النقل الجزيئي. النقل السلبي والفعال للمواد عبر الغشاء

ترتبط معظم عمليات الحياة ، مثل الامتصاص ، والإفراز ، وتوصيل النبضات العصبية ، وتقلص العضلات ، وتخليق ATP ، والحفاظ على التركيب الأيوني الثابت والمحتوى المائي ، بنقل المواد عبر الأغشية. تسمى هذه العملية في الأنظمة البيولوجية المواصلات . يحدث تبادل المواد بين الخلية وبيئتها باستمرار. تعتمد آليات نقل المواد داخل الخلية وخارجها على حجم الجسيمات المنقولة. يتم نقل الجزيئات والأيونات الصغيرة بواسطة الخلية مباشرة عبر الغشاء في شكل نقل سلبي ونشط.

النقل السلبيتتم بدون إنفاق للطاقة ، على طول تدرج التركيز عن طريق الانتشار البسيط أو الترشيح أو التناضح أو الانتشار الميسر.

انتشار - تغلغل المواد عبر الغشاء على طول تدرج التركيز (من المنطقة التي يكون تركيزها فيها أعلى إلى المنطقة التي يكون تركيزها فيها أقل) ؛ تحدث هذه العملية دون إنفاق الطاقة بسبب الحركة الفوضوية للجزيئات. يتم النقل المنتشر للمواد (الماء ، الأيونات) بمشاركة بروتينات متكاملة للغشاء ، حيث توجد مسام جزيئية (قنوات تمر من خلالها الجزيئات والأيونات المذابة) ، أو بمشاركة مرحلة الدهون (للدهون) - مواد قابلة للذوبان). بمساعدة الانتشار ، تدخل جزيئات الأكسجين المذابة وثاني أكسيد الكربون ، وكذلك السموم والأدوية ، إلى الخلية.

أرز. أنواع النقل عبر الغشاء 1 - الانتشار البسيط ؛ 2 - الانتشار عبر قنوات الغشاء. 3 - انتشار سهل بمساعدة البروتينات الحاملة ؛ 4 - النقل النشط.

نشر الميسر. يحدث نقل المواد عبر طبقة الدهون الثنائية عن طريق الانتشار البسيط بمعدل منخفض ، خاصة في حالة الجسيمات المشحونة ، ويكاد يكون غير متحكم فيه. لذلك ، في عملية التطور ، ظهرت قنوات غشائية محددة وحاملات أغشية لبعض المواد ، مما يساهم في زيادة معدل النقل ، بالإضافة إلى تنفيذ انتقائيالمواصلات. يسمى النقل السلبي للمواد عن طريق الناقلات نشر الميسر. يتم بناء بروتينات حاملة خاصة (بيرميز) في الغشاء. ترتبط Permeases بشكل انتقائي بواحد أو أيون أو جزيء آخر وتنقلها عبر الغشاء. في هذه الحالة ، تتحرك الجسيمات بشكل أسرع من الانتشار التقليدي.

التنافذ - دخول الماء إلى الخلايا من محلول ناقص التوتر.

الترشيح - تسرب المواد المسامية نحو قيم ضغط أقل. مثال على الترشيح في الجسم هو نقل الماء عبر جدران الأوعية الدموية ، وضغط بلازما الدم في الأنابيب الكلوية.

أرز. حركة الكاتيونات على طول التدرج الكهروكيميائي.

النقل النشط. إذا كان النقل السلبي موجودًا فقط في الخلايا ، فستكون التركيزات والضغوط والكميات الأخرى خارج الخلية وداخلها متساوية. لذلك ، هناك آلية أخرى تعمل في الاتجاه ضد التدرج الكهروكيميائي وتحدث مع إنفاق الخلية للطاقة. يسمى نقل الجزيئات والأيونات ضد التدرج الكهروكيميائي ، الذي تقوم به الخلية بسبب طاقة عمليات التمثيل الغذائي ، بالنقل النشط ، وهو متأصل فقط في الأغشية البيولوجية. يحدث النقل النشط لمادة عبر الغشاء بسبب الطاقة الحرة المنبعثة أثناء التفاعلات الكيميائية داخل الخلية. يؤدي النقل النشط في الجسم إلى تدرجات تركيز وإمكانيات كهربائية وضغوط ، أي. يحافظ على الحياة في الجسم.

يتكون النقل النشط من حركة المواد مقابل تدرج التركيز بمساعدة بروتينات النقل (porins ، ATPases ، إلخ) ، والتي تتشكل مضخات الحجاب الحاجز، مع إنفاق طاقة ATP (مضخة البوتاسيوم والصوديوم ، وتنظيم تركيز أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم في الخلايا ، وتناول السكريات الأحادية ، والنيوكليوتيدات ، والأحماض الأمينية). تمت دراسة ثلاثة أنظمة نقل نشطة رئيسية ، والتي توفر نقل أيونات Na و K و Ca و H عبر الغشاء.

آلية. يتم توزيع أيونات K + و Na + بشكل غير متساو على جوانب مختلفة من الغشاء: تركيز Na + خارج> K + أيونات ، وداخل الخلية K +> Na +. تنتشر هذه الأيونات عبر الغشاء في اتجاه التدرج الكهروكيميائي ، مما يؤدي إلى محاذاتها. تعد مضخات Na-K جزءًا من الأغشية السيتوبلازمية وتعمل بسبب طاقة التحلل المائي لجزيئات ATP مع تكوين جزيئات ADP والفوسفات غير العضوي و ن: ATP \ u003d ADP + P n.تعمل المضخة بشكل عكسي: تعمل تدرجات تركيز الأيونات على تعزيز تخليق جزيئات ATP من mol-l ADP و F n: ADP + F n \ u003d ATP.

مضخة Na + / K + عبارة عن بروتين عبر الغشاء قادر على إجراء تغييرات توافقية ، ونتيجة لذلك يمكنه ربط كل من "K +" و "Na +". في دورة تشغيل واحدة ، تزيل المضخة ثلاثة "Na +" من الخلية وتبدأ "K +" بسبب طاقة جزيء ATP. تستهلك مضخة الصوديوم والبوتاسيوم ما يقرب من ثلث الطاقة اللازمة لحياة الخلية.

ليس فقط الجزيئات الفردية ، ولكن أيضًا المواد الصلبة يمكن أن تنتقل عبر الغشاء ( البلعمة)، حلول ( كثرة الكريات). البلعمة – التقاط وامتصاص الجسيمات الكبيرة(الخلايا وأجزاء الخلايا والجزيئات الكبيرة) و كثرة الكريات – التقاط وامتصاص المواد السائلة(محلول ، محلول غرواني ، معلق). يتراوح حجم الفجوات بين الخلايا الناتجة في الحجم من 0.01 إلى 1-2 ميكرون. ثم تغرق الفجوة في السيتوبلازم وتخرج. في الوقت نفسه ، يحتفظ جدار الفجوة بين الخلايا تمامًا بهيكل غشاء البلازما الذي أدى إلى ظهوره.

إذا تم نقل مادة إلى الخلية ، فسيتم استدعاء طريقة النقل هذه الالتقام (نقل إلى الخلية عن طريق الصنوبر المباشر أو البلعمة) ، إذا كان بالخارج ، إذن - طرد خلوي (النقل خارج الخلية عن طريق الصنوبر العكسي - أو البلعمة). في الحالة الأولى ، يتم تشكيل الانغماس على الجانب الخارجي من الغشاء ، والذي يتحول تدريجياً إلى فقاعة. تنفصل الفقاعة عن الغشاء الموجود داخل الخلية. تحتوي هذه الحويصلة على مادة منقولة محاطة بغشاء ثنائي الشحوم (حويصلة). بعد ذلك ، تندمج الحويصلة مع بعض عضيات الخلية وتطلق محتوياتها فيها. في حالة الإفراز الخلوي ، تحدث العملية بترتيب عكسي: تقترب الحويصلة من الغشاء من داخل الخلية ، وتندمج معها ، وتخرج محتوياتها في الفضاء بين الخلايا.

يوجد في الغشاء نوعان من أنظمة البروتين المتخصصة المتخصصة التي تضمن نقل الأيونات عبر غشاء الخلية: مضخات الأيوناتو القنوات الأيونية. أي أن هناك نوعان رئيسيان من النقل الأيوني عبر الغشاء: سلبي ونشط.

مضخات الأيونات وتدرجات أيونات الغشاء

المضخات الأيونية (مضخات)- بروتينات متكاملة توفر النقل النشط للأيونات مقابل تدرج التركيز. طاقة النقل هي طاقة التحلل المائي ATP. توجد مضخة Na + / K + (مضخات Na + خارج الخلية مقابل K +) ، مضخة Ca ++ (مضخات Ca ++ خارج الخلية) ، مضخة Cl (مضخات Cl - خارج الخلية) .

نتيجة لتشغيل المضخات الأيونية ، يتم إنشاء التدرجات الأيونية عبر الغشاء والحفاظ عليها:

• تركيز Na + ، Ca ++ ، Cl داخل الخلية أقل من الخارج (في السائل الخلالي) ؛
• تركيز K + داخل الخلية أعلى من الخارج.

آلية مضخة الصوديوم والبوتاسيوم.ينقل NCH في دورة واحدة 3 أيونات Na + من الخلية و 2 K + أيونات إلى الخلية. هذا يرجع إلى حقيقة أن جزيء البروتين المتكامل يمكن أن يكون في موضعين. يحتوي جزيء البروتين الذي يشكل القناة على موقع نشط يربط إما Na + أو K +. في الموضع (التشكل) 1 ، يواجه داخل الخلية ويمكنه إرفاق Na +. يتم تنشيط إنزيم ATPase ، الذي يكسر ATP إلى ADP. نتيجة لذلك ، يتم تحويل الجزيء إلى التشكل 2. في الموضع 2 ، يواجه خارج الخلية ويمكنه إرفاق K +. ثم يتغير التشكل مرة أخرى وتتكرر الدورة.

القنوات الأيونية

القنوات الأيونية- بروتينات متكاملة توفر النقل السلبي للأيونات على طول تدرج التركيز. طاقة النقل هي الفرق في تركيز الأيونات على جانبي الغشاء (التدرج الأيوني عبر الغشاء).

القنوات غير الانتقائية لها الخصائص التالية:

• تمرير جميع أنواع الأيونات ، لكن نفاذية أيونات K + أعلى بكثير من أيونات أخرى ؛
• دائما مفتوحة.

القنوات الانتقائية لها الخصائص التالية:

• تمرير نوع واحد فقط من الأيونات ؛ كل نوع من الأيونات له نوع خاص به من القنوات ؛
• يمكن أن يكون في واحدة من 3 حالات: مغلق ، مفعل ، غير نشط.

يتم توفير النفاذية الانتقائية للقناة الانتقائية مرشح انتقائيالتي تتكون من حلقة من ذرات الأكسجين سالبة الشحنة ، والتي تقع في أضيق نقطة في القناة.

يتم توفير تغيير حالة القناة من خلال العملية آلية البوابة, والذي يمثله جزيئان من البروتين. يمكن لجزيئات البروتين هذه ، التي تسمى بوابات التنشيط وبوابات التعطيل ، عن طريق تغيير شكلها ، أن تسد القناة الأيونية.

في حالة السكون ، يتم إغلاق بوابة التنشيط ، وبوابة التعطيل مفتوحة (القناة مغلقة). عند تطبيق إشارة على نظام البوابة ، تفتح بوابة التنشيط ويبدأ نقل الأيونات عبر القناة (يتم تنشيط القناة). مع إزالة الاستقطاب بشكل كبير من غشاء الخلية ، يتم إغلاق بوابة التعطيل وتوقف نقل الأيونات (القناة معطلة). عندما يتم استعادة مستوى الراحة المحتملة ، تعود القناة إلى حالتها الأصلية (مغلقة).

اعتمادًا على الإشارة التي تتسبب في فتح بوابة التنشيط ، يتم تقسيم القنوات الأيونية الانتقائية إلى:

• قنوات حساسة كيميائيا- إشارة فتح بوابة التنشيط هي تغيير في تكوين بروتين المستقبل المرتبط بالقناة نتيجة ارتباط يجند بها ؛
• القنوات الحساسة للجهد- إشارة لفتح بوابة التنشيط هي انخفاض في إمكانية الراحة (إزالة الاستقطاب) لغشاء الخلية إلى مستوى معين ، وهو ما يسمى المستوى الحرج لإزالة الاستقطاب(كود).

توجد عدة آليات لنقل المواد عبر الغشاء.

انتشار- تغلغل المواد عبر الغشاء على طول تدرج التركيز (من المنطقة التي يكون تركيزها فيها أعلى إلى المنطقة التي يكون تركيزها فيها أقل). يتم نقل المواد المنتشر (الماء ، الأيونات) بمشاركة بروتينات الغشاء ، التي لها مسام جزيئية ، أو بمشاركة مرحلة الدهون (للمواد القابلة للذوبان في الدهون).

مع انتشار سهلترتبط بروتينات حاملة غشاء خاصة بشكل انتقائي بأيون أو جزيء أو آخر وتحملها عبر الغشاء على طول تدرج تركيز.

النقل النشطيرتبط بتكاليف الطاقة ويعمل على نقل المواد مقابل تدرج تركيزها. هويتم تنفيذه بواسطة بروتينات حاملة خاصة ، والتي تشكل ما يسمى بـ مضخات الأيونات.الأكثر دراسة هي مضخة Na- / K في الخلايا الحيوانية ، والتي تضخ بشكل نشط أيونات الصوديوم إلى الخارج ، بينما تمتص أيونات K ، ونتيجة لذلك ، يتم الحفاظ على تركيز كبير من K- وتركيز Na + أقل في الخلية مقارنة على البيئة. تستهلك هذه العملية طاقة ATP. نتيجة للنقل النشط بمساعدة مضخة غشاء ، يتم أيضًا تنظيم تركيز Mg2- و Ca2 + في الخلية. انتشار الخلايا الغشائية الأيونية

في عملية النقل النشط للأيونات إلى الخلية ، تخترق السكريات المختلفة والنيوكليوتيدات والأحماض الأمينية عبر الغشاء السيتوبلازمي.

لا تمر الجزيئات الكبيرة من البروتينات والأحماض النووية والسكريات المتعددة ومجمعات البروتين الدهني وما إلى ذلك عبر أغشية الخلايا ، على عكس الأيونات والمونومرات. يحدث نقل الجزيئات الكبيرة ومجمعاتها وجزيئاتها إلى الخلية بطريقة مختلفة تمامًا - من خلال الالتقام الخلوي. في الالتقام (endocytosis)... - بالداخل) يلتقط قسم معين من غشاء البلازما المادة خارج الخلية ، كما هو الحال ، ويغلفها في فجوة غشائية نشأت نتيجة انقلاب الغشاء. بعد ذلك ، يتم توصيل هذه الفجوة بجسيم حلزوني ، حيث تقوم إنزيماته بتكسير الجزيئات الكبيرة إلى مونومرات.

عملية الالتقام العكسي هي خروج الخلايا (exo... - الخارج). بفضله ، تزيل الخلية المنتجات داخل الخلايا أو البقايا غير المهضومة المحاطة بالفجوات أو الحويصلات. تقترب الحويصلة من الغشاء السيتوبلازمي وتندمج معها وتطلق محتوياتها في البيئة. كيف تفرز إنزيمات الجهاز الهضمي والهرمونات والهيميسليلوز وما إلى ذلك.

وهكذا ، فإن الأغشية البيولوجية ، بصفتها العناصر الهيكلية الرئيسية للخلية ، لا تعمل فقط كحدود فيزيائية ، بل أسطح وظيفية ديناميكية. على أغشية العضيات ، يتم تنفيذ العديد من العمليات الكيميائية الحيوية ، مثل الامتصاص النشط للمواد ، وتحويل الطاقة ، وتوليف ATP ، إلخ.

• · الحاجز - يوفر التمثيل الغذائي المنظم والانتقائي والسلبي والنشط مع البيئة. على سبيل المثال ، يحمي غشاء البيروكسيسوم السيتوبلازم من البيروكسيدات التي تشكل خطورة على الخلية. تعني النفاذية الانتقائية أن نفاذية الغشاء إلى ذرات أو جزيئات مختلفة تعتمد على حجمها وشحنتها الكهربائية و الخواص الكيميائية. تضمن النفاذية الانتقائية فصل الخلايا و مقصورات خلويةمن البيئة وتزويدهم بالمواد الضرورية.
• · النقل - يتم نقل المواد من خلال الغشاء إلى الخلية وخارجها. يوفر النقل عبر الأغشية: توصيل العناصر الغذائية ، وإزالة المنتجات النهائية لعملية التمثيل الغذائي ، وإفراز مواد مختلفة ، وإنشاء التدرجات الأيونية ، والحفاظ على درجة الحموضة المثلى في الخلية وتركيز الأيونات اللازمة لعمل الانزيمات الخلوية. الجسيمات التي لا تستطيع ، لسبب ما ، عبور طبقة ثنائية الفوسفوليبيد (على سبيل المثال ، بسبب الخصائص المحبة للماء ، نظرًا لأن الغشاء كاره للماء من الداخل ولا يسمح بمرور المواد المحبة للماء ، أو بسبب حجمها الكبير) ، ولكنها ضرورية للخلية ، يمكن أن تخترق الغشاء من خلال بروتينات حاملة خاصة (ناقلات) وبروتينات قناة أو عن طريق الالتقام الخلوي.

في النقل السلبيتعبر المواد طبقة الدهون الثنائية دون إنفاق الطاقة على طول تدرج التركيز عن طريق الانتشار. أحد أشكال هذه الآلية هو الانتشار الميسر ، حيث يساعد جزيء معين مادة ما على المرور عبر الغشاء. قد يكون لهذا الجزيء قناة تسمح بنوع واحد فقط من المادة بالمرور.

النقل النشطتتطلب طاقة ، لأنها تحدث مقابل تدرج التركيز. توجد بروتينات مضخة خاصة على الغشاء ، بما في ذلك ATPase ، والتي تضخ بنشاط أيونات البوتاسيوم (K +) في الخلية وتضخ أيونات الصوديوم (Na +) خارجها.

• • المصفوفة - توفر موقعًا نسبيًا واتجاهًا معينًا لبروتينات الغشاء وتفاعلها الأمثل.
• ميكانيكي - يضمن استقلالية الخلية وتركيباتها داخل الخلايا وكذلك الاتصال بالخلايا الأخرى (في الأنسجة). تلعب جدران الخلايا دورًا مهمًا في توفير الوظيفة الميكانيكية ، وفي الحيوانات - مادة بين الخلايا.
• الطاقة - أثناء عملية التمثيل الضوئي في البلاستيدات الخضراء والتنفس الخلوي في الميتوكوندريا ، تعمل أنظمة نقل الطاقة في أغشيتها ، والتي تشارك فيها البروتينات أيضًا ؛
• مستقبلات - بعض البروتينات الموجودة في الغشاء هي مستقبلات (جزيئات تستقبل بها الخلية إشارات معينة).

على سبيل المثال ، تعمل الهرمونات المنتشرة في الدم فقط على الخلايا المستهدفة التي تحتوي على مستقبلات مقابلة لتلك الهرمونات. الناقلات العصبية ( مواد كيميائية، والتي تضمن توصيل النبضات العصبية) ترتبط أيضًا ببروتينات مستقبلات محددة للخلايا المستهدفة.

• الأنزيمية - البروتينات الغشائية غالبًا ما تكون إنزيمات. على سبيل المثال ، تحتوي أغشية البلازما للخلايا الظهارية المعوية على إنزيمات هضمية.
• · تنفيذ توليد وتوصيل القدرات الحيوية.

بمساعدة الغشاء ، يتم الحفاظ على تركيز ثابت للأيونات في الخلية: تركيز أيون K داخل الخلية أعلى بكثير من تركيزه في الخارج ، وتركيز Na أقل بكثير ، وهو أمر مهم للغاية ، حيث هذا يحافظ على فرق الجهد عبر الغشاء ويولد نبضة عصبية.

وسم الخلية - توجد مستضدات على الغشاء تعمل كواسمات - "ملصقات" تسمح بتحديد الخلية. هذه هي البروتينات السكرية (أي البروتينات ذات السلاسل الجانبية قليلة السكاريد المتفرعة المرتبطة بها) التي تلعب دور "الهوائيات". نظرًا لعدد لا يحصى من تكوينات السلسلة الجانبية ، فمن الممكن عمل علامة محددة لكل نوع خلية. بمساعدة العلامات ، يمكن للخلايا التعرف على الخلايا الأخرى والعمل بالتنسيق معها ، على سبيل المثال ، عند تكوين الأعضاء والأنسجة. كما يسمح للجهاز المناعي بالتعرف على المستضدات الأجنبية.

ملخص المحاضرة رقم 3.

عنوان. المستويات الخلوية والخلوية لتنظيم الأحياء.

هيكل الأغشية البيولوجية.

أساس الغشاء البيولوجي لجميع الكائنات الحية هو بنية فوسفورية مزدوجة. الدهون الفسفورية في أغشية الخلايا عبارة عن دهون ثلاثية ، في أحدها أحماض دهنيةيحل محله حمض الفوسفوريك. يتم توجيه "الرؤوس" المحبة للماء و "الذيل" الكارهة للماء لجزيئات الفسفوليبيد بحيث يظهر صفان من الجزيئات ، تغطي رؤوسهما "ذيول" من الماء.

يتم دمج البروتينات من مختلف الأحجام والأشكال في مثل هذا الهيكل الفسفوري.

يتم تحديد الخصائص والميزات الفردية للغشاء بشكل أساسي عن طريق البروتينات. تحدد تركيبة البروتين المختلفة الاختلاف في بنية ووظائف العضيات لأي نوع حيواني. تأثير تكوين الدهون الغشائية على خصائصها أقل بكثير.

نقل المواد عبر الأغشية البيولوجية.

ينقسم نقل المواد عبر الغشاء إلى سلبي (بدون تكاليف طاقة على طول تدرج التركيز) ونشط (مع تكاليف الطاقة).

النقل السلبي: الانتشار ، الانتشار الميسر ، التناضح.

الانتشار هو حركة الجزيئات الذائبة في الوسط من منطقة عالية التركيز إلى منطقة تركيز منخفض (انحلال السكر في الماء).

الانتشار الميسر هو الانتشار بمساعدة بروتين القناة (دخول الجلوكوز في كريات الدم الحمراء).

التناضح هو حركة جزيئات المذيب من منطقة ذات تركيز منخفض من المذاب إلى منطقة ذات تركيز عالٍ (تتضخم كريات الدم الحمراء وتندفع في الماء المقطر).

ينقسم النقل النشط إلى نقل مرتبط بتغيير في شكل الغشاء والنقل بواسطة مضخات - إنزيمات - بروتينات.

في المقابل ، ينقسم النقل المرتبط بتغيير شكل الأغشية إلى ثلاثة أنواع.

البلعمة هي التقاط ركيزة كثيفة (تلتقط خلايا الدم البيضاء الضامة بكتيريا).

كثرة الخلايا الجنينية هو التقاط السوائل (تغذية خلايا الجنين في المراحل الأولى من التطور داخل الرحم).

النقل بمضخات البروتينات والإنزيمات هو حركة مادة عبر الغشاء بمساعدة بروتينات حاملة مدمجة في الغشاء (نقل أيونات الصوديوم والبوتاسيوم "من" و "إلى" الخلية ، على التوالي).

حسب الاتجاه ، ينقسم النقل إلى طرد خلوي(خارج الخلية) و الالتقام(في خلية).

تصنيف الأجزاء المكونة للخليةأجريت وفقًا لمعايير مختلفة.

وفقًا لوجود أغشية بيولوجية ، تنقسم العضيات إلى غشاءين وغشاء واحد وغير غشاء.

وفقًا لوظائفها ، يمكن تقسيم العضيات إلى غير محددة (عالمية) ومحددة (متخصصة).

من حيث القيمة في حالة حدوث ضرر حيوي وقابل للاسترداد.

من خلال الانتماء إلى مجموعات مختلفة من الكائنات الحية إلى نباتات وحيوانات.

تمتلك العضيات الغشائية (غشاء واحد أو غشاءان) هيكلًا مشابهًا من حيث الكيمياء.

عضيات غشاء مزدوج.

نواة. إذا كانت خلايا الكائن الحي لها نواة ، فإنها تسمى حقيقيات النوى. يحتوي الغلاف النووي على غشاءين متقاربين. بينهما هو الفضاء حول النواة. هناك ثقوب في الغلاف النووي - المسام. النواة هي أجزاء النواة المسؤولة عن تخليق الحمض النووي الريبي. في نوى بعض خلايا النساء ، يُفرز جسم بار واحد بشكل طبيعي - وهو كروموسوم X غير نشط. عندما تنقسم النواة ، تصبح كل الكروموسومات مرئية. خارج الانقسام ، عادة ما تكون الكروموسومات غير مرئية. عصير نووي - كريوبلازم. توفر النواة تخزين المعلومات الوراثية وعملها.

الميتوكوندريا. يحتوي الغشاء الداخلي على كرستيات تزيد من مساحة السطح الداخلية لأنزيمات الأكسدة الهوائية. الميتوكوندريا لها الحمض النووي الخاص بها ، RNA ، الريبوسومات. وتتمثل الوظيفة الرئيسية في إكمال أكسدة وفسفرة ADP

ADP + P = ATP.

البلاستيدات (البلاستيدات الخضراء ، الصانعات الملونة ، البلاستيدات). البلاستيدات لها أحماضها النووية والريبوزومات الخاصة بها. في سدى البلاستيدات الخضراء توجد أغشية على شكل قرص مجمعة في أكوام ، حيث يوجد الكلوروفيل المسؤول عن التمثيل الضوئي.

تحتوي البلاستيدات الملونة على أصباغ تحدد اللون الأصفر والأحمر والبرتقالي للأوراق والزهور والفواكه.

تخزن Leucoplasts العناصر الغذائية.

عضيات غشاء واحد.

يفصل الغشاء السيتوبلازمي الخارجي الخلية عن بيئة خارجية. يحتوي الغشاء على بروتينات تؤدي وظائف مختلفة. هناك بروتينات مستقبلات ، وبروتينات إنزيم ، وبروتينات ضخ ، وبروتينات قناة. يحتوي الغشاء الخارجي على نفاذية انتقائية ، مما يسمح بنقل المواد عبر الغشاء.

في بعض الأغشية ، يتم عزل عناصر المركب فوق الغشائي - جدار الخلية في النباتات ، والكلان السكري والميكروفيلي للخلايا الظهارية المعوية في البشر.

يوجد جهاز للتلامس مع الخلايا المجاورة (على سبيل المثال ، ديسموسومات) ومركب غشاء (هياكل ليفية) يضمن استقرار وشكل الغشاء.

الشبكة الإندوبلازمية (ER) هي نظام من الأغشية التي تشكل خزانات وقنوات للترابط داخل الخلية.

هناك EPS محبب (خشن) وسلس.

تحتوي الشبكة الإندوبلازمية الحبيبية على الريبوسومات حيث يحدث تخليق البروتين.

في ER السلس ، يتم تصنيع الدهون والكربوهيدرات ، ويتأكسد الجلوكوز (مرحلة خالية من الأكسجين) ، ويتم تحييد المواد الداخلية والخارجية (الغريبة الحيوية ، بما في ذلك المواد الطبية). من أجل التحييد على ER السلس ، توجد بروتينات إنزيمية تحفز 4 أنواع رئيسية من التفاعلات الكيميائية: الأكسدة ، والاختزال ، والتحلل المائي ، والتوليف (الميثيل ، والأستلة ، والكبريت ، والغلوكورونيد). بالتعاون مع جهاز جولجي ، تشارك ER في تكوين الجسيمات الحالة والفجوات والعضيات الأخرى أحادية الغشاء.

جهاز جولجي (مركب رقائقي) عبارة عن نظام مضغوط من الخزانات والأقراص والحويصلات ذات الأغشية المسطحة التي ترتبط ارتباطًا وثيقًا بـ EPS. يشارك المركب الرقائقي في تكوين الأغشية (على سبيل المثال ، للجسيمات الحالة والحبيبات الإفرازية) التي تفصل الإنزيمات المتحللة بالماء والمواد الأخرى عن محتويات الخلية.

الليزوزومات هي حويصلات تحتوي على إنزيمات تحلل مائي. تشارك الجسيمات الحالة بنشاط في عملية الهضم داخل الخلايا ، في البلعمة. إنهم يهضمون الأشياء التي تلتقطها الخلية ، وتندمج مع الحويصلات الصنوبرية والبلعمية. يمكنهم هضم عضياتهم البالية. توفر الليزوزومات Phage الحماية المناعية. الجسيمات الحالة خطيرة لأنه عندما يتم تدمير غشاءها ، يمكن أن يحدث التحلل الذاتي (الهضم الذاتي) للخلية.

البيروكسيسومات عبارة عن عضيات صغيرة أحادية الغشاء تحتوي على إنزيم الكاتلاز ، الذي يحيد بيروكسيد الهيدروجين. البيروكسيسومات هي عضيات تحمي الأغشية من بيروكسيد الجذور الحرة.

الفجوات هي عضيات أحادية الغشاء مميزة للخلايا النباتية. ترتبط وظائفهم بالحفاظ على التورغور و (أو) تخزين المواد.

العضيات غير الغشائية.

الريبوسومات هي بروتينات ريبونية تتكون من وحدات فرعية كبيرة وصغيرة من الرنا الريباسي. الريبوسومات هي موقع تجميع البروتين.

الهياكل الليفية (الخيطية) هي الأنابيب الدقيقة والخيوط الوسيطة والخيوط الدقيقة.

أنابيب مجهرية. في الهيكل ، تشبه الخرزات ، حيث يتم تجعيد خيطها في دوامة زنبركية كثيفة. كل "حبة" عبارة عن بروتين توبيولين. قطر الأنبوب 24 نانومتر. الأنابيب الدقيقة هي جزء من نظام القنوات التي توفر النقل داخل الخلايا للمواد. إنها تقوي الهيكل الخلوي ، وتشارك في تكوين مغزل الانقسام ، والمريكزات لمركز الخلية ، والأجسام القاعدية ، والأهداب ، والسوط.

مركز الخلية عبارة عن قسم من السيتوبلازم به مركزان مكونان من 9 ثلاثة توائم (3 أنابيب دقيقة لكل منهما). وهكذا ، يتكون كل مركز من 27 أنبوبًا دقيقًا. يُعتقد أن مركز الخلية هو الأساس لتشكيل خيوط المغزل لانقسام الخلية.

الأجسام القاعدية هي قواعد الأهداب والسوط. في المقطع العرضي ، تحتوي الأهداب والسوط على تسعة أزواج من الأنابيب الدقيقة حول المحيط وزوج واحد في الوسط ، ليصبح المجموع 18 + 2 = 20 أنبوبًا دقيقًا. توفر الأهداب والسوط حركة الكائنات الحية الدقيقة والخلايا (الحيوانات المنوية) في بيئتها.

يبلغ قطر الشعيرات الوسيطة 8-10 نانومتر. أنها توفر وظائف الهيكل الخلوي.

تتكون الخيوط الدقيقة التي يبلغ قطرها 5-7 نانومتر بشكل أساسي من بروتين الأكتين. في التفاعل مع الميوسين ، فهي مسؤولة ليس فقط عن تقلصات العضلات ، ولكن أيضًا عن النشاط الانقباضي للخلايا غير العضلية. وبالتالي ، فإن التغييرات في شكل الغشاء أثناء البلعمة ونشاط الميكروفيلي يتم تفسيرها من خلال عمل الميكروفيلامين.

في بعض الأحيان يكون من الضروري أن في الداخل تركيز الخلية للمادةكانت عالية حتى عند التركيزات المنخفضة في السائل خارج الخلية (على سبيل المثال ، لأيونات البوتاسيوم). على العكس من ذلك ، من المهم الحفاظ على تركيز الأيونات الأخرى داخل الخلية منخفضًا ، على الرغم من تركيزاتها العالية خارج الخلية (على سبيل المثال ، أيونات الصوديوم). في أي من هاتين الحالتين لا يمكن تحقيق ذلك عن طريق الانتشار البسيط ، والنتيجة هي دائمًا معادلة تركيز الأيونات على جانبي الغشاء. لخلق حركة زائدة من أيونات البوتاسيوم في الخلية ، وأيونات الصوديوم - إلى الخارج ، هناك حاجة إلى مصدر معين للطاقة. تسمى عملية حركة الجزيئات أو الأيونات عبر غشاء الخلية مقابل تدرج التركيز (أو ضد التدرج الكهربائي ، بالإضافة إلى تدرج الضغط) بالنقل النشط.

للمواد الفعالة قابل للنقلمن خلال بعض أغشية الخلايا على الأقل ، بما في ذلك الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والحديد والهيدروجين والكلور واليود وحمض البوليك وبعض السكريات ومعظم الأحماض الأمينية.

نشط في المقام الأول و النقل النشط الثانوي. اعتمادًا على مصدر الطاقة المستخدمة ، ينقسم النقل النشط إلى نوعين: نشط أساسي وثانوي نشط. بالنسبة للنقل النشط الأولي ، يتم استخراج الطاقة مباشرة من تحلل الأدينوزين ثلاثي الفوسفات أو بعض مركبات الفوسفات عالية الطاقة الأخرى. يتم توفير النقل النشط الثانوي بواسطة الطاقة الثانوية ، المتراكمة في شكل اختلاف في تركيزات المواد الجانبية أو الجزيئات أو الأيونات ، على جانبي غشاء الخلية الذي تم إنشاؤه في البداية عن طريق النقل النشط الأولي. في كلتا الحالتين ، كما هو الحال في الانتشار الميسر ، يعتمد النقل على البروتينات الحاملة التي تخترق غشاء الخلية. ومع ذلك ، تختلف وظائف البروتينات الحاملة في النقل النشط عن الانتشار الميسر ، لأنه في الحالة الأولى ، تكون البروتينات قادرة على نقل الطاقة إلى المادة المنقولة من أجل تحريكها ضد التدرج الكهروكيميائي. فيما يلي أمثلة على النقل النشط الأولي والثانوي النشط مع تفسيرات أكثر تفصيلاً لمبادئ أدائها.

مضخة الصوديوم والبوتاسيوم

إلى مواد، والتي يتم نقلها من خلال النقل النشط الأولي ، وتشمل الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والهيدروجين والكلور وبعض الأيونات الأخرى.
آلية النقل النشطةأفضل دراسة لمضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na + / K + -pump) ، وهي عملية نقل تضخ أيونات الصوديوم عبر غشاء الخلية إلى الخارج وفي نفس الوقت تضخ أيونات البوتاسيوم في الخلية. هذه المضخة مسؤولة عن الحفاظ على تركيزات مختلفة من أيونات الصوديوم والبوتاسيوم على جانبي الغشاء ، وكذلك عن وجود جهد كهربائي سلبي داخل الخلايا. (سيوضح الفصل الخامس أنه أيضًا أساس عملية انتقال النبضات في الجهاز العصبي).

البروتين الناقليتم تمثيلها بمركب من بروتينين كرويين منفصلين: واحد أكبر يسمى وحدة ألفا الفرعية ، ويبلغ وزنها الجزيئي حوالي 100000 ، وواحد أصغر ، يسمى وحدة بيتا الفرعية ، ويبلغ وزنها الجزيئي حوالي 55000. على الرغم من أن وظيفة أصغر البروتين غير معروف (باستثناء أنه قد يثبت مركب البروتين في الغشاء الدهني) ، يحتوي البروتين الكبير على ثلاث خصائص محددة مهمة لوظيفة المضخة.

1. على جزء البروتين البارز في الخلية ، هناك ثلاثة مواقع مستقبلات لربط أيونات الصوديوم.
2. على الجزء الخارجي من البروتين ، هناك موقعان لمستقبلات ربط أيونات البوتاسيوم.
3. الجزء الداخلي من البروتين ، الموجود بالقرب من مواقع ارتباط أيونات الصوديوم ، له نشاط ATPase.

ضع في اعتبارك تشغيل المضخة. عندما يرتبط 2 أيون من أيونات البوتاسيوم بالبروتين الحامل من الخارج و 3 أيونات الصوديوم ترتبط به بالداخل ، يتم تنشيط وظيفة ATPase للبروتين. يؤدي هذا إلى انقسام جزيء ATP إلى ADP ، مما يؤدي إلى إطلاق طاقة رابطة فوسفات عالية الطاقة. يُعتقد أن هذه الطاقة المنبعثة تسبب تغيرًا كيميائيًا وتكوينًا في جزيء البروتين الحامل ، ونتيجة لذلك تتحرك 3 أيونات صوديوم إلى الخارج ، وينتقل أيونان من أيونات البوتاسيوم إلى الخلية.

مثل الإنزيمات الأخرى ، Na-K + -ATP-azaيمكن أن تعمل في الاتجاه المعاكس أيضًا. مع زيادة تجريبية في التدرجات الكهروكيميائية لـ Na + و K + إلى هذه القيم التي تصبح فيها الطاقة المتراكمة أعلى من الطاقة الكيميائية للتحلل المائي ATP ، ستتحرك هذه الأيونات على طول تدرجات تركيزها ، و Na + / K + سوف يقوم Hacoc بتصنيع ATP من ADP والفوسفات. لذلك ، يمكن أن يكون الشكل الفسفوري لمضخة Na + / K + إما مانحًا للفوسفات لتخليق ATP من ADP ، أو يستخدم الطاقة لتغيير شكله وضخ الصوديوم خارج الخلية والبوتاسيوم إلى الخلية. تحدد التركيزات النسبية لـ ATP و ADP والفوسفات ، بالإضافة إلى التدرجات الكهروكيميائية للصوديوم والبوتاسيوم ، اتجاه التفاعل الأنزيمي. بالنسبة لبعض الخلايا ، مثل الخلايا العصبية النشطة كهربيًا ، يتم إنفاق 60 إلى 70٪ من إجمالي الطاقة التي تستهلكها الخلية في إخراج الصوديوم والبوتاسيوم إلى الداخل.