Utando wa seli - muundo na utendakazi wa utando wa seli

Orodha ya maudhui:

Utando wa seli - muundo na utendakazi wa utando wa seli
Utando wa seli - muundo na utendakazi wa utando wa seli
Anonim

Membrane ya Kiini

utando wa seli
utando wa seli

Viumbe vyote vilivyo hai Duniani vimeundwa na seli, na kila seli imezungukwa na ganda la kinga - utando. Hata hivyo, kazi za utando sio tu kwa kulinda organelles na kutenganisha seli moja kutoka kwa nyingine. Utando wa seli ni utaratibu changamano unaohusika moja kwa moja katika uzazi, kuzaliwa upya, lishe, kupumua na kazi nyingine nyingi muhimu za seli.

Neno "membrane ya seli" limetumika kwa takriban miaka mia moja. Neno "membrane" katika tafsiri kutoka Kilatini linamaanisha "filamu". Lakini katika kesi ya membrane ya seli, itakuwa sahihi zaidi kuzungumza juu ya mchanganyiko wa filamu mbili zilizounganishwa kwa njia fulani, zaidi ya hayo, pande tofauti za filamu hizi zina mali tofauti.

Membrane ya seli (cytolemma, plasmalemma) ni membrane ya tabaka tatu ya lipoproteini (protini ya mafuta) ambayo hutenganisha kila seli kutoka kwa seli jirani na mazingira, na kufanya ubadilishanaji unaodhibitiwa kati ya seli na mazingira.

Kipengele kikuu katika ufafanuzi huu si kwamba utando wa seli hutenganisha seli moja kutoka kwa nyingine, lakini kwamba inahakikisha mwingiliano wake na seli nyingine na mazingira. Utando ni muundo unaofanya kazi sana, unaofanya kazi kila wakati wa seli, ambayo kazi nyingi hupewa asili. Kutoka kwa makala yetu, utajifunza kila kitu kuhusu muundo, muundo, sifa na kazi za membrane ya seli, pamoja na hatari inayoletwa kwa afya ya binadamu na usumbufu katika utendakazi wa membrane za seli.

Historia ya utafiti wa utando wa seli

Mnamo mwaka wa 1925, wanasayansi wawili wa Ujerumani, Gorter na Grendel, waliweza kufanya majaribio changamano ya chembe nyekundu za damu za binadamu, erithrositi. Kwa kutumia mshtuko wa osmotic, watafiti walipata kile kinachoitwa "vivuli" - shells tupu za seli nyekundu za damu, kisha kuziweka kwenye rundo moja na kupima eneo la uso. Hatua inayofuata ilikuwa kuhesabu kiasi cha lipids kwenye membrane ya seli. Kwa kutumia asetoni, wanasayansi walitenga lipids kutoka kwenye "vivuli" na kuamua kuwa vilitosha tu kwa safu mbili zinazoendelea.

Hata hivyo, wakati wa jaribio, makosa mawili makubwa yalifanywa:

  • Matumizi ya asetoni hairuhusu lipids zote kutengwa na utando;
  • Eneo la uso la "vivuli" lilihesabiwa kwa uzito kikavu, ambayo pia si sahihi.

Kwa sababu kosa la kwanza lilitoa minus katika hesabu, na la pili likatoa nyongeza, matokeo ya jumla yaligeuka kuwa sahihi ya kushangaza, na wanasayansi wa Ujerumani walileta ugunduzi muhimu zaidi kwa ulimwengu wa kisayansi - lipid bilayer. ya utando wa seli.

Mnamo 1935 jozi nyingine ya watafiti, Danielle na Dawson, baada ya majaribio ya muda mrefu kwenye filamu za bilipid walifikia hitimisho kuhusu kuwepo kwa protini katika utando wa seli. Hakukuwa na njia nyingine ya kueleza kwa nini filamu hizi zina mvutano wa juu sana. Wanasayansi waliwasilisha kwa umma kielelezo cha kielelezo cha utando wa seli, sawa na sandwich, ambapo tabaka zenye usawa za lipid-protini hucheza jukumu la vipande vya mkate, na kati yao badala ya mafuta kuna utupu.

Mwaka 1950, kwa usaidizi wa hadubini ya kwanza ya elektroni, nadharia ya Danielly-Dawson ilithibitishwa kwa kiasi - picha ndogo za utando wa seli zilionyesha wazi tabaka mbili zinazojumuisha lipid na protini. vichwa, na kati yao kuna nafasi ya uwazi iliyojaa tu mikia ya lipids na protini.

Mwaka 1960, kwa kuongozwa na data hizi, mwanabiolojia wa Marekani J. Robertson alibuni nadharia kuhusu muundo wa tabaka tatu za utando wa seli, ambao kwa muda mrefu ulizingatiwa kuwa moja tu ya kweli. Walakini, sayansi ilipokua, mashaka zaidi na zaidi yalizaliwa juu ya usawa wa tabaka hizi. Kwa mtazamo wa thermodynamics, muundo kama huo haufai sana - itakuwa ngumu sana kwa seli kusafirisha vitu ndani na nje kupitia "sandwich" nzima. Kwa kuongeza, imethibitishwa kuwa utando wa seli za tishu tofauti zina unene tofauti na njia za kushikamana, ambazo zinatokana na kazi tofauti za viungo.

Mwaka 1972 wanabiolojia wadogo S. D. Mwimbaji na G. L. Nicholson aliweza kueleza kutofautiana kwa nadharia ya Robertson kwa kutumia mfano mpya, wa maji-mosaic wa membrane ya seli. Wanasayansi wamegundua kwamba utando huo ni tofauti, usio na usawa, umejaa maji, na seli zake ziko katika mwendo wa mara kwa mara. Na protini zinazounda muundo wake zina muundo na madhumuni tofauti, kwa kuongeza, ziko tofauti kuhusiana na safu ya bilipid ya membrane.

Kuna aina tatu za protini katika utando wa seli:

  • Pembeni - iliyoambatishwa kwenye uso wa filamu;
  • Nusu-muhimu - penya kwa kiasi tabaka la bililipid;
  • Muhimu - penya kwenye utando kabisa.

Protini za pembeni huunganishwa kwenye vichwa vya lipids za membrane kupitia mwingiliano wa kielektroniki, na kamwe hazifanyi safu inayoendelea, kama ilivyoaminika hapo awali. Na protini nusu-muhimu na muhimu hutumika kusafirisha oksijeni na virutubisho ndani ya seli, na pia kuondoa bidhaa za kuoza kutoka kwayo, na kwa kazi zingine kadhaa muhimu, ambazo utajifunza kuzihusu baadaye.

Sifa na utendakazi wa utando wa seli

Tabia na kazi za membrane ya seli
Tabia na kazi za membrane ya seli

Membrane ya seli hufanya kazi zifuatazo:

  • Kizuizi - upenyezaji wa utando wa aina tofauti za molekuli si sawa. Ili kukwepa utando wa seli, molekuli lazima iwe na ukubwa fulani, sifa za kemikali na umeme. malipo. Molekuli zenye madhara au zisizofaa, kutokana na kazi ya kizuizi cha membrane ya seli, haiwezi tu kuingia kwenye seli. Kwa mfano, kwa msaada wa mmenyuko wa peroksi, utando hulinda saitoplazimu kutokana na peroksidi hatari;
  • Usafiri - ubadilishanaji wa hali ya chini, amilifu, uliodhibitiwa na teule hupitia kwenye utando. Umetaboli wa kawaida unafaa kwa dutu mumunyifu wa mafuta na gesi zinazojumuisha molekuli ndogo sana. Dutu kama hizo hupenya ndani na nje ya seli bila matumizi ya nishati, kwa uhuru, kwa kueneza. Kazi ya kazi ya usafiri wa membrane ya seli imeamilishwa inapohitajika, lakini vigumu kusafirisha vitu vinahitaji kuingizwa ndani au nje ya seli. Kwa mfano, wale walio na ukubwa mkubwa wa molekuli, au hawawezi kuvuka safu ya bilipid kutokana na hydrophobicity. Kisha pampu za protini huanza kufanya kazi, ikiwa ni pamoja na ATPase, ambayo inawajibika kwa kunyonya ioni za potasiamu ndani ya seli na kutolewa kwa ioni za sodiamu kutoka kwake. Usafirishaji uliodhibitiwa ni muhimu kwa utoaji na utendakazi wa uchachushaji, kama vile wakati seli huzalisha na kutoa homoni au juisi ya tumbo. Dutu hizi zote huacha seli kupitia njia maalum na kwa kiasi fulani. Na utendaji teule wa usafiri unahusishwa na protini muhimu sana ambazo hupenya utando na kutumika kama njia ya kuingia na kutoka kwa aina zilizobainishwa kabisa za molekuli;
  • Matrix - utando wa seli huamua na kurekebisha eneo la viungo vinavyohusiana (nucleus, mitochondria, kloroplasts) na kudhibiti mwingiliano kati yao;
  • Mechanical - inahakikisha kizuizi cha seli moja kutoka kwa nyingine, na, wakati huo huo, uunganisho sahihi wa seli kwenye tishu zenye homogeneous na upinzani wa viungo kwa deformation;
  • Kinga - katika mimea na wanyama, utando wa seli hutumika kama msingi wa kujenga fremu ya kinga. Mfano ni mbao ngumu, peel mnene, miiba ya prickly. Katika ulimwengu wa wanyama, pia kuna mifano mingi ya utendakazi wa ulinzi wa utando wa seli - ganda la kobe, ganda la chitinous, kwato na pembe;
  • Nishati - michakato ya usanisinuru na upumuaji wa seli haingewezekana bila ushiriki wa protini za utando wa seli, kwa sababu ni kupitia njia za protini ambapo seli hubadilishana nishati;
  • Kipokezi- protini zilizojengwa ndani ya utando wa seli zinaweza kuwa na utendaji mwingine muhimu. Zinatumika kama vipokezi ambavyo seli hupokea ishara kutoka kwa homoni na neurotransmitters. Na hii, kwa upande wake, ni muhimu kwa upitishaji wa msukumo wa neva na mwendo wa kawaida wa michakato ya homoni;
  • Enzymatic ni kazi nyingine muhimu iliyo katika baadhi ya protini za utando wa seli. Kwa mfano, katika epithelium ya utumbo, vimeng'enya vya usagaji chakula hutengenezwa kwa usaidizi wa protini hizo;
  • Biopotential - mkusanyiko wa ioni za potasiamu ndani ya seli ni kubwa zaidi kuliko nje, na mkusanyiko wa ioni za sodiamu, kinyume chake, nje ni kubwa kuliko ndani. Hii inaelezea tofauti inayoweza kutokea: ndani ya seli chaji ni hasi, nje yake ni chanya, ambayo inachangia uhamishaji wa vitu ndani ya seli na kutoka kwa aina yoyote ya aina tatu za kimetaboliki - phagocytosis, pinocytosis na exocytosis;
  • Kuweka lebo - juu ya uso wa utando wa seli kuna kinachojulikana kama "maandiko" - antijeni zinazojumuisha glycoproteini (protini zilizo na minyororo ya upande wa oligosaccharide iliyounganishwa nao). Kwa kuwa minyororo ya kando inaweza kuwa na usanidi mkubwa wa anuwai, kila aina ya seli hupokea lebo yake ya kipekee ambayo inaruhusu seli zingine kwenye mwili kuzitambua "kwa kuona" na kujibu kwa usahihi. Ndiyo maana, kwa mfano, seli za kinga za binadamu, macrophages, hutambua kwa urahisi mgeni aliyeingia ndani ya mwili (maambukizi, virusi) na jaribu kuiharibu. Vile vile hufanyika kwa seli zilizo na ugonjwa, zilizobadilishwa na kuukuu - lebo kwenye utando wa seli zao hubadilika na mwili huziondoa.

Kubadilishana kwa seli hutokea kwenye utando, na kunaweza kutekelezwa kwa kutumia aina tatu kuu za miitikio:

  • Phagocytosis ni mchakato wa seli ambapo seli za phagocytic zilizopachikwa kwenye utando wa kunasa na kusaga chembe dhabiti za virutubisho. Katika mwili wa binadamu, phagocytosis hufanywa na utando wa aina mbili za seli: granulocytes (leukocytes punjepunje) na macrophages (seli za kuua kinga);
  • Pinocytosis - mchakato wa kunasa uso wa utando wa seli wa molekuli za maji zinazogusana nayo. Kwa lishe na aina ya pinocytosis, seli hukua matawi nyembamba ya fluffy kwa namna ya antena kwenye membrane yake, ambayo, kama ilivyo, huzunguka tone la kioevu, na Bubble hupatikana. Kwanza, vesicle hii inajitokeza juu ya uso wa membrane, na kisha "imemezwa" - inajificha ndani ya seli, na kuta zake huunganishwa na uso wa ndani wa membrane ya seli. Pinocytosis hutokea katika takriban chembe hai zote;
  • Exocytosis ni mchakato wa kinyume ambapo vilengelenge vyenye umajimaji wa utendaji kazi wa usiri (enzyme, homoni) huundwa ndani ya seli, na lazima kwa namna fulani iondolewe kutoka kwa seli hadi kwenye seli. mazingira. Ili kufanya hivyo, vesicle kwanza huunganishwa na uso wa ndani wa membrane ya seli, kisha hutoka nje, hupasuka, hufukuza yaliyomo na tena kuunganisha na uso wa membrane, wakati huu kutoka nje. Exocytosis hufanyika, kwa mfano, katika seli za epithelium ya matumbo na cortex ya adrenal.

Muundo wa membrane ya seli

Tando za seli zina aina tatu za lipids:

  • Phospholipids;
  • Glycolipids;
  • Cholesterol.
Muundo wa membrane ya seli
Muundo wa membrane ya seli

Phospholipids (mchanganyiko wa mafuta na fosforasi) na glycolipids (mchanganyiko wa mafuta na wanga), kwa upande wake, hujumuisha kichwa haidrofili, ambapo mikia miwili mirefu ya haidrofobu hutoka. Lakini cholesterol wakati mwingine inachukua nafasi kati ya mikia hii miwili na hairuhusu kuinama, ambayo hufanya utando wa seli zingine kuwa ngumu. Kwa kuongezea, molekuli za kolesteroli hudhibiti muundo wa utando wa seli na kuzuia uhamishaji wa molekuli za polar kutoka seli moja hadi nyingine.

Lakini sehemu muhimu zaidi, kama unavyoweza kuona kutoka sehemu iliyotangulia kuhusu utendakazi wa membrane za seli, ni protini. Muundo wao, madhumuni na eneo ni tofauti sana, lakini kuna kitu sawa ambacho huwaunganisha wote: lipids za annular daima ziko karibu na protini za membrane za seli. Hizi ni mafuta maalum ambayo yana muundo wazi, thabiti, yana asidi iliyojaa zaidi ya mafuta katika muundo wao, na hutolewa kutoka kwa membrane pamoja na protini "zilizofadhiliwa". Hii ni aina ya ganda la kinga ya kibinafsi kwa protini, bila ambayo hazitafanya kazi.

Muundo wa utando wa seli una tabaka tatu. Safu ya bilipid ya kioevu isiyo na usawa iko katikati, na protini huifunika pande zote mbili na aina ya mosai, ikipenya kwa sehemu ndani ya unene. Hiyo ni, itakuwa mbaya kufikiri kwamba tabaka za nje za protini za membrane za seli zinaendelea. Protini, pamoja na kazi zao ngumu, zinahitajika kwenye utando ili kupita ndani ya seli na kusafirisha kutoka kwao vitu hivyo ambavyo haviwezi kupenya safu ya mafuta. Kwa mfano, ioni za potasiamu na sodiamu. Kwao, miundo maalum ya protini hutolewa - njia za ion, ambazo tutajadili kwa undani zaidi hapa chini.

Ukitazama utando wa seli kupitia darubini, unaweza kuona safu ya lipids inayoundwa na molekuli ndogo zaidi ya duara, ambayo, kama bahari, seli kubwa za protini za maumbo mbalimbali huelea. Utando sawa kabisa hugawanya nafasi ya ndani ya kila seli katika sehemu ambazo kiini, kloroplasts na mitochondria ziko vizuri. Ikiwa hapangekuwa na "vyumba" tofauti ndani ya seli, viungo vingeshikana na havingeweza kufanya kazi zao kwa usahihi.

Kiini ni seti ya viungo vilivyoundwa na kutenganishwa na utando, ambayo inahusika katika changamano ya nishati, kimetaboliki, michakato ya habari na uzazi ambayo inahakikisha shughuli muhimu ya kiumbe..

Kama unavyoweza kuona kutoka kwa ufafanuzi huu, utando ndio sehemu muhimu zaidi ya seli yoyote. Umuhimu wake ni mkubwa kama ule wa kiini, mitochondria na organelles nyingine za seli. Na mali ya pekee ya membrane ni kutokana na muundo wake: inajumuisha filamu mbili zilizounganishwa kwa njia maalum. Molekuli za phospholipids kwenye membrane ziko na vichwa vya hydrophilic nje, na mikia ya hydrophobic ndani. Kwa hiyo, upande mmoja wa filamu hutiwa na maji, wakati mwingine sio. Kwa hivyo, filamu hizi zimeunganishwa kwa kila mmoja na pande zisizo na mvua ndani, na kutengeneza safu ya bilipid iliyozungukwa na molekuli za protini. Huu ndio muundo wa "sandwich" sana wa utando wa seli.

Njia za ion za membrane za seli

Hebu tuzingatie kwa undani zaidi kanuni ya uendeshaji wa chaneli za ioni. Wanahitajika kwa ajili gani? Ukweli ni kwamba vitu vyenye mumunyifu tu vinaweza kupenya kwa uhuru kupitia membrane ya lipid - hizi ni gesi, pombe na mafuta yenyewe. Kwa hivyo, kwa mfano, katika seli nyekundu za damu kuna ubadilishaji wa mara kwa mara wa oksijeni na dioksidi kaboni, na kwa hili mwili wetu hauitaji kutumia hila zozote za ziada. Lakini vipi inapohitajika kusafirisha miyeyusho yenye maji, kama vile chumvi za sodiamu na potasiamu, kupitia utando wa seli?

Haitakuwa vigumu kuweka njia kwa ajili ya vitu kama hivyo kwenye safu ya lipid, kwa kuwa mashimo yangebana mara moja na kushikamana nyuma, huo ndio muundo wa tishu yoyote ya adipose. Lakini asili, kama kawaida, ilipata njia ya kutoka katika hali hiyo na ikaunda miundo maalum ya usafiri wa protini.

Kuna aina mbili za protini conductive:

  • Wasafirishaji – protini za pampu nusu-muhimu;
  • Vifaa vya njia – protini muhimu.

Protini za aina ya kwanza hutumbukizwa kwa sehemu kwenye safu ya bilipid ya membrane ya seli, na hutazama nje na vichwa vyao, na mbele ya dutu inayofaa, huanza kuishi kama pampu: huvutia molekuli. na kuinyonya ndani ya seli. Na protini za aina ya pili, muhimu, zina sura ya vidogo na ziko perpendicular kwa safu ya bilipid ya membrane ya seli, kupenya ndani na kupitia. Kupitia kwao, kama vichuguu, vitu ambavyo haviwezi kupita kwenye mafuta huingia na kutoka nje ya seli. Ni kupitia njia za ioni ambazo ioni za potasiamu hupenya ndani ya seli na kujilimbikiza ndani yake, wakati ioni za sodiamu, kinyume chake, hutolewa nje. Kuna tofauti katika uwezo wa umeme, hivyo ni muhimu kwa utendakazi mzuri wa seli zote katika mwili wetu.

[Video ya mafundisho] Muundo wa membrane ya plasma ya seli:

Hitimisho muhimu zaidi kuhusu muundo na utendakazi wa membrane za seli

Nadharia kila wakati inaonekana ya kufurahisha na ya kuahidi ikiwa inaweza kutumika kwa manufaa. Ugunduzi wa muundo na kazi za utando wa seli za mwili wa mwanadamu uliruhusu wanasayansi kufanya mafanikio ya kweli katika sayansi kwa ujumla, na hasa katika dawa. Sio bahati mbaya kwamba tulikaa kwenye chaneli za ion kwa undani kama hii, kwa sababu ni hapa kwamba jibu la moja ya maswali muhimu zaidi ya wakati wetu: kwa nini watu wanazidi kuwa wagonjwa na oncology?

Saratani inadai takribani watu milioni 17 wanaishi duniani kote kila mwaka na ni ya nne kwa kusababisha vifo vyote. Kulingana na WHO, matukio ya saratani yanaongezeka kwa kasi, na kufikia mwisho wa 2020 inaweza kufikia milioni 25 kwa mwaka.

Ni nini kinaelezea janga halisi la saratani, na utendakazi wa membrane za seli una uhusiano gani nalo? Utasema: sababu ni katika hali mbaya ya mazingira, utapiamlo, tabia mbaya na urithi mkubwa. Na, bila shaka, utakuwa sahihi, lakini ikiwa tunazungumzia kuhusu tatizo kwa undani zaidi, basi sababu ni acidification ya mwili wa binadamu. Mambo hasi yaliyoorodheshwa hapo juu husababisha kuvurugika kwa utando wa seli, huzuia kupumua na lishe.

Panapofaa kuwa na jumlisha, minus huundwa, na seli haiwezi kufanya kazi kama kawaida. Lakini seli za saratani hazihitaji oksijeni au mazingira ya alkali - zina uwezo wa kutumia aina ya lishe ya anaerobic. Kwa hivyo, katika hali ya njaa ya oksijeni na viwango vya pH vya nje, seli zenye afya hubadilika, zikitaka kuzoea mazingira, na kuwa seli za saratani. Hivi ndivyo mtu hupata saratani. Ili kuepuka hili, unahitaji tu kunywa maji safi ya kutosha kila siku, na kuacha kansa katika chakula. Lakini, kama sheria, watu wanajua vyema bidhaa hatari na hitaji la maji bora, na hawafanyi chochote - wanatumai kuwa shida itawapita.

Kwa kujua vipengele vya muundo na utendakazi wa membrane za seli za seli tofauti, madaktari wanaweza kutumia maelezo haya kutoa athari zinazolengwa na zinazolengwa za matibabu kwenye mwili. Dawa nyingi za kisasa, zinazoingia ndani ya mwili wetu, zinatafuta "lengo" sahihi, ambalo linaweza kuwa njia za ion, enzymes, receptors na biomarkers ya membrane za seli. Mbinu hii ya matibabu hukuruhusu kupata matokeo bora na madhara madogo.

Viuavijasumu vya kizazi kipya zaidi, vinapoingia kwenye mkondo wa damu, haziui seli zote mfululizo, bali hutafuta seli haswa za pathojeni, zikilenga alama kwenye utando wa seli zake. Dawa mpya zaidi za kupambana na kipandauso, triptans, hubana tu mishipa ya ubongo iliyovimba, huku zikiwa hazina athari kwa moyo na mfumo wa mzunguko wa pembeni. Na wanatambua vyombo vinavyohitajika kwa usahihi na protini za utando wa seli zao. Kuna mifano mingi kama hii, kwa hivyo tunaweza kusema kwa ujasiri kwamba ujuzi kuhusu muundo na kazi za membrane za seli huchangia maendeleo ya sayansi ya kisasa ya matibabu, na huokoa mamilioni ya maisha kila mwaka.

Ilipendekeza: