आणविक परिवहन। झिल्ली के पार पदार्थों का निष्क्रिय और सक्रिय परिवहन

अधिकांश जीवन प्रक्रियाएं, जैसे अवशोषण, उत्सर्जन, तंत्रिका आवेग का संचालन, मांसपेशियों में संकुचन, एटीपी संश्लेषण, एक निरंतर आयनिक संरचना और पानी की सामग्री को बनाए रखना, झिल्ली के माध्यम से पदार्थों के हस्तांतरण से जुड़ी होती हैं। जैविक प्रणालियों में इस प्रक्रिया को कहा जाता है यातायात . कोशिका और उसके वातावरण के बीच पदार्थों का आदान-प्रदान लगातार होता रहता है। कोशिका के अंदर और बाहर पदार्थों के परिवहन के तंत्र परिवहन किए गए कणों के आकार पर निर्भर करते हैं। निष्क्रिय और सक्रिय परिवहन के रूप में छोटे अणुओं और आयनों को कोशिका द्वारा सीधे झिल्ली के पार ले जाया जाता है।

नकारात्मक परिवहनसरल प्रसार, निस्पंदन, परासरण या सुगम प्रसार द्वारा एकाग्रता ढाल के साथ ऊर्जा व्यय के बिना किया जाता है।

प्रसार - सांद्रता प्रवणता के साथ झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का प्रवेश (उस क्षेत्र से जहां उनकी सांद्रता अधिक होती है उस क्षेत्र में जहां उनकी सांद्रता कम होती है); यह प्रक्रिया अणुओं की अराजक गति के कारण ऊर्जा व्यय के बिना होती है। पदार्थों (पानी, आयनों) का फैलाना परिवहन झिल्ली के अभिन्न प्रोटीन की भागीदारी के साथ किया जाता है, जिसमें आणविक छिद्र होते हैं (चैनल जिसके माध्यम से भंग अणु और आयन गुजरते हैं), या लिपिड चरण (वसा के लिए) की भागीदारी के साथ -घुलनशील पदार्थ)। प्रसार की मदद से ऑक्सीजन और कार्बन डाइऑक्साइड के घुले हुए अणु, साथ ही जहर और दवाएं कोशिका में प्रवेश करती हैं।

चावल। झिल्ली के माध्यम से परिवहन के प्रकार।1 - सरल प्रसार; 2 - झिल्ली चैनलों के माध्यम से प्रसार; 3 - वाहक प्रोटीन की मदद से प्रसार की सुविधा; 4 - सक्रिय परिवहन।

सुविधा विसरण। लिपिड बाइलेयर के माध्यम से सरल प्रसार द्वारा पदार्थों का परिवहन कम दर पर होता है, विशेष रूप से आवेशित कणों के मामले में, और लगभग अनियंत्रित होता है। इसलिए, विकास की प्रक्रिया में, कुछ पदार्थों के लिए विशिष्ट झिल्ली चैनल और झिल्ली वाहक दिखाई दिए, जो स्थानांतरण दर में वृद्धि में योगदान करते हैं और इसके अलावा, बाहर ले जाते हैं चयनात्मकयातायात। वाहक के माध्यम से पदार्थों के निष्क्रिय परिवहन को कहा जाता है सुविधा विसरण. झिल्ली में विशेष वाहक प्रोटीन (परमिट) निर्मित होते हैं। परमीज़ चुनिंदा रूप से एक या दूसरे आयन या अणु से बंधते हैं और उन्हें झिल्ली के पार स्थानांतरित करते हैं। इस मामले में, कण पारंपरिक प्रसार की तुलना में तेजी से आगे बढ़ते हैं।

असमस - हाइपोटोनिक घोल से कोशिकाओं में पानी का प्रवेश।

छानने का काम - निम्न दाब मान की ओर रोमछिद्र पदार्थों का रिसना। शरीर में निस्पंदन का एक उदाहरण रक्त वाहिकाओं की दीवारों के माध्यम से पानी का स्थानांतरण, रक्त प्लाज्मा को वृक्क नलिकाओं में निचोड़ना है।

चावल। विद्युत रासायनिक प्रवणता के साथ धनायनों का संचलन।

सक्रिय ट्रांसपोर्ट। यदि कोशिकाओं में केवल निष्क्रिय परिवहन मौजूद होता है, तो सेल के बाहर और अंदर सांद्रता, दबाव और अन्य मात्रा बराबर होगी। इसलिए, एक और तंत्र है जो विद्युत रासायनिक ढाल के खिलाफ दिशा में काम करता है और सेल द्वारा ऊर्जा के व्यय के साथ होता है। चयापचय प्रक्रियाओं की ऊर्जा के कारण सेल द्वारा किए गए विद्युत रासायनिक ढाल के खिलाफ अणुओं और आयनों के हस्तांतरण को सक्रिय परिवहन कहा जाता है। यह केवल जैविक झिल्ली में निहित है। झिल्ली के आर-पार किसी पदार्थ का सक्रिय स्थानांतरण कोशिका के भीतर रासायनिक अभिक्रियाओं के दौरान मुक्त ऊर्जा के मुक्त होने के कारण होता है। शरीर में सक्रिय परिवहन एकाग्रता ढाल, विद्युत क्षमता, दबाव, यानी बनाता है। शरीर में जीवन को बनाए रखता है।

सक्रिय परिवहन में परिवहन प्रोटीन (पोरिंस, एटीपीस, आदि) की मदद से एक एकाग्रता ढाल के खिलाफ पदार्थों की आवाजाही होती है, जो कि डायाफ्राम पंप, एटीपी ऊर्जा (पोटेशियम-सोडियम पंप, कोशिकाओं में कैल्शियम और मैग्नीशियम आयनों की एकाग्रता का नियमन, मोनोसैकराइड्स, न्यूक्लियोटाइड्स, अमीनो एसिड का सेवन) के खर्च के साथ। तीन मुख्य सक्रिय परिवहन प्रणालियों का अध्ययन किया गया है, जो झिल्ली के माध्यम से Na, K, Ca, H आयनों का स्थानांतरण प्रदान करते हैं।

तंत्र। आयन K + और Na + झिल्ली के विभिन्न पक्षों पर असमान रूप से वितरित होते हैं: Na + की सांद्रता बाहर > K + आयन, और कोशिका K + > Na + के अंदर। ये आयन झिल्ली के माध्यम से विद्युत रासायनिक प्रवणता की दिशा में फैलते हैं, जिससे इसका संरेखण होता है। Na-K पंप साइटोप्लाज्मिक झिल्लियों का हिस्सा हैं और ADP अणुओं और अकार्बनिक फॉस्फेट के निर्माण के साथ ATP अणुओं के हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा के कारण काम करते हैं। एफ नहीं: एटीपी \u003d एडीपी + पी एन।पंप विपरीत रूप से काम करता है: आयन सांद्रता ग्रेडिएंट mol-l ADP और F n: ADP + F n \u003d ATP से एटीपी अणुओं के संश्लेषण को बढ़ावा देते हैं।

Na + /K + -pump एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन है जो गठनात्मक परिवर्तनों में सक्षम है, जिसके परिणामस्वरूप यह "K +" और "Na +" दोनों को जोड़ सकता है। ऑपरेशन के एक चक्र में, पंप सेल से तीन "ना +" निकालता है और एटीपी अणु की ऊर्जा के कारण दो "के +" शुरू करता है। सोडियम-पोटेशियम पंप कोशिका के जीवन के लिए आवश्यक सभी ऊर्जा का लगभग एक तिहाई खपत करता है।

न केवल व्यक्तिगत अणु, बल्कि ठोस भी झिल्ली के माध्यम से ले जाया जा सकता है ( phagocytosis), समाधान ( पिनोसाइटोसिस). phagocytosis – बड़े कणों का कब्जा और अवशोषण(कोशिकाएं, कोशिका भाग, मैक्रोमोलेक्यूल्स) और पिनोसाइटोसिस – तरल सामग्री को पकड़ना और अवशोषित करना(समाधान, कोलाइडल समाधान, निलंबन)। परिणामी पिनोसाइटिक रिक्तिकाएं आकार में 0.01 से 1-2 माइक्रोन तक होती हैं। फिर रिक्तिका कोशिका द्रव्य में गिर जाती है और बंद हो जाती है। उसी समय, पिनोसाइटिक रिक्तिका की दीवार प्लाज्मा झिल्ली की संरचना को पूरी तरह से बरकरार रखती है जिसने इसे जन्म दिया।

यदि किसी पदार्थ को कोशिका में ले जाया जाता है, तो परिवहन के इस तरीके को कहा जाता है एंडोसाइटोसिस (प्रत्यक्ष पिनो या फागोसाइटोसिस द्वारा कोशिका में स्थानांतरण), यदि बाहर है, तो - एक्सोसाइटोसिस (रिवर्स पिनो - या फागोसाइटोसिस द्वारा सेल से बाहर परिवहन)। पहले मामले में, झिल्ली के बाहरी हिस्से पर एक इनवैजिनेशन बनता है, जो धीरे-धीरे एक बुलबुले में बदल जाता है। बुलबुला कोशिका के अंदर की झिल्ली से अलग हो जाता है। इस तरह के एक पुटिका में एक बिलीपिड झिल्ली (पुटिका) से घिरा एक परिवहन पदार्थ होता है। इसके बाद, पुटिका कुछ सेल ऑर्गेनेल के साथ विलीन हो जाती है और अपनी सामग्री को उसमें छोड़ देती है। एक्सोसाइटोसिस के मामले में, प्रक्रिया रिवर्स ऑर्डर में होती है: पुटिका कोशिका के अंदर से झिल्ली के पास पहुंचती है, इसके साथ विलीन हो जाती है, और इसकी सामग्री को इंटरसेलुलर स्पेस में निकाल देती है।

झिल्ली में 2 प्रकार के विशेष इंटीग्रल प्रोटीन सिस्टम होते हैं जो कोशिका झिल्ली के माध्यम से आयनों के परिवहन को सुनिश्चित करते हैं: आयन पंपतथा आयन चैनल. अर्थात्, झिल्ली के पार 2 प्रमुख प्रकार के आयन परिवहन हैं: निष्क्रिय और सक्रिय।

आयन पंप और ट्रांसमेम्ब्रेन आयन ग्रेडिएंट

आयनिक पंप (पंप)- अभिन्न प्रोटीन जो सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध आयनों का सक्रिय परिवहन प्रदान करते हैं। परिवहन के लिए ऊर्जा एटीपी हाइड्रोलिसिस की ऊर्जा है। Na + / K + पंप (K + के बदले सेल से Na + पंप), Ca ++ पंप (सेल से Ca ++ पंप), Cl- पंप (पंप Cl - सेल से बाहर) हैं। .

आयन पंपों के संचालन के परिणामस्वरूप, ट्रांसमेम्ब्रेन आयन ग्रेडिएंट बनाए और बनाए रखा जाता है:

Na+, Ca++, Cl की सांद्रता बाहर की तुलना में कोशिका के अंदर कम होती है (अंतरालीय द्रव में);
कोशिका के अंदर K+ की सांद्रता बाहर की तुलना में अधिक होती है।

सोडियम-पोटेशियम पंप का तंत्र।एनसीएच एक चक्र में सेल से 3 Na+ आयनों और 2 K+ आयनों को सेल में स्थानांतरित करता है। यह इस तथ्य के कारण है कि अभिन्न प्रोटीन अणु 2 स्थितियों में हो सकता है। चैनल बनाने वाले प्रोटीन अणु में एक सक्रिय साइट होती है जो या तो Na+ या K+ को बांधती है। स्थिति (संरूपण) 1 में, यह सेल के अंदर की ओर है और Na+ संलग्न कर सकता है। एंजाइम ATPase सक्रिय होता है, जो ATP को ADP में तोड़ता है। नतीजतन, अणु संरचना 2 में परिवर्तित हो जाता है। स्थिति 2 में, यह कोशिका के बाहर का सामना कर रहा है और K+ संलग्न कर सकता है। फिर रचना फिर से बदल जाती है और चक्र दोहराता है।

आयन चैनल

आयन चैनल- अभिन्न प्रोटीन जो सांद्रता प्रवणता के साथ आयनों का निष्क्रिय परिवहन प्रदान करते हैं। परिवहन के लिए ऊर्जा झिल्ली के दोनों किनारों पर आयनों की सांद्रता में अंतर है (ट्रांसमेम्ब्रेन आयन ग्रेडिएंट)।

गैर-चयनात्मक चैनलों में निम्नलिखित गुण होते हैं:

सभी प्रकार के आयनों को पास करें, लेकिन K + आयनों के लिए पारगम्यता अन्य आयनों की तुलना में बहुत अधिक है;
हमेशा खुले हैं।

चुनिंदा चैनलों में निम्नलिखित गुण होते हैं:

केवल एक प्रकार के आयनों को पास करें; प्रत्येक प्रकार के आयन के अपने प्रकार के चैनल होते हैं;
3 राज्यों में से एक में हो सकता है: बंद, सक्रिय, निष्क्रिय।

चयनात्मक चैनल की चयनात्मक पारगम्यता प्रदान की जाती है चयनात्मक फिल्टर,जो नकारात्मक रूप से आवेशित ऑक्सीजन परमाणुओं के एक वलय से बनता है, जो चैनल के सबसे संकरे बिंदु पर स्थित होता है।

चैनल स्थिति परिवर्तन ऑपरेशन द्वारा प्रदान किया जाता है गेट तंत्र, जिसे दो प्रोटीन अणुओं द्वारा दर्शाया जाता है। ये प्रोटीन अणु, तथाकथित सक्रियण द्वार और निष्क्रियता द्वार, अपनी रचना को बदलकर, आयन चैनल को अवरुद्ध कर सकते हैं।

आराम से, सक्रियण द्वार बंद है, निष्क्रियता द्वार खुला है (चैनल बंद है)। जब गेट सिस्टम पर एक सिग्नल लगाया जाता है, तो सक्रियण गेट खुल जाता है और चैनल के माध्यम से आयनों का परिवहन शुरू हो जाता है (चैनल सक्रिय हो जाता है)। कोशिका झिल्ली के एक महत्वपूर्ण विध्रुवण के साथ, निष्क्रियता गेट बंद हो जाता है और आयन परिवहन बंद हो जाता है (चैनल निष्क्रिय है)। जब आराम करने की क्षमता का स्तर बहाल हो जाता है, तो चैनल अपनी मूल (बंद) स्थिति में वापस आ जाता है।

सक्रियण गेट के खुलने का कारण बनने वाले सिग्नल के आधार पर, चयनात्मक आयन चैनलों को इसमें विभाजित किया गया है:

केमोसेंसिटिव चैनल- सक्रियण द्वार को खोलने का संकेत चैनल से जुड़े रिसेप्टर प्रोटीन की संरचना में बदलाव है, जिसके परिणामस्वरूप लिगैंड का जुड़ाव होता है;
वोल्टेज संवेदनशील चैनल- सक्रियण द्वार खोलने का संकेत कोशिका झिल्ली की विश्राम क्षमता (विध्रुवण) में एक निश्चित स्तर तक कमी है, जिसे कहा जाता है विध्रुवण का महत्वपूर्ण स्तर(केयूडी)।

झिल्ली में पदार्थों के परिवहन के लिए कई तंत्र हैं।

प्रसार- सांद्रता प्रवणता के साथ झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का प्रवेश (उस क्षेत्र से जहाँ उनकी सांद्रता अधिक होती है उस क्षेत्र में जहाँ उनकी सांद्रता कम होती है)। पदार्थों (पानी, आयनों) का फैलाना परिवहन झिल्ली प्रोटीन की भागीदारी के साथ किया जाता है, जिसमें आणविक छिद्र होते हैं, या लिपिड चरण (वसा में घुलनशील पदार्थों के लिए) की भागीदारी के साथ।

सुगम प्रसार के साथविशेष झिल्ली वाहक प्रोटीन चुनिंदा रूप से एक या दूसरे आयन या अणु से बंधते हैं और उन्हें एक एकाग्रता ढाल के साथ झिल्ली के पार ले जाते हैं।

सक्रिय ट्रांसपोर्टऊर्जा लागत के साथ जुड़ा हुआ है और पदार्थों को उनकी एकाग्रता ढाल के खिलाफ परिवहन के लिए कार्य करता है। वहविशेष वाहक प्रोटीन द्वारा किया जाता है, जो तथाकथित आयन पंप।सबसे अधिक अध्ययन पशु कोशिकाओं में Na-/K--पंप है, जो K- आयनों को अवशोषित करते हुए सक्रिय रूप से Na + आयनों को बाहर की ओर पंप करता है। इसके कारण, K- की एक बड़ी सांद्रता और एक कम Na + सांद्रता की तुलना में कोशिका में बनी रहती है। पर्यावरण को। यह प्रक्रिया एटीपी की ऊर्जा की खपत करती है। झिल्ली पंप की मदद से सक्रिय परिवहन के परिणामस्वरूप, सेल में Mg2- और Ca2+ की सांद्रता भी नियंत्रित होती है। झिल्ली कोशिका प्रसार आयनिक

सेल में आयनों के सक्रिय परिवहन की प्रक्रिया में, विभिन्न शर्करा, न्यूक्लियोटाइड और अमीनो एसिड साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के माध्यम से प्रवेश करते हैं।

प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, पॉलीसेकेराइड, लिपोप्रोटीन कॉम्प्लेक्स आदि के मैक्रोमोलेक्यूल्स आयनों और मोनोमर्स के विपरीत कोशिका झिल्ली से नहीं गुजरते हैं। कोशिका में मैक्रोमोलेक्यूल्स, उनके परिसरों और कणों का परिवहन पूरी तरह से अलग तरीके से होता है - एंडोसाइटोसिस के माध्यम से। पर एंडोसाइटोसिस (एंडो)... - अंदर) प्लास्मलेम्मा का एक निश्चित खंड कब्जा कर लेता है और, जैसा कि यह था, बाह्य सामग्री को कवर करता है, इसे एक झिल्ली रिक्तिका में संलग्न करता है जो झिल्ली के आक्रमण के परिणामस्वरूप उत्पन्न हुआ है। इसके बाद, ऐसी रिक्तिका एक लाइसोसोम से जुड़ी होती है, जिसके एंजाइम मैक्रोमोलेक्यूल्स को मोनोमर्स में तोड़ देते हैं।

एंडोसाइटोसिस की रिवर्स प्रक्रिया है एक्सोसाइटोसिस (exo... - बाहर)। उसके लिए धन्यवाद, कोशिका रिक्तिका या पुटिकाओं में संलग्न इंट्रासेल्युलर उत्पादों या अपचित अवशेषों को हटा देती है। पुटिका साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के पास पहुंचती है, इसके साथ विलीन हो जाती है और इसकी सामग्री को पर्यावरण में छोड़ दिया जाता है। पाचन एंजाइम, हार्मोन, हेमिकेलुलोज आदि कैसे उत्सर्जित होते हैं।

इस प्रकार, जैविक झिल्ली, कोशिका के मुख्य संरचनात्मक तत्वों के रूप में, न केवल भौतिक सीमाओं के रूप में, बल्कि गतिशील कार्यात्मक सतहों के रूप में कार्य करती है। ऑर्गेनेल की झिल्लियों पर, कई जैव रासायनिक प्रक्रियाएं की जाती हैं, जैसे पदार्थों का सक्रिय अवशोषण, ऊर्जा रूपांतरण, एटीपी संश्लेषण आदि।

बाधा - पर्यावरण के साथ एक विनियमित, चयनात्मक, निष्क्रिय और सक्रिय चयापचय प्रदान करता है। उदाहरण के लिए, पेरॉक्सिसोम झिल्ली साइटोप्लाज्म को पेरोक्साइड से बचाता है जो कोशिका के लिए खतरनाक होते हैं। चयनात्मक पारगम्यता का अर्थ है कि विभिन्न परमाणुओं या अणुओं के लिए झिल्ली की पारगम्यता उनके आकार, विद्युत आवेश और पर निर्भर करती है रासायनिक गुण. चयनात्मक पारगम्यता सेल पृथक्करण सुनिश्चित करती है और सेलुलर डिब्बेपर्यावरण से और उन्हें आवश्यक पदार्थों के साथ आपूर्ति करें।
· परिवहन - झिल्ली के माध्यम से पदार्थों का कोशिका में और कोशिका के बाहर परिवहन होता है। झिल्ली के माध्यम से परिवहन प्रदान करता है: पोषक तत्वों का वितरण, चयापचय के अंतिम उत्पादों को हटाने, विभिन्न पदार्थों का स्राव, आयनिक ग्रेडिएंट्स का निर्माण, सेल में इष्टतम पीएच का रखरखाव और आयनों की एकाग्रता जो कि कामकाज के लिए आवश्यक हैं सेलुलर एंजाइम। कण जो किसी कारण से फॉस्फोलिपिड बाइलेयर को पार करने में असमर्थ हैं (उदाहरण के लिए, हाइड्रोफिलिक गुणों के कारण, क्योंकि झिल्ली अंदर हाइड्रोफोबिक है और हाइड्रोफिलिक पदार्थों को गुजरने की अनुमति नहीं देता है, या उनके बड़े आकार के कारण), लेकिन कोशिका के लिए आवश्यक है विशेष वाहक प्रोटीन (ट्रांसपोर्टर) और चैनल प्रोटीन या एंडोसाइटोसिस द्वारा झिल्ली में प्रवेश कर सकते हैं।

पर नकारात्मक परिवहनपदार्थ विसरण द्वारा सांद्रता प्रवणता के साथ ऊर्जा खर्च किए बिना लिपिड बाईलेयर को पार करते हैं। इस तंत्र का एक प्रकार प्रसार की सुविधा है, जिसमें एक विशिष्ट अणु किसी पदार्थ को झिल्ली से गुजरने में मदद करता है। इस अणु में एक चैनल हो सकता है जो केवल एक प्रकार के पदार्थ को गुजरने देता है।

सक्रिय ट्रांसपोर्टऊर्जा की आवश्यकता होती है, क्योंकि यह सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध होता है। झिल्ली पर विशेष पंप प्रोटीन होते हैं, जिनमें ATPase भी शामिल है, जो सक्रिय रूप से पोटेशियम आयनों (K+) को कोशिका में पंप करता है और उसमें से सोडियम आयनों (Na+) को पंप करता है।

• मैट्रिक्स - झिल्ली प्रोटीन की एक निश्चित सापेक्ष स्थिति और अभिविन्यास प्रदान करता है, उनकी इष्टतम बातचीत।
यांत्रिक - कोशिका की स्वायत्तता, इसकी इंट्रासेल्युलर संरचनाओं के साथ-साथ अन्य कोशिकाओं (ऊतकों में) के साथ संबंध सुनिश्चित करता है। कोशिका भित्ति यांत्रिक कार्य प्रदान करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, और जानवरों में - अंतरकोशिकीय पदार्थ।
ऊर्जा - क्लोरोप्लास्ट में प्रकाश संश्लेषण और माइटोकॉन्ड्रिया में सेलुलर श्वसन के दौरान, ऊर्जा हस्तांतरण प्रणाली उनकी झिल्लियों में काम करती है, जिसमें प्रोटीन भी भाग लेते हैं;
रिसेप्टर - झिल्ली में स्थित कुछ प्रोटीन रिसेप्टर्स होते हैं (अणु जिसके साथ कोशिका कुछ संकेतों को मानती है)।

उदाहरण के लिए, रक्त में परिसंचारी हार्मोन केवल उन लक्ष्य कोशिकाओं पर कार्य करते हैं जिनमें उन हार्मोन के अनुरूप रिसेप्टर्स होते हैं। न्यूरोट्रांसमीटर ( रासायनिक पदार्थ, जो तंत्रिका आवेगों के संचालन को सुनिश्चित करते हैं) लक्ष्य कोशिकाओं के विशिष्ट रिसेप्टर प्रोटीन से भी जुड़ते हैं।

एंजाइमेटिक - झिल्ली प्रोटीन अक्सर एंजाइम होते हैं। उदाहरण के लिए, आंतों के उपकला कोशिकाओं के प्लाज्मा झिल्ली में पाचन एंजाइम होते हैं।
बायोपोटेंशियल के उत्पादन और संचालन का कार्यान्वयन।

झिल्ली की मदद से, कोशिका में आयनों की निरंतर सांद्रता बनी रहती है: कोशिका के अंदर K + आयन की सांद्रता बाहर की तुलना में बहुत अधिक होती है, और Na + की सांद्रता बहुत कम होती है, जो बहुत महत्वपूर्ण है, क्योंकि यह झिल्ली में संभावित अंतर को बनाए रखता है और एक तंत्रिका आवेग उत्पन्न करता है।

सेल मार्किंग - झिल्ली पर एंटीजन होते हैं जो मार्कर के रूप में कार्य करते हैं - "लेबल" जो सेल को पहचानने की अनुमति देते हैं। ये ग्लाइकोप्रोटीन हैं (अर्थात, उनसे जुड़ी शाखाओं वाले ओलिगोसेकेराइड साइड चेन वाले प्रोटीन) जो "एंटेना" की भूमिका निभाते हैं। साइड चेन कॉन्फ़िगरेशन के असंख्य होने के कारण, प्रत्येक सेल प्रकार के लिए एक विशिष्ट मार्कर बनाना संभव है। मार्करों की मदद से, कोशिकाएं अन्य कोशिकाओं को पहचान सकती हैं और उनके साथ मिलकर काम कर सकती हैं, उदाहरण के लिए, अंगों और ऊतकों का निर्माण करते समय। यह प्रतिरक्षा प्रणाली को विदेशी प्रतिजनों को पहचानने की भी अनुमति देता है।

व्याख्यान संख्या 3 का सार।

विषय। जीवित रहने के संगठन के उप-कोशिकीय और कोशिकीय स्तर।

जैविक झिल्ली की संरचना।

सभी जीवित जीवों की जैविक झिल्ली का आधार एक डबल फॉस्फोलिपिड संरचना है। कोशिका झिल्लियों के फॉस्फोलिपिड ट्राइग्लिसराइड्स होते हैं, जिनमें से एक वसायुक्त अम्लफॉस्फोरिक एसिड द्वारा प्रतिस्थापित। फॉस्फोलिपिड अणुओं के हाइड्रोफिलिक "सिर" और हाइड्रोफोबिक "पूंछ" उन्मुख होते हैं ताकि अणुओं की दो पंक्तियाँ दिखाई दें, जिनमें से सिर पानी से "पूंछ" को कवर करते हैं।

विभिन्न आकार और आकार के प्रोटीन ऐसी फॉस्फोलिपिड संरचना में एकीकृत होते हैं।

झिल्ली के व्यक्तिगत गुण और विशेषताएं मुख्य रूप से प्रोटीन द्वारा निर्धारित की जाती हैं। विभिन्न प्रोटीन संरचना किसी भी पशु प्रजाति के जीवों की संरचना और कार्यों में अंतर निर्धारित करती है। उनके गुणों पर झिल्लीदार लिपिड संरचना का प्रभाव बहुत कम होता है।

जैविक झिल्लियों में पदार्थों का परिवहन।

झिल्ली के पार पदार्थों के परिवहन को निष्क्रिय (एकाग्रता ढाल के साथ ऊर्जा लागत के बिना) और सक्रिय (ऊर्जा लागत के साथ) में विभाजित किया गया है।

निष्क्रिय परिवहन: प्रसार, सुगम प्रसार, परासरण।

प्रसार उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र (पानी में चीनी का विघटन) तक माध्यम में घुलने वाले कणों की गति है।

सुगम प्रसार एक चैनल प्रोटीन (एरिथ्रोसाइट्स में ग्लूकोज का प्रवेश) की मदद से प्रसार है।

ऑस्मोसिस एक उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र में एक विलेय की कम सांद्रता वाले क्षेत्र से विलायक कणों की गति है (एक एरिथ्रोसाइट सूज जाता है और आसुत जल में फट जाता है)।

सक्रिय परिवहन को प्रोटीन-एंजाइम-पंप द्वारा झिल्ली के आकार और परिवहन में परिवर्तन से जुड़े परिवहन में विभाजित किया गया है।

बदले में, झिल्ली के आकार में परिवर्तन से जुड़े परिवहन को तीन प्रकारों में विभाजित किया जाता है।

फागोसाइटोसिस एक घने सब्सट्रेट का कब्जा है (ल्यूकोसाइट-मैक्रोफेज एक जीवाणु को पकड़ता है)।

पिनोसाइटोसिस तरल पदार्थों का कब्जा है (अंतर्गर्भाशयी विकास के पहले चरण में भ्रूण की कोशिकाओं का पोषण)।

प्रोटीन-एंजाइम-पंप द्वारा परिवहन झिल्ली में एकीकृत वाहक प्रोटीन की मदद से झिल्ली के पार एक पदार्थ की गति है (क्रमशः "से" और "कोशिका में" सोडियम और पोटेशियम आयनों का परिवहन)।

दिशा से, परिवहन में बांटा गया है एक्सोसाइटोसिस(सेल से बाहर) और एंडोसाइटोसिस(एक सेल में)।

कोशिका के घटक भागों का वर्गीकरणविभिन्न मानदंडों के अनुसार आयोजित किया गया।

जैविक झिल्लियों की उपस्थिति के अनुसार, जीवों को दो-झिल्ली, एक-झिल्ली और गैर-झिल्ली में विभाजित किया जाता है।

उनके कार्यों के अनुसार, जीवों को गैर-विशिष्ट (सार्वभौमिक) और विशिष्ट (विशिष्ट) में विभाजित किया जा सकता है।

महत्वपूर्ण और वसूली योग्य क्षति के मामले में मूल्य से।

जीवों के विभिन्न समूहों से पौधों और जानवरों में संबंधित होने से।

मेम्ब्रेन (एक- और दो-झिल्ली) ऑर्गेनेल में रसायन विज्ञान के संदर्भ में एक समान संरचना होती है।

डबल झिल्ली अंग।

नाभिक। यदि किसी जीव की कोशिकाओं में एक केंद्रक होता है, तो वे यूकेरियोट्स कहलाते हैं। परमाणु लिफाफा में दो निकट दूरी वाली झिल्ली होती है। उनके बीच पेरिन्यूक्लियर स्पेस है। नाभिकीय आवरण में छिद्र होते हैं - छिद्र। न्यूक्लियोली आरएनए संश्लेषण के लिए जिम्मेदार नाभिक के हिस्से हैं। महिलाओं की कुछ कोशिकाओं के केंद्रक में, 1 बार शरीर सामान्य रूप से स्रावित होता है - एक निष्क्रिय X गुणसूत्र। जब केंद्रक विभाजित होता है, तो सभी गुणसूत्र दिखाई देने लगते हैं। विभाजन के बाहर, गुणसूत्र आमतौर पर दिखाई नहीं देते हैं। परमाणु रस - कैरियोप्लाज्म। नाभिक आनुवंशिक जानकारी का भंडारण और कामकाज प्रदान करता है।

माइटोकॉन्ड्रिया। आंतरिक झिल्ली में क्राइस्टे होता है जो एरोबिक ऑक्सीकरण एंजाइमों के लिए आंतरिक सतह क्षेत्र को बढ़ाता है। माइटोकॉन्ड्रिया का अपना डीएनए, आरएनए, राइबोसोम होता है। मुख्य कार्य ADP के ऑक्सीकरण और फास्फारिलीकरण को पूरा करना है

एडीपी + पी = एटीपी।

प्लास्टिड्स (क्लोरोप्लास्ट, क्रोमोप्लास्ट, ल्यूकोप्लास्ट)। प्लास्टिड्स के अपने न्यूक्लिक एसिड और राइबोसोम होते हैं। क्लोरोप्लास्ट के स्ट्रोमा में पाइल्स में एकत्रित डिस्क के आकार की झिल्लियां होती हैं, जहां प्रकाश संश्लेषण के लिए जिम्मेदार क्लोरोफिल स्थित होता है।

क्रोमोप्लास्ट में वर्णक होते हैं जो पत्तियों, फूलों और फलों के पीले, लाल, नारंगी रंग का निर्धारण करते हैं।

ल्यूकोप्लास्ट पोषक तत्वों को स्टोर करते हैं।

एकल झिल्ली वाले अंग।

बाहरी कोशिकाद्रव्यी झिल्ली कोशिका को से अलग करती है बाहरी वातावरण. झिल्ली में प्रोटीन होते हैं जो विभिन्न कार्य करते हैं। रिसेप्टर प्रोटीन, एंजाइम प्रोटीन, पंप प्रोटीन और चैनल प्रोटीन हैं। बाहरी झिल्ली में एक चयनात्मक पारगम्यता होती है, जो झिल्ली के माध्यम से पदार्थों के परिवहन की अनुमति देती है।

कुछ झिल्लियों में, सुप्रा-मेम्ब्रेन कॉम्प्लेक्स के तत्व अलग-थलग होते हैं - पौधों में कोशिका भित्ति, मनुष्यों में आंतों के उपकला कोशिकाओं के ग्लाइकोकैलिक्स और माइक्रोविली।

पड़ोसी कोशिकाओं (उदाहरण के लिए, डेसमोसोम) और एक सबमम्ब्रेन कॉम्प्लेक्स (फाइब्रिलर संरचनाएं) के संपर्क के लिए एक उपकरण है जो झिल्ली की स्थिरता और आकार को सुनिश्चित करता है।

एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (ईआर) झिल्ली की एक प्रणाली है जो सेल के भीतर इंटरकनेक्शन के लिए टैंक और चैनल बनाती है।

दानेदार (रफ) और चिकने ईपीएस हैं।

दानेदार एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में राइबोसोम होते हैं जहां प्रोटीन संश्लेषण होता है।

चिकनी ईआर पर, लिपिड और कार्बोहाइड्रेट संश्लेषित होते हैं, ग्लूकोज ऑक्सीकरण होता है (एक ऑक्सीजन मुक्त चरण), और अंतर्जात और बहिर्जात (औषधीय सहित ज़ेनोबायोटिक-विदेशी) पदार्थ बेअसर होते हैं। चिकनी ईआर पर बेअसर करने के लिए, एंजाइम प्रोटीन होते हैं जो 4 मुख्य प्रकार की रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करते हैं: ऑक्सीकरण, कमी, हाइड्रोलिसिस, संश्लेषण (मिथाइलेशन, एसिटिलीकरण, सल्फेशन, ग्लुकुरोनिडेशन)। गोल्गी तंत्र के सहयोग से, ईआर लाइसोसोम, रिक्तिकाएं और अन्य एकल-झिल्ली वाले जीवों के निर्माण में भाग लेता है।

गोल्गी तंत्र (लैमेलर कॉम्प्लेक्स) फ्लैट झिल्ली टैंक, डिस्क, पुटिकाओं की एक कॉम्पैक्ट प्रणाली है, जो ईपीएस से निकटता से संबंधित है। लैमेलर कॉम्प्लेक्स झिल्लियों के निर्माण में भाग लेता है (उदाहरण के लिए, लाइसोसोम और स्रावी कणिकाओं के लिए) जो कोशिका की सामग्री से हाइड्रोलाइटिक एंजाइम और अन्य पदार्थों को अलग करते हैं।

लाइसोसोम हाइड्रोलाइटिक एंजाइम वाले पुटिका होते हैं। फागोसाइटोसिस में लाइसोसोम इंट्रासेल्युलर पाचन में सक्रिय रूप से शामिल होते हैं। वे कोशिका द्वारा कब्जा कर ली गई वस्तुओं को पचाते हैं, पिनोसाइटिक और फागोसाइटिक पुटिकाओं के साथ विलय करते हैं। वे अपने स्वयं के घिसे-पिटे अंगों को पचा सकते हैं। फेज लाइसोसोम प्रतिरक्षा सुरक्षा प्रदान करते हैं। लाइसोसोम खतरनाक होते हैं क्योंकि जब उनकी झिल्ली नष्ट हो जाती है, तो कोशिका का ऑटोलिसिस (स्व-पाचन) हो सकता है।

पेरोक्सिसोम छोटे एकल-झिल्ली वाले अंग होते हैं जिनमें एंजाइम उत्प्रेरित होता है, जो हाइड्रोजन पेरोक्साइड को बेअसर करता है। पेरोक्सिसोम ऐसे अंग हैं जो झिल्लियों को मुक्त मूलक पेरोक्सीडेशन से बचाते हैं।

रिक्तिकाएँ एकल-झिल्ली वाले अंग हैं जो पादप कोशिकाओं की विशेषता हैं। उनके कार्य टर्गर के रखरखाव और (या) पदार्थों के भंडारण से जुड़े हैं।

गैर-झिल्ली वाले अंग।

राइबोसोम राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन होते हैं जिनमें बड़े और छोटे rRNA सबयूनिट होते हैं। राइबोसोम प्रोटीन संयोजन का स्थल है।

तंतुमय (फिलामेंटस) संरचनाएं सूक्ष्मनलिकाएं, मध्यवर्ती तंतु और सूक्ष्म तंतु हैं।

सूक्ष्मनलिकाएं। संरचना में, वे मोतियों से मिलते जुलते हैं, जिसके धागे को घने वसंत-सर्पिल में घुमाया जाता है। प्रत्येक "मनका" एक ट्यूबुलिन प्रोटीन है। ट्यूब व्यास 24 एनएम है। सूक्ष्मनलिकाएं चैनलों की एक प्रणाली का हिस्सा हैं जो पदार्थों के इंट्रासेल्युलर परिवहन प्रदान करती हैं। वे साइटोस्केलेटन को मजबूत करते हैं, धुरी के निर्माण में भाग लेते हैं, कोशिका केंद्र के सेंट्रीओल्स, बेसल बॉडी, सिलिया और फ्लैगेला।

कोशिका केंद्र साइटोप्लाज्म का एक खंड है जिसमें 9 त्रिगुणों (प्रत्येक में 3 सूक्ष्मनलिकाएं) से बने दो सेंट्रीओल होते हैं। इस प्रकार, प्रत्येक सेंट्रीओल में 27 सूक्ष्मनलिकाएं होती हैं। यह माना जाता है कि कोशिका विभाजन के धुरी तंतु के निर्माण का आधार कोशिका केंद्र है।

बेसल बॉडी सिलिया और फ्लैगेला के आधार हैं। क्रॉस सेक्शन में, सिलिया और फ्लैगेला में परिधि के चारों ओर नौ जोड़े सूक्ष्मनलिकाएं होती हैं और केंद्र में एक जोड़ी होती है, कुल 18 + 2 = 20 सूक्ष्मनलिकाएं। सिलिया और फ्लैगेला अपने आवास में सूक्ष्मजीवों और कोशिकाओं (शुक्राणु) की आवाजाही प्रदान करते हैं।

इंटरमीडिएट फिलामेंट्स का व्यास 8-10 एनएम है। वे साइटोस्केलेटन के कार्य प्रदान करते हैं।

5-7 एनएम के व्यास वाले माइक्रोफिलामेंट्स में मुख्य रूप से एक्टिन प्रोटीन होता है। मायोसिन के साथ बातचीत में, वे न केवल मांसपेशियों के संकुचन के लिए जिम्मेदार होते हैं, बल्कि गैर-मांसपेशी कोशिकाओं की सिकुड़ा गतिविधि के लिए भी जिम्मेदार होते हैं। इस प्रकार, फागोसाइटोसिस के दौरान झिल्ली के आकार में परिवर्तन और माइक्रोविली की गतिविधि को माइक्रोफिलामेंट्स के काम द्वारा समझाया गया है।

कभी-कभी जरूरी होता है कि अंदर किसी पदार्थ की कोशिका सांद्रताबाह्य द्रव में कम सांद्रता पर भी उच्च था (उदाहरण के लिए, पोटेशियम आयनों के लिए)। इसके विपरीत, सेल के बाहर अन्य आयनों की सांद्रता को कम रखना महत्वपूर्ण है, सेल के बाहर उनकी उच्च सांद्रता के बावजूद (उदाहरण के लिए, सोडियम आयनों के लिए)। इन दोनों में से किसी भी मामले में यह साधारण प्रसार द्वारा प्राप्त नहीं किया जा सकता है, जिसके परिणामस्वरूप झिल्ली के दोनों किनारों पर आयनों की एकाग्रता का हमेशा बराबर होता है। सेल में पोटेशियम आयनों की अधिक गति पैदा करने के लिए, और सोडियम आयनों - बाहर की ओर, ऊर्जा के एक निश्चित स्रोत की आवश्यकता होती है। एक सांद्रता प्रवणता (या एक विद्युत प्रवणता के साथ-साथ एक दबाव प्रवणता) के विरुद्ध कोशिका झिल्ली के पार अणुओं या आयनों की गति की प्रक्रिया को सक्रिय परिवहन कहा जाता है।

पदार्थों के लिए, सक्रिय चलता-फिरताकम से कम कुछ कोशिका झिल्लियों के माध्यम से, सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम, लोहा, हाइड्रोजन, क्लोरीन, आयोडीन, यूरिक एसिड, कुछ शर्करा और अधिकांश अमीनो एसिड शामिल हैं।

मुख्य रूप से सक्रिय और माध्यमिक सक्रिय परिवहन. उपयोग की गई ऊर्जा के स्रोत के आधार पर, सक्रिय परिवहन को दो प्रकारों में विभाजित किया जाता है: प्राथमिक सक्रिय और द्वितीयक सक्रिय। प्राथमिक सक्रिय परिवहन के लिए, ऊर्जा सीधे एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट या कुछ अन्य उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट यौगिकों के टूटने से निकाली जाती है। द्वितीयक सक्रिय परिवहन माध्यमिक ऊर्जा द्वारा प्रदान किया जाता है, जो प्राथमिक सक्रिय परिवहन द्वारा शुरू में बनाई गई कोशिका झिल्ली के दोनों किनारों पर साइड पदार्थों, अणुओं या आयनों की सांद्रता में अंतर के रूप में जमा होता है। दोनों ही मामलों में, जैसा कि सुगम प्रसार में होता है, परिवहन कोशिका झिल्ली में प्रवेश करने वाले वाहक प्रोटीन पर निर्भर करता है। हालांकि, सक्रिय परिवहन में वाहक प्रोटीन के कार्य सुगम प्रसार से भिन्न होते हैं, क्योंकि पहले मामले में, प्रोटीन विद्युत रासायनिक ढाल के खिलाफ स्थानांतरित करने के लिए परिवहन किए गए पदार्थ को ऊर्जा स्थानांतरित करने में सक्षम होते हैं। प्राथमिक सक्रिय और माध्यमिक सक्रिय परिवहन के उदाहरण उनके कामकाज के सिद्धांतों के अधिक विस्तृत स्पष्टीकरण के साथ निम्नलिखित हैं।

सोडियम-पोटेशियम पंप

प्रति पदार्थों, जिन्हें प्राथमिक सक्रिय परिवहन के माध्यम से ले जाया जाता है, उनमें सोडियम, पोटेशियम, कैल्शियम, हाइड्रोजन, क्लोरीन और कुछ अन्य आयन शामिल हैं।
सक्रिय परिवहन तंत्रसोडियम-पोटेशियम पंप (Na+/K+-pump) के लिए सबसे अच्छा अध्ययन किया गया, एक परिवहन प्रक्रिया जो कोशिका झिल्ली के माध्यम से सोडियम आयनों को बाहर पंप करती है और साथ ही सेल में पोटेशियम आयनों को पंप करती है। यह पंप झिल्ली के दोनों किनारों पर सोडियम और पोटेशियम आयनों की विभिन्न सांद्रता को बनाए रखने के साथ-साथ कोशिकाओं के अंदर एक नकारात्मक विद्युत क्षमता की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार है। (अध्याय 5 दिखाएगा कि यह तंत्रिका तंत्र में आवेगों के संचरण की प्रक्रिया का आधार भी है।)

वाहक प्रोटीनदो अलग-अलग गोलाकार प्रोटीनों के एक परिसर द्वारा प्रतिनिधित्व किया जाता है: एक बड़ा जिसे अल्फा सबयूनिट कहा जाता है, जिसका आणविक भार लगभग 100,000 होता है, और एक छोटा होता है, जिसे बीटा सबयूनिट कहा जाता है, जिसका आणविक भार लगभग 55,000 होता है। हालांकि छोटे का कार्य प्रोटीन अज्ञात है (सिवाय इसके कि यह लिपिड झिल्ली में प्रोटीन कॉम्प्लेक्स को लंगर डाल सकता है), बड़े प्रोटीन में तीन विशिष्ट विशेषताएं होती हैं जो पंप फ़ंक्शन के लिए महत्वपूर्ण होती हैं।

1. कोशिका में प्रोटीन के बाहर निकलने की ओर, सोडियम आयनों को बांधने के लिए तीन ग्राही स्थल होते हैं।
2. प्रोटीन के बाहरी भाग पर पोटैशियम आयनों को बांधने के लिए दो ग्राही स्थल होते हैं।
3. सोडियम आयनों के बंधन स्थलों के पास स्थित प्रोटीन के आंतरिक भाग में ATPase गतिविधि होती है।

पंप के संचालन पर विचार करें. जब 2 पोटेशियम आयन बाहर से वाहक प्रोटीन से बंधते हैं और 3 सोडियम आयन इसे अंदर से बांधते हैं, तो प्रोटीन का ATPase फ़ंक्शन सक्रिय हो जाता है। यह 1 एटीपी अणु को एडीपी में विभाजित करता है, एक उच्च ऊर्जा फॉस्फेट बंधन की ऊर्जा को मुक्त करता है। यह माना जाता है कि यह जारी ऊर्जा वाहक प्रोटीन अणु में एक रासायनिक और गठनात्मक परिवर्तन का कारण बनती है, जिसके परिणामस्वरूप 3 सोडियम आयन बाहर की ओर बढ़ते हैं, और 2 पोटेशियम आयन कोशिका में चले जाते हैं।

अन्य एंजाइमों की तरह, ना-के+-एटीपी-आजाउल्टा भी काम कर सकते हैं। Na + और K + के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल ग्रेडिएंट्स में प्रायोगिक वृद्धि के साथ ऐसे मूल्यों तक कि उनमें संचित ऊर्जा एटीपी हाइड्रोलिसिस की रासायनिक ऊर्जा से अधिक हो जाती है, ये आयन अपनी सांद्रता ग्रेडिएंट्स के साथ आगे बढ़ेंगे, और Na + / K + -Hacoc ADP और फॉस्फेट से ATP का संश्लेषण करेगा। इसलिए, Na+/K+ पंप का फॉस्फोराइलेटेड रूप या तो एडीपी से एटीपी के संश्लेषण के लिए फॉस्फेट दाता हो सकता है, या ऊर्जा का उपयोग इसकी संरचना को बदलने और सेल से सोडियम और पोटेशियम को सेल में पंप करने के लिए कर सकता है। एटीपी, एडीपी, और फॉस्फेट की सापेक्ष सांद्रता, साथ ही सोडियम और पोटेशियम के लिए विद्युत रासायनिक ग्रेडिएंट, एंजाइमी प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित करते हैं। कुछ कोशिकाओं के लिए, जैसे विद्युत रूप से सक्रिय तंत्रिका कोशिकाएं, कोशिका द्वारा खपत की गई कुल ऊर्जा का 60 से 70% सोडियम को बाहर और पोटेशियम को अंदर ले जाने में खर्च किया जाता है।