล็กที่ไม่มีขั้ว (0 2 , CO 2 ) ที่ละลายได้ในไขมันจะทะลุผ่านเซลล์ได้ง่ายโดย การแพร่กระจายง่ายที่ไม่ละลายในไขมัน รวมถึงอนุภาคขนาดเล็กที่มีประจุ จะถูกหยิบขึ้นมาโดยโปรตีนพาหะหรือผ่านช่องทางพิเศษ (กลูโคส, กรดอะมิโน, K +, PO 4 3-) การขนส่งแบบพาสซีฟประเภทนี้เรียกว่า การแพร่กระจายที่สะดวกน้ำเข้าสู่เซลล์ผ่านรูพรุนในระยะไขมันและผ่านช่องทางพิเศษที่เรียงรายไปด้วยโปรตีน การลำเลียงน้ำผ่านเมมเบรนเรียกว่า ออสโมซิส(รูปที่ 2.26).

ออสโมซิสมีความสำคัญอย่างยิ่งในชีวิตของเซลล์เพราะหากวางในสารละลายที่มีความเข้มข้นของเกลือสูงกว่าในสารละลายเซลล์ น้ำจะเริ่มออกจากเซลล์และปริมาณของสิ่งมีชีวิตจะเริ่มลดลง . ในเซลล์สัตว์ เซลล์โดยรวมจะหดตัว และในเซลล์พืช ไซโตพลาสซึมจะล่าช้าหลังผนังเซลล์ซึ่งเรียกว่า พลาสโมไลซิส(รูปที่ 2.27).

เมื่อเซลล์ถูกวางในสารละลายที่มีความเข้มข้นน้อยกว่าไซโตพลาสซึม น้ำจะถูกส่งไปในทิศทางตรงกันข้าม - เข้าไปในเซลล์ อย่างไรก็ตาม มีข้อจำกัดในการยืดขยายของเมมเบรนของไซโตพลาสซึม และเซลล์ของสัตว์จะแตกออกในที่สุด ในขณะที่เซลล์พืชไม่อนุญาตโดยผนังเซลล์ที่แข็งแรง ปรากฏการณ์ของการเติมพื้นที่ภายในทั้งหมดของเซลล์ด้วยเนื้อหาเซลล์เรียกว่า ดีพลาสโมไลซิสควรคำนึงถึงความเข้มข้นของเกลือภายในเซลล์ในการเตรียมยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการให้ทางหลอดเลือดดำ เนื่องจากอาจทำให้เซลล์เม็ดเลือดเสียหายได้ (ในกรณีนี้ จะใช้น้ำเกลือที่มีความเข้มข้น 0.9% โซเดียมคลอไรด์) สิ่งนี้มีความสำคัญไม่น้อยในการเพาะปลูกเซลล์และเนื้อเยื่อตลอดจนอวัยวะของสัตว์และพืช

การขนส่งที่ใช้งานดำเนินการกับการใช้พลังงาน ATP จากความเข้มข้นของสารที่ต่ำกว่าไปสู่ระดับที่สูงขึ้น มันดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของปั๊มโปรตีนพิเศษ โปรตีนปั๊มไอออน K +, Na +, Ca 2+ และอื่น ๆ ผ่านเมมเบรนซึ่งมีส่วนช่วยในการขนส่งสารอินทรีย์ที่สำคัญที่สุดรวมถึงการเกิดขึ้นของแรงกระตุ้นเส้นประสาท ฯลฯ

เอนโดไซโทซิส- นี่เป็นกระบวนการที่ใช้งานอยู่ในการดูดซึมสารโดยเซลล์ซึ่งเมมเบรนก่อให้เกิดการบุกรุกจากนั้นจึงสร้างถุงน้ำเมมเบรน - ฟาโกโซมซึ่งวัตถุที่ถูกดูดกลืนนั้นถูกปิดล้อมไว้ ไลโซโซมปฐมภูมิจะหลอมรวมกับฟาโกโซมเพื่อสร้าง ไลโซโซมทุติยภูมิ,หรือ ฟาโกไลโซโซม,หรือ แวคิวโอลย่อยอาหารเนื้อหาของถุงถูกแยกออกโดยเอนไซม์ไลโซโซมและผลิตภัณฑ์จากความแตกแยกจะถูกดูดซึมและหลอมรวมโดยเซลล์ สารตกค้างที่ไม่ได้แยกแยะจะถูกลบออกจากเซลล์โดยกระบวนการเอ็กโซไซโทซิส endocytosis มีสองประเภทหลัก: phagocytosis และ pinocytosis

ฟาโกไซโตซิส- เป็นกระบวนการจับโดยพื้นผิวเซลล์และดูดซับอนุภาคของแข็งโดยเซลล์ และ พิโนไซโตซิส- ของเหลว Phagocytosis เกิดขึ้นส่วนใหญ่ในเซลล์สัตว์ (สัตว์เซลล์เดียว, เม็ดเลือดขาวของมนุษย์) มันให้สารอาหารและมักจะปกป้องร่างกาย (รูปที่ 2.28)

ผ่านพิโนไซโตซิสการดูดซึมโปรตีนคอมเพล็กซ์แอนติเจน - แอนติบอดีในกระบวนการของปฏิกิริยาภูมิคุ้มกัน ฯลฯ เกิดขึ้น อย่างไรก็ตามไวรัสจำนวนมากยังเข้าสู่เซลล์ผ่านพิโนไซโทซิสหรือฟาโกไซโทซิส ในเซลล์ของพืชและเชื้อรา phagocytosis นั้นแทบจะเป็นไปไม่ได้เลย เนื่องจากพวกมันถูกล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ที่แข็งแรง

เอ็กโซไซโทซิสเป็นกระบวนการย้อนกลับของเอนโดไซโทซิส ดังนั้นเศษอาหารที่ไม่ได้ย่อยจะถูกปล่อยออกมาจาก vacuoles ย่อยอาหาร สารที่จำเป็นสำหรับชีวิตของเซลล์และสิ่งมีชีวิตโดยรวมจะถูกลบออก ตัวอย่างเช่น การส่งกระแสประสาทเกิดขึ้นเนื่องจากการปลดปล่อยตัวกลางทางเคมีโดยเซลล์ประสาทที่ส่งแรงกระตุ้น - คนกลาง,และในเซลล์พืช คาร์โบไฮเดรดเสริมของเยื่อหุ้มเซลล์จะถูกปลดปล่อยออกมาในลักษณะนี้

ผนังเซลล์ของเซลล์พืช เชื้อรา และแบคทีเรีย นอกเมมเบรน เซลล์สามารถหลั่งโครงสร้างที่แข็งแรง - เยื่อหุ้มเซลล์,หรือ ผนังเซลล์.

ในพืช ผนังเซลล์ประกอบด้วย เซลลูโลส,บรรจุในกลุ่ม 50-100 โมเลกุล ช่องว่างระหว่างพวกเขาเต็มไปด้วยน้ำและคาร์โบไฮเดรตอื่น ๆ เปลือกของเซลล์พืชเต็มไปด้วยช่องทาง - พลาสโมเดสมาตา(รูปที่ 2.29) ซึ่งเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัมผ่าน

พลาสโมเดสมาตาขนส่งสารระหว่างเซลล์ อย่างไรก็ตาม การขนส่งสาร เช่น น้ำ สามารถเกิดขึ้นได้ตามผนังเซลล์ด้วยตัวมันเอง เมื่อเวลาผ่านไป สารต่างๆ รวมทั้งแทนนินหรือสารคล้ายไขมัน จะสะสมอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ของพืช ซึ่งนำไปสู่การเกาะเป็นก้อนหรือการอุดกั้นของผนังเซลล์เอง การเคลื่อนตัวของน้ำ และการตายของเนื้อหาในเซลล์ ระหว่างผนังเซลล์ของเซลล์พืชที่อยู่ใกล้เคียงมีแผ่นคล้ายเยลลี่ - แผ่นตรงกลางที่ยึดเข้าด้วยกันและประสานร่างกายของพืชโดยรวม พวกเขาจะถูกทำลายเฉพาะในกระบวนการสุกของผลและเมื่อใบไม้ร่วง

ผนังเซลล์ของเซลล์เชื้อราถูกสร้างขึ้น ไคติน- คาร์โบไฮเดรตที่มีไนโตรเจน พวกมันแข็งแรงเพียงพอและเป็นโครงกระดูกภายนอกของเซลล์ แต่ก็ยังป้องกันฟาโกไซโตซิสได้เหมือนในพืช

ในแบคทีเรีย ผนังเซลล์ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตที่มีเปปไทด์เป็นชิ้นๆ - มูรินอย่างไรก็ตามเนื้อหาจะแตกต่างกันไปตามกลุ่มแบคทีเรียที่แตกต่างกัน นอกผนังเซลล์ โพลีแซ็กคาไรด์อื่นๆ ยังสามารถถูกปล่อยออกมา ทำให้เกิดแคปซูลเมือกที่ปกป้องแบคทีเรียจากอิทธิพลภายนอก

เปลือกกำหนดรูปร่างของเซลล์ทำหน้าที่เป็นตัวรองรับทางกลทำหน้าที่ป้องกันให้คุณสมบัติออสโมติกของเซลล์ จำกัด การยืดของสิ่งมีชีวิตและป้องกันการแตกของเซลล์ซึ่งเพิ่มขึ้นเนื่องจากการไหลเข้าของ น้ำ. นอกจากนี้น้ำและสารที่ละลายในนั้นสามารถเอาชนะผนังเซลล์ก่อนที่จะเข้าสู่ไซโตพลาสซึมหรือในทางกลับกันเมื่อปล่อยทิ้งไว้ในขณะที่น้ำถูกขนส่งไปตามผนังเซลล์ได้เร็วกว่าผ่านไซโตพลาสซึม

9.5.1. หนึ่งในหน้าที่หลักของเมมเบรนคือการมีส่วนร่วมในการขนส่งสาร กระบวนการนี้จัดทำโดยกลไกหลักสามประการ: การแพร่กระจายอย่างง่าย การแพร่กระจายแบบสะดวก และการขนส่งเชิงรุก (รูปที่ 9.10) จำคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของกลไกเหล่านี้และตัวอย่างของสารที่ขนส่งในแต่ละกรณี

รูปที่ 9.10.กลไกการลำเลียงโมเลกุลผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

การแพร่กระจายง่าย- การถ่ายโอนสารผ่านเมมเบรนโดยไม่ต้องใช้กลไกพิเศษ การขนส่งเกิดขึ้นตามระดับความเข้มข้นโดยไม่ใช้พลังงาน สารชีวโมเลกุลขนาดเล็ก - H2O, CO2, O2, ยูเรีย, สารที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำที่ไม่ชอบน้ำถูกขนส่งโดยการแพร่กระจายอย่างง่าย อัตราการแพร่กระจายอย่างง่ายเป็นสัดส่วนกับการไล่ระดับความเข้มข้น

อำนวยความสะดวกในการแพร่กระจาย- การถ่ายโอนสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยใช้ช่องโปรตีนหรือโปรตีนตัวพาพิเศษ ดำเนินการตามระดับความเข้มข้นโดยไม่ใช้พลังงาน ขนส่งโมโนแซ็กคาไรด์, กรดอะมิโน, นิวคลีโอไทด์, กลีเซอรอล, ไอออนบางชนิด จลนพลศาสตร์ของความอิ่มตัวเป็นลักษณะเฉพาะ - ที่ความเข้มข้นที่แน่นอน (อิ่มตัว) ของสารที่ถ่ายโอน โมเลกุลของตัวพาทั้งหมดมีส่วนร่วมในการถ่ายโอนและความเร็วในการขนส่งถึงค่าที่จำกัด

การขนส่งที่ใช้งาน- ยังต้องการการมีส่วนร่วมของโปรตีนพาหะพิเศษ แต่การถ่ายโอนเกิดขึ้นกับการไล่ระดับความเข้มข้นและดังนั้นจึงต้องการพลังงาน ด้วยความช่วยเหลือของกลไกนี้ ไอออน Na+, K+, Ca2+, Mg2+ จะถูกขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ และโปรตอนผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย การขนส่งสารแบบแอคทีฟมีลักษณะเฉพาะด้วยจลนพลศาสตร์ของความอิ่มตัว

9.5.2. ตัวอย่างของระบบการขนส่งที่ดำเนินการขนส่งไอออนแบบแอ็คทีฟคือ Na+,K+ -adenosine triphosphatase (Na+,K+ -ATPase หรือ Na+,K+ -pump) โปรตีนนี้อยู่ในความหนาของพลาสมาเมมเบรนและสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาของการไฮโดรไลซิสของ ATP พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการไฮโดรไลซิสของ 1 โมเลกุล ATP ใช้เพื่อถ่ายโอน 3 Na + ion จากเซลล์ไปยังพื้นที่นอกเซลล์และ 2 K + ไอออนในทิศทางตรงกันข้าม (รูปที่ 9.11) อันเป็นผลมาจากการกระทำของ Na + , K + -ATPase ความแตกต่างของความเข้มข้นจะถูกสร้างขึ้นระหว่างไซโตซอลของเซลล์และของเหลวนอกเซลล์ เนื่องจากการขนส่งอิออนไม่เท่ากัน จึงเกิดความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า ดังนั้นศักย์ไฟฟ้าเคมีจึงเกิดขึ้น ซึ่งก็คือผลรวมของพลังงานของความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้า Δφ และพลังงานของความแตกต่างในความเข้มข้นของสาร ΔС ที่ทั้งสองด้านของเมมเบรน

รูปที่ 9.11แบบแผนของ Na+, K+ -pump

9.5.3. ถ่ายโอนผ่านเยื่อหุ้มอนุภาคและสารประกอบโมเลกุลใหญ่

นอกจากการขนส่งสารอินทรีย์และไอออนที่ดำเนินการโดยตัวพาแล้ว ยังมีกลไกพิเศษในเซลล์ที่ออกแบบมาเพื่อดูดซับและขจัดสารประกอบโมเลกุลขนาดใหญ่ออกจากเซลล์โดยการเปลี่ยนรูปร่างของไบโอเมมเบรน กลไกดังกล่าวเรียกว่า การขนส่งตุ่ม.

รูปที่ 9.12ประเภทของการขนส่ง vesicular: 1 - endocytosis; 2 - เอ็กโซไซโทซิส

ระหว่างการถ่ายโอนของโมเลกุลขนาดใหญ่ การก่อตัวตามลำดับและการรวมตัวของถุงน้ำ (ถุง) ที่ล้อมรอบด้วยเมมเบรนจะเกิดขึ้น ตามทิศทางของการขนส่งและลักษณะของสารที่ถ่ายโอน การขนส่งตุ่มประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

เอนโดไซโทซิส(รูปที่ 9.12, 1) - การถ่ายโอนสารเข้าสู่เซลล์ ขึ้นอยู่กับขนาดของถุงที่เกิดมี:

ก) พิโนไซโตซิส - การดูดซึมของของเหลวและโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ละลายน้ำ (โปรตีน โพลีแซคคาไรด์ กรดนิวคลีอิก) โดยใช้ฟองอากาศขนาดเล็ก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 150 นาโนเมตร)

ข) ฟาโกไซโตซิส — การดูดซับอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น จุลินทรีย์หรือเศษเซลล์ ในกรณีนี้จะเกิดถุงน้ำขนาดใหญ่เรียกว่า phagosomes ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 250 นาโนเมตร

พิโนไซโตซิสเป็นลักษณะเฉพาะของเซลล์ยูคาริโอตส่วนใหญ่ ในขณะที่เซลล์พิเศษดูดซับอนุภาคขนาดใหญ่ เช่น เม็ดเลือดขาวและมาโครฟาจ ในขั้นตอนแรกของ endocytosis สารหรืออนุภาคจะถูกดูดซับบนผิวเมมเบรนซึ่งกระบวนการนี้เกิดขึ้นโดยไม่ใช้พลังงาน ในขั้นตอนต่อไปเมมเบรนที่มีสารดูดซับจะลึกเข้าไปในไซโตพลาสซึม การลุกลามของพลาสมาเมมเบรนในท้องถิ่นที่เกิดขึ้นจะถูกเชื่อมจากผิวเซลล์ ก่อตัวเป็นถุงน้ำ ซึ่งจะย้ายเข้าสู่เซลล์ กระบวนการนี้เชื่อมต่อด้วยระบบไมโครฟิลาเมนต์และขึ้นอยู่กับพลังงาน ถุงน้ำและฟาโกโซมที่เข้าสู่เซลล์สามารถรวมเข้ากับไลโซโซมได้ เอ็นไซม์ที่มีอยู่ในไลโซโซมจะทำลายสารที่มีอยู่ในถุงน้ำดีและฟาโกโซมไปจนถึงผลิตภัณฑ์ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ (กรดอะมิโน โมโนแซ็กคาไรด์ นิวคลีโอไทด์) ซึ่งถูกส่งไปยังไซโตซอล ซึ่งเซลล์สามารถใช้พวกมันได้

เอ็กโซไซโทซิส(รูปที่ 9.12, 2) - การถ่ายโอนอนุภาคและสารประกอบขนาดใหญ่ออกจากเซลล์ กระบวนการนี้ เช่นเดียวกับเอนโดไซโทซิส ดำเนินไปพร้อมกับการดูดซับพลังงาน ประเภทหลักของ exocytosis คือ:

ก) การหลั่ง - การกำจัดสารที่ละลายน้ำออกจากเซลล์ที่ใช้หรือส่งผลต่อเซลล์อื่นๆ ของร่างกาย สามารถทำได้ทั้งโดยเซลล์ที่ไม่เฉพาะเจาะจงและเซลล์ของต่อมไร้ท่อ, เยื่อเมือกของทางเดินอาหาร, ปรับให้เข้ากับการหลั่งของสารที่ผลิต (ฮอร์โมน, สารสื่อประสาท, โพรเอ็นไซม์) ขึ้นอยู่กับความต้องการเฉพาะของร่างกาย .

โปรตีนที่หลั่งออกมาจะถูกสังเคราะห์บนไรโบโซมที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มของเอนโดพลาสมิกเรติเคิลแบบหยาบ โปรตีนเหล่านี้จะถูกส่งต่อไปยังอุปกรณ์กอลจิ ซึ่งจะถูกดัดแปลง คัดแยก คัดแยก และบรรจุลงในถุง ซึ่งจะถูกแยกออกเป็นไซโทซอลและหลอมรวมกับพลาสมาเมมเบรนในภายหลัง เพื่อให้เนื้อหาของถุงอยู่นอกเซลล์

อนุภาคขนาดเล็กที่หลั่งออกมา เช่น โปรตอน ต่างจากโมเลกุลขนาดใหญ่ ถูกลำเลียงออกจากเซลล์โดยใช้กลไกการแพร่ที่อำนวยความสะดวกและการขนส่งแบบแอคทีฟ

ข) การขับถ่าย - การกำจัดสารที่ไม่สามารถใช้ออกจากเซลล์ได้ (เช่น การกำจัดสารตาข่ายออกจาก reticulocytes ระหว่างการสร้างเม็ดเลือดแดง ซึ่งเป็นเศษรวมของออร์แกเนลล์) เห็นได้ชัดว่ากลไกการขับถ่ายประกอบด้วยความจริงที่ว่าในตอนแรกอนุภาคที่ปล่อยออกมานั้นอยู่ในถุงน้ำไซโตพลาสซึมซึ่งจะรวมเข้ากับเมมเบรนพลาสม่า

เยื่อหุ้มชีวภาพ
คำว่า "เมมเบรน" (ละตินเมมเบรน - ผิวหนัง, ฟิล์ม) เริ่มถูกนำมาใช้เมื่อ 100 กว่าปีที่แล้วเพื่ออ้างถึงขอบเขตของเซลล์ซึ่งในด้านหนึ่งทำหน้าที่เป็นอุปสรรคระหว่างเนื้อหาของเซลล์และสภาพแวดล้อมภายนอก และในทางกลับกันเป็นพาร์ทิชันกึ่งซึมผ่านซึ่งน้ำสามารถผ่านและสารบางชนิดได้ อย่างไรก็ตาม หน้าที่ของเมมเบรนยังไม่หมดเนื่องจากเยื่อหุ้มชีวภาพเป็นพื้นฐานของการจัดโครงสร้างของเซลล์
โครงสร้างของเมมเบรน ตามแบบจำลองนี้ เมมเบรนหลักคือลิปิดไบเลเยอร์ ซึ่งหางที่ไม่ชอบน้ำของโมเลกุลหันเข้าด้านในและหันส่วนหัวที่ชอบน้ำออกไปด้านนอก ไขมันถูกแทนด้วยฟอสโฟลิปิด - อนุพันธ์ของกลีเซอรอลหรือสฟิงโกซีน โปรตีนติดอยู่กับชั้นไขมัน โปรตีนอินทิกรัล (ทรานส์เมมเบรน) แทรกซึมผ่านเมมเบรนและมีความเกี่ยวข้องอย่างแน่นหนากับมัน อุปกรณ์ต่อพ่วงไม่เจาะและมีความเกี่ยวข้องกับเมมเบรนน้อยลง หน้าที่ของโปรตีนเมมเบรน: รักษาโครงสร้างของเมมเบรน รับและแปลงสัญญาณจากสิ่งแวดล้อม สิ่งแวดล้อม การขนส่งสารบางชนิด การเร่งปฏิกิริยาของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบนเยื่อบาง ๆ ความหนาของเมมเบรนอยู่ระหว่าง 6 ถึง 10 นาโนเมตร

คุณสมบัติของเมมเบรน:
1. ความลื่นไหล เมมเบรนไม่ใช่โครงสร้างที่แข็งกระด้าง โปรตีนและลิปิดส่วนใหญ่สามารถเคลื่อนที่ในระนาบของเมมเบรนได้
2. ไม่สมมาตร องค์ประกอบของชั้นนอกและชั้นในของโปรตีนและไขมันต่างกัน นอกจากนี้ เยื่อหุ้มเซลล์ในพลาสมาของเซลล์สัตว์ยังมีชั้นของไกลโคโปรตีนอยู่ด้านนอก (ไกลโคคาลิกซ์ซึ่งทำหน้าที่ส่งสัญญาณและตัวรับ และมีความสำคัญต่อการรวมเซลล์เป็นเนื้อเยื่อ)
3. ขั้ว. ด้านนอกของเมมเบรนมีประจุบวก ในขณะที่ด้านในมีประจุลบ
4. การซึมผ่านที่เลือกได้ เยื่อหุ้มเซลล์ของสิ่งมีชีวิตผ่านไปนอกจากน้ำแล้วมีเพียงโมเลกุลและไอออนของสารที่ละลายเท่านั้น (การใช้คำว่า "semipermeability" ที่เกี่ยวข้องกับเยื่อหุ้มเซลล์ไม่ถูกต้องทั้งหมดเนื่องจากแนวคิดนี้บอกเป็นนัยว่าเมมเบรนผ่านตัวทำละลายเท่านั้น โมเลกุลในขณะที่เก็บโมเลกุลและไอออนของตัวถูกละลายทั้งหมดไว้)

เยื่อหุ้มเซลล์ชั้นนอก (plasmalemma) เป็นฟิล์ม ultramicroscopic หนา 7.5 นาโนเมตร ประกอบด้วยโปรตีน ฟอสโฟลิปิด และน้ำ ฟิล์มยืดหยุ่นได้ดี เปียกน้ำได้ดีและฟื้นคืนความสมบูรณ์ได้อย่างรวดเร็วหลังความเสียหาย มีโครงสร้างที่เป็นสากล ตามแบบฉบับของเยื่อหุ้มชีวภาพทั้งหมด ตำแหน่งขอบเขตของเมมเบรนนี้, การมีส่วนร่วมในกระบวนการของการซึมผ่านที่เลือกได้, พิโนไซโทซิส, ฟาโกไซโตซิส, การขับถ่ายของผลิตภัณฑ์ขับถ่ายและการสังเคราะห์, ร่วมกับเซลล์ใกล้เคียงและปกป้องเซลล์จากความเสียหาย, ทำให้บทบาทของมันสำคัญมาก เซลล์สัตว์นอกเมมเบรนบางครั้งถูกปกคลุมด้วยชั้นบาง ๆ ซึ่งประกอบด้วยพอลิแซ็กคาไรด์และโปรตีน - ไกลโคคาลิกซ์ เซลล์พืชนอกเยื่อหุ้มเซลล์มีผนังเซลล์ที่แข็งแรงซึ่งสร้างการรองรับภายนอกและรักษารูปร่างของเซลล์ ประกอบด้วยเส้นใย (เซลลูโลส) ซึ่งเป็นโพลีแซ็กคาไรด์ที่ไม่ละลายน้ำ

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นโครงสร้างที่ปกคลุมภายนอกเซลล์ เรียกอีกอย่างว่า cytolemma หรือ plasmolemma

การก่อตัวนี้สร้างขึ้นจากชั้น bilipid (bilayer) ที่มีโปรตีนฝังอยู่ในนั้น คาร์โบไฮเดรตที่ประกอบเป็นพลาสมาเลมมาอยู่ในสถานะที่ถูกผูกไว้

การกระจายตัวของส่วนประกอบหลักของพลาสมาเมมเบรนมีดังนี้: มากกว่าครึ่งหนึ่งขององค์ประกอบทางเคมีคือโปรตีน หนึ่งในสี่ถูกครอบครองโดยฟอสโฟลิปิด และหนึ่งในสิบคือโคเลสเตอรอล

เยื่อหุ้มเซลล์และชนิดของมัน

เยื่อหุ้มเซลล์เป็นแผ่นฟิล์มบาง ๆ ซึ่งขึ้นอยู่กับชั้นของไลโปโปรตีนและโปรตีน

โดยการแปลเป็นภาษาท้องถิ่น ออร์แกเนลล์ของเมมเบรนจะมีความโดดเด่น ซึ่งมีคุณสมบัติบางอย่างในเซลล์พืชและเซลล์สัตว์:

• ไมโตคอนเดรีย;
• แกน;
• เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม;
• กอลจิคอมเพล็กซ์;
• ไลโซโซม;
• คลอโรพลาสต์ (ในเซลล์พืช)

นอกจากนี้ยังมีเยื่อหุ้มเซลล์ภายในและภายนอก (พลาสโมเลมา)

โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์

เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตที่ปกคลุมในรูปของไกลโคคาลิกซ์ นี่คือโครงสร้างเหนือเมมเบรนที่ทำหน้าที่กั้น โปรตีนที่อยู่ที่นี่อยู่ในสภาพอิสระ โปรตีนที่ไม่ผูกมัดเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาของเอนไซม์ ทำให้เกิดการสลายตัวของสารนอกเซลล์

โปรตีนของเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมแสดงด้วยไกลโคโปรตีน โดยองค์ประกอบทางเคมี โปรตีนจะถูกแยกออกซึ่งรวมอยู่ในชั้นไขมันโดยสมบูรณ์ (ตลอด) - โปรตีนอินทิกรัล ยังต่อพ่วงไม่ถึงพื้นผิวหนึ่งของพลาสมาเลมมา

หน้าที่เดิมเป็นตัวรับ จับกับสารสื่อประสาท ฮอร์โมน และสารอื่นๆ โปรตีนแทรกเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างช่องไอออนผ่านการขนส่งไอออนและซับสเตรตที่ชอบน้ำ อย่างหลังคือเอนไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยาภายในเซลล์

คุณสมบัติพื้นฐานของเมมเบรนพลาสม่า

ไขมัน bilayer ป้องกันการซึมผ่านของน้ำ ลิปิดเป็นสารประกอบที่ไม่ชอบน้ำในเซลล์ในรูปของฟอสโฟลิปิด กลุ่มฟอสเฟตถูกเปิดออกด้านนอกและประกอบด้วยสองชั้น: ชั้นนอก, นำไปสู่สภาพแวดล้อมนอกเซลล์และชั้นใน, แบ่งเนื้อหาภายในเซลล์

บริเวณที่ละลายน้ำได้เรียกว่า hydrophilic head ตำแหน่งกรดไขมันถูกควบคุมภายในเซลล์ ในรูปของหางไม่ชอบน้ำ ส่วนที่ไม่ชอบน้ำมีปฏิสัมพันธ์กับไขมันที่อยู่ใกล้เคียงซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าจะเกาะติดกัน ชั้นสองมีการซึมผ่านเฉพาะจุดในพื้นที่ต่างๆ

ดังนั้นตรงกลางเมมเบรนจึงไม่สามารถซึมผ่านกลูโคสและยูเรียได้สารที่ไม่ชอบน้ำจะผ่านได้อย่างอิสระที่นี่: คาร์บอนไดออกไซด์, ออกซิเจน, แอลกอฮอล์ คอเลสเตอรอลมีความสำคัญเนื้อหาของหลังกำหนดความหนืดของเมมเบรนในพลาสมา

หน้าที่ของเยื่อหุ้มชั้นนอกของเซลล์

คุณสมบัติของฟังก์ชันมีการระบุไว้โดยย่อในตาราง:

ฟังก์ชั่นเมมเบรน	คำอธิบาย
บทบาทอุปสรรค	พลาสมาเลมมาทำหน้าที่ป้องกัน ปกป้องเนื้อหาของเซลล์จากผลกระทบของสารแปลกปลอม เนื่องจากการจัดระเบียบพิเศษของโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต การซึมผ่านของเยื่อหุ้มพลาสมาจึงมั่นใจได้
ฟังก์ชั่นตัวรับ	ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจะถูกกระตุ้นในกระบวนการจับกับตัวรับ ดังนั้น การตอบสนองของภูมิคุ้มกันจึงเป็นสื่อกลางผ่านการจดจำสิ่งแปลกปลอมโดยอุปกรณ์รับของเซลล์ที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนเยื่อหุ้มเซลล์
ฟังก์ชั่นการขนส่ง	การปรากฏตัวของรูขุมขนในพลาสมาเลมาช่วยให้คุณควบคุมการไหลของสารเข้าสู่เซลล์ กระบวนการถ่ายโอนดำเนินไปอย่างเฉยเมย (โดยไม่ใช้พลังงาน) สำหรับสารประกอบที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ การถ่ายเทแบบแอคทีฟเกี่ยวข้องกับการใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการสลายอะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต (ATP) วิธีนี้ใช้สำหรับการถ่ายโอนสารประกอบอินทรีย์
การมีส่วนร่วมในกระบวนการย่อยอาหาร	สารจะสะสมอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ (การดูดซับ) ตัวรับจับกับซับสเตรตโดยเคลื่อนเข้าไปภายในเซลล์ มีการสร้างถุงน้ำขึ้นภายในเซลล์อย่างอิสระ เมื่อรวมเข้าด้วยกันถุงดังกล่าวจะสร้างไลโซโซมด้วยเอนไซม์ไฮโดรไลติก
การทำงานของเอนไซม์	เอ็นไซม์ ส่วนประกอบที่จำเป็นของการย่อยภายในเซลล์ ปฏิกิริยาที่ต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยามีส่วนร่วมกับเอนไซม์

เยื่อหุ้มเซลล์มีความสำคัญอย่างไร

เยื่อหุ้มเซลล์มีส่วนเกี่ยวข้องในการรักษาสภาวะสมดุลเนื่องจากการคัดเลือกสารเข้าและออกจากเซลล์สูง (ในทางชีววิทยาเรียกว่าการซึมผ่านแบบคัดเลือก)

ผลพลอยได้ของพลาสโมเลมาแบ่งเซลล์ออกเป็นส่วน ๆ (ช่อง) ที่รับผิดชอบในการทำหน้าที่บางอย่าง เมมเบรนที่จัดเรียงโดยเฉพาะซึ่งสอดคล้องกับโครงร่างของของเหลว - โมเสกช่วยให้มั่นใจถึงความสมบูรณ์ของเซลล์