در سال 1972، این تئوری مطرح شد که یک غشای نیمه نفوذپذیر سلول را احاطه کرده و تعدادی از وظایف حیاتی را انجام می دهد، و ساختار و عملکرد غشای سلولی مسائل مهمی در مورد عملکرد صحیح همه سلول های بدن است.. نظریه سلولی در قرن هفدهم همراه با اختراع میکروسکوپ گسترش یافت. مشخص شد که بافت‌های گیاهی و جانوری از سلول‌ها تشکیل شده‌اند، اما به دلیل وضوح پایین دستگاه، دیدن هیچ مانعی در اطراف سلول حیوانی غیرممکن بود. در قرن بیستم، ماهیت شیمیایی غشاء با جزئیات بیشتری مورد مطالعه قرار گرفت، مشخص شد که لیپیدها اساس آن هستند.
ساختار و عملکرد غشای سلولی
غشای سلولی سیتوپلاسم سلول های زنده را احاطه کرده و اجزای درون سلولی را از محیط خارجی جدا می کند. قارچ ها، باکتری ها و گیاهان نیز دارای دیواره های سلولی هستند که محافظت می کند و از عبور مولکول های بزرگ جلوگیری می کند. غشاهای سلولی نیز نقش دارندتشکیل اسکلت سلولی و اتصال به ماتریکس خارج سلولی سایر ذرات حیاتی. این برای نگه داشتن آنها در کنار هم و تشکیل بافت ها و اندام های بدن ضروری است. ویژگی های ساختاری غشای سلولی شامل نفوذپذیری است. عملکرد اصلی حفاظت است. غشا از یک لایه فسفولیپید با پروتئین های جاسازی شده تشکیل شده است. این بخش در فرآیندهایی مانند چسبندگی سلولی، هدایت یونی و سیستم های سیگنال دهی نقش دارد و به عنوان یک سطح اتصال برای چندین ساختار خارج سلولی از جمله دیواره، گلیکوکالیکس و اسکلت سلولی داخلی عمل می کند. غشاء همچنین با عمل به عنوان یک فیلتر انتخابی، پتانسیل سلول را حفظ می کند. به طور انتخابی در برابر یون ها و مولکول های آلی نفوذ پذیر است و حرکت ذرات را کنترل می کند.
مکانیسم های بیولوژیکی مربوط به غشای سلولی
1. انتشار غیرفعال: برخی از مواد (مولکول های کوچک، یون ها)، مانند دی اکسید کربن (CO2) و اکسیژن (O2)، می توانند از طریق غشای پلاسما منتشر شوند. پوسته به عنوان مانعی برای مولکول ها و یون های خاصی عمل می کند که می توانند در هر دو طرف متمرکز شوند.
2. کانال گذرنده و پروتئین ناقل: مواد مغذی مانند گلوکز یا اسیدهای آمینه باید وارد سلول شوند و برخی از محصولات متابولیک باید از آن خارج شوند.
3. اندوسیتوز فرآیندی است که طی آن مولکول ها جذب می شوند. در غشای پلاسمایی یک تغییر شکل جزئی (تخلخل) ایجاد می شود که در آن ماده مورد انتقال بلعیده می شود. ایجاب می کندانرژی و بنابراین نوعی انتقال فعال است.
4. اگزوسیتوز: در سلول های مختلف رخ می دهد تا بقایای هضم نشده مواد حاصل از اندوسیتوز را حذف کند تا موادی مانند هورمون ها و آنزیم ها ترشح کند و ماده را به طور کامل از طریق سد سلولی منتقل کند.
ساختار مولکولی
غشای سلولی یک غشای بیولوژیکی است که عمدتاً از فسفولیپیدها تشکیل شده و محتویات کل سلول را از محیط خارجی جدا می کند. فرآیند تشکیل به طور خود به خود در شرایط عادی رخ می دهد. برای درک این فرآیند و توصیف صحیح ساختار و عملکرد غشای سلولی، و همچنین خواص، لازم است ماهیت ساختارهای فسفولیپیدی که با قطبش ساختاری مشخص می شوند، ارزیابی شود. هنگامی که فسفولیپیدها در محیط آبی سیتوپلاسم به غلظت بحرانی می رسند، به میسل هایی ترکیب می شوند که در محیط آبی پایدارتر هستند.
خواص غشاء
- ثبات. این بدان معنی است که بعد از تشکیل غشاء بعید است که فرو بریزد.
- قدرت. غشای لیپیدی به اندازه کافی قابل اعتماد است که از عبور یک ماده قطبی جلوگیری کند؛ هم مواد محلول (یون ها، گلوکز، اسیدهای آمینه) و هم مولکول های بسیار بزرگتر (پروتئین ها) نمی توانند از مرز تشکیل شده عبور کنند.
- شخصیت پویا. این شاید مهمترین ویژگی در هنگام در نظر گرفتن ساختار سلول باشد. غشای سلولی می توانددر معرض تغییر شکل های مختلف باشد، می تواند بدون فرو ریختن تا شود و خم شود. تحت شرایط خاص، مانند ادغام وزیکول ها یا جوانه زدن، می توان آن را شکست، اما فقط به طور موقت. در دمای اتاق، اجزای لیپیدی آن در حرکت ثابت و بی نظم هستند و یک مرز مایع پایدار را تشکیل می دهند.
مدل موزاییک مایع
صحبت در مورد ساختار و عملکرد غشای سلولی، ذکر این نکته مهم است که در دیدگاه مدرن، غشاء به عنوان یک مدل موزاییک مایع در سال 1972 توسط دانشمندان سینگر و نیکلسون در نظر گرفته شد. نظریه آنها سه ویژگی اصلی ساختار غشایی را منعکس می کند. پروتئین های غشایی یکپارچه یک الگوی موزاییکی برای غشاء ایجاد می کنند و به دلیل ماهیت متغیر سازماندهی لیپیدی، قادر به حرکت جانبی درون صفحه هستند. پروتئین های گذرنده نیز به طور بالقوه متحرک هستند. یکی از ویژگی های مهم ساختار غشا عدم تقارن آن است. ساختار یک سلول چیست؟ غشای سلولی، هسته، پروتئین ها و غیره. سلول واحد اساسی حیات است و همه موجودات از یک یا چند سلول تشکیل شده اند که هر کدام دارای یک مانع طبیعی است که آن را از محیط خود جدا می کند. این مرز بیرونی سلول غشای پلاسمایی نیز نامیده می شود. از چهار نوع مختلف مولکول تشکیل شده است: فسفولیپیدها، کلسترول، پروتئین ها و کربوهیدرات ها. مدل موزاییک مایع ساختار غشای سلولی را به شرح زیر توصیف می کند: انعطاف پذیر و الاستیک، از نظر قوام شبیه به روغن نباتی، به طوری که همه چیزتک تک مولکول‌ها به سادگی در محیط مایع شناور می‌شوند و همه آنها می‌توانند به طرفین در آن پوسته حرکت کنند. موزاییک چیزی است که حاوی جزئیات مختلف است. در غشای پلاسما، فسفولیپیدها، مولکول‌های کلسترول، پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها نشان داده می‌شوند.
فسفولیپیدها
فسفولیپیدها ساختار اصلی غشای سلولی را تشکیل می دهند. این مولکول ها دو انتهای مجزا دارند: یک سر و یک دم. انتهای سر حاوی یک گروه فسفات و آبدوست است. یعنی جذب مولکول های آب می شود. دم از اتم های هیدروژن و کربن به نام زنجیره اسید چرب تشکیل شده است. این زنجیره ها آبگریز هستند، آنها دوست ندارند با مولکول های آب مخلوط شوند. این فرآیند مشابه چیزی است که وقتی روغن نباتی را در آب می ریزیم اتفاق می افتد، یعنی در آن حل نمی شود. ویژگی‌های ساختاری غشای سلولی با لایه‌ای به اصطلاح لیپیدی مرتبط است که از فسفولیپیدها تشکیل شده است. سرهای فسفات هیدروفیل همیشه در جایی قرار دارند که آب به صورت مایع درون سلولی و خارج سلولی وجود دارد. دم های آبگریز فسفولیپیدها در غشاء به گونه ای سازماندهی شده اند که آنها را از آب دور نگه می دارد.
کلسترول، پروتئین و کربوهیدرات
وقتی مردم کلمه "کلسترول" را می شنوند، مردم معمولا فکر می کنند که این کلمه بد است. با این حال، کلسترول در واقع یک جزء بسیار مهم از غشای سلولی است. مولکول های آن از چهار حلقه اتم هیدروژن و کربن تشکیل شده است. آنها آبگریز هستند و در میان دم های آبگریز در دولایه لیپیدی رخ می دهند. اهمیت آنها در این استبا حفظ قوام، غشاها را تقویت می کنند و از متقاطع جلوگیری می کنند. مولکول های کلسترول همچنین از تماس و سخت شدن دم های فسفولیپیدی جلوگیری می کنند. این سیالیت و انعطاف پذیری را تضمین می کند. پروتئین‌های غشایی به‌عنوان آنزیم‌هایی برای تسریع واکنش‌های شیمیایی، گیرنده‌های مولکول‌های خاص یا انتقال مواد در غشای سلول عمل می‌کنند.
کربوهیدرات ها یا ساکاریدها فقط در سمت خارج سلولی غشای سلولی یافت می شوند. آنها با هم گلیکوکالیکس را تشکیل می دهند. بالشتک و محافظت از غشای پلاسما را فراهم می کند. بر اساس ساختار و نوع کربوهیدرات‌های گلیکوکالیکس، بدن می‌تواند سلول‌ها را تشخیص دهد و تعیین کند که آیا باید آنجا باشند یا نه.
پروتئین های غشایی
ساختار غشای سلولی یک سلول حیوانی را نمی توان بدون عنصر مهمی مانند پروتئین تصور کرد. با وجود این، آنها می توانند به طور قابل توجهی از نظر اندازه نسبت به یکی دیگر از اجزای مهم - لیپیدها پایین تر باشند. سه پروتئین غشایی اصلی وجود دارد.
- انتگرال. آنها به طور کامل دو لایه، سیتوپلاسم و محیط خارج سلولی را می پوشانند. آنها یک عملکرد انتقال و سیگنالینگ را انجام می دهند.
- پیرامونی. پروتئین ها توسط پیوندهای الکترواستاتیک یا هیدروژنی در سطوح سیتوپلاسمی یا خارج سلولی خود به غشاء متصل می شوند. آنها عمدتاً به عنوان وسیله ای برای اتصال پروتئین های انتگرال درگیر هستند.
- غشا. آنها عملکردهای آنزیمی و سیگنالینگ را انجام می دهند و همچنین ساختار اصلی دو لایه لیپیدی غشاء را تعدیل می کنند.
عملکرد غشاهای بیولوژیکی
اثر آبگریز، که رفتار هیدروکربن ها را در آب تنظیم می کند، ساختارهای تشکیل شده توسط لیپیدهای غشا و پروتئین های غشایی را کنترل می کند. بسیاری از خواص غشاها توسط حاملین دولایه لیپیدی اعطا می شود که ساختار اصلی همه غشاهای بیولوژیکی را تشکیل می دهند. پروتئین های غشایی انتگرال تا حدی در لایه دوتایی لیپیدی پنهان هستند. پروتئین های گذرنده دارای یک سازمان تخصصی از اسیدهای آمینه در توالی اولیه خود هستند.
پروتئین‌های غشای محیطی بسیار شبیه پروتئین‌های محلول هستند، اما به غشاء متصل هستند. غشاهای سلولی تخصصی عملکردهای سلولی خاصی دارند. ساختار و عملکرد غشای سلولی چگونه بر بدن تأثیر می گذارد؟ عملکرد کل ارگانیسم به نحوه چیدمان غشاهای بیولوژیکی بستگی دارد. از اندامک های درون سلولی، برهمکنش های خارج سلولی و بین سلولی غشاها، ساختارهای لازم برای سازماندهی و انجام عملکردهای بیولوژیکی ایجاد می شود. بسیاری از ویژگی های ساختاری و عملکردی برای باکتری ها، سلول های یوکاریوتی و ویروس های پوششی مشترک هستند. تمام غشاهای بیولوژیکی بر روی یک لایه لیپیدی ساخته شده اند که وجود تعدادی ویژگی مشترک را تعیین می کند. پروتئین های غشایی عملکردهای خاص زیادی دارند.
- کنترل. غشاهای پلاسمایی سلول ها مرزهای تعامل سلول با محیط را مشخص می کنند.
- حمل و نقل. غشاهای درون سلولی سلول ها به چندین بلوک عملکردی با متفاوت تقسیم می شوندترکیب داخلی، که هر یک توسط تابع حمل و نقل لازم در ترکیب با نفوذپذیری کنترل پشتیبانی می شود.
- انتقال سیگنال. همجوشی غشاء مکانیزمی برای اطلاع رسانی تاولی داخل سلولی و جلوگیری از ورود آزادانه انواع ویروس ها به سلول فراهم می کند.
معنا و نتیجه گیری
ساختار غشای سلولی خارجی بر کل بدن تأثیر می گذارد. نقش مهمی در محافظت از یکپارچگی دارد و فقط به مواد منتخب اجازه نفوذ می دهد. همچنین پایه خوبی برای لنگر انداختن اسکلت سلولی و دیواره سلولی است که به حفظ شکل سلول کمک می کند. لیپیدها حدود 50 درصد از توده غشایی اکثر سلول ها را تشکیل می دهند، اگرچه این میزان بسته به نوع غشاء متفاوت است. ساختار غشای سلولی بیرونی پستانداران پیچیده تر است، شامل چهار فسفولیپید اصلی است. یکی از ویژگی های مهم دولایه های لیپیدی این است که مانند یک مایع دو بعدی رفتار می کنند که در آن مولکول های منفرد می توانند آزادانه بچرخند و به صورت جانبی حرکت کنند. چنین سیالیت خاصیت مهم غشاها است که بسته به دما و ترکیب لیپیدی تعیین می شود. به دلیل ساختار حلقه هیدروکربنی، کلسترول در تعیین سیالیت غشاها نقش دارد. نفوذپذیری انتخابی غشاهای بیولوژیکی به مولکول های کوچک به سلول اجازه می دهد تا ساختار داخلی خود را کنترل و حفظ کند.
با توجه به ساختار سلول (غشاء سلولی، هسته و غیره) می توان نتیجه گرفت کهبدن یک سیستم خودتنظیمی است که بدون کمک خارجی نمی تواند به خود آسیب برساند و همیشه به دنبال راه هایی برای بازیابی، محافظت و عملکرد صحیح هر سلول است.
