פונקציות, משמעות ומבנה של קרום הפלזמה. תא וממברנת תא

כל היצורים החיים, בהתאם למבנה התא, מחולקים לשלוש קבוצות (ראה איור 1):

1. פרוקריוטים (לא גרעיניים)

2. אוקריוטים (גרעיניים)

3. וירוסים (לא סלולריים)

אורז. 1. יצורים חיים

בשיעור זה נתחיל ללמוד את מבנה התאים של אורגניזמים אוקריוטיים הכוללים צמחים, פטריות ובעלי חיים. התאים שלהם הם הגדולים והמורכבים יותר בהשוואה לתאים פרוקריוטיים.

כידוע, תאים מסוגלים לפעילות עצמאית. הם יכולים להחליף חומר ואנרגיה עם הסביבה, כמו גם לגדול ולהתרבות, ולכן המבנה הפנימי של התא מורכב מאוד ותלוי בעיקר בתפקוד שהתא מבצע באורגניזם רב תאי.

עקרונות הבנייה של כל התאים זהים. בכל תא איקריוטי ניתן להבחין בין החלקים העיקריים הבאים (ראה איור 2):

1. הממברנה החיצונית המפרידה בין תכולת התא מהסביבה החיצונית.

2. ציטופלזמה עם אברונים.

אורז. 2. החלקים העיקריים של תא איקריוטי

המונח "ממברנה" הוצע לפני כמאה שנים כדי לציין את גבולות התא, אך עם התפתחות מיקרוסקופ האלקטרונים התברר כי קרום התא הוא חלק מהמרכיבים המבניים של התא.

בשנת 1959 גיבש ג'יי די רוברטסון את השערת הממברנה היסודית, לפיה קרומי התא של בעלי חיים וצמחים בנויים על פי אותו סוג.

בשנת 1972, הוא הוצע על ידי סינגר וניקולסון, אשר מקובל כיום. לפי מודל זה, הבסיס של כל ממברנה הוא שכבה כפולה של פוספוליפידים.

בפוספוליפידים (תרכובות המכילות קבוצת פוספט), המולקולות מורכבות מראש קוטבי ושני זנבות לא קוטביים (ראה איור 3).

אורז. 3. פוספוליפיד

בשכבת דו-הפוספוליפידים, שאריות חומצות שומן הידרופוביות פונים פנימה, בעוד שראשים הידרופיליים, כולל שארית חומצה זרחתית, פונים כלפי חוץ (ראה איור 4).

אורז. 4. דו-שכבה של פוספוליפידים

דו-שכבת הפוספוליפיד מוצגת כמבנה דינמי, שומנים יכולים לנוע, לשנות את מיקומם.

השכבה הכפולה של השומנים מספקת את תפקוד המחסום של הממברנה, מונעת את התפשטות תכולת התא ומונעת כניסת חומרים רעילים לתא.

נוכחותו של קרום גבול בין התא לסביבה הייתה ידועה הרבה לפני הופעת מיקרוסקופ האלקטרונים. כימאים פיזיקליים הכחישו את קיומה של קרום הפלזמה והאמינו שיש ממשק בין התוכן הקולואידי החי לבין הסביבה, אך פפר (בוטנאי ופיזיולוגית צמחים גרמנית) אישר את קיומו ב-1890.

בתחילת המאה הקודמת גילה אוברטון (פיזיולוגית וביולוגית בריטי) שקצב חדירתם של חומרים רבים לאדוציטים עומד ביחס ישר למסיסות השומנים שלהם. בהקשר זה, המדען הציע שהקרום מכיל כמות גדולה של שומנים וחומרים, מתמוססים בו, עוברים דרכו ומוצאים את עצמם בצד השני של הממברנה.

בשנת 1925, גורטר וגרנדל (ביולוגים אמריקאים) בודדו שומנים מקרום התא של אריתרוציטים. השומנים שהתקבלו הופצו על פני המים בעובי של מולקולה אחת. התברר ששטח הפנים שנכבש על ידי שכבת השומנים הוא פי שניים משטח האריתרוציט עצמו. לכן, מדענים אלה הגיעו למסקנה כי קרום התא אינו מורכב משכבה אחת, אלא משתי שכבות של שומנים.

דוסון ודניאלי (ביולוגים אנגליים) בשנת 1935 הציעו שבממברנות התא שכבת הליפיד הבי-מולקולרית סגורה בין שתי שכבות של מולקולות חלבון (ראה איור 5).

אורז. 5. מודל ממברנה שהוצע על ידי דוסון ודניאלי

עם הופעת מיקרוסקופ האלקטרונים, ניתן היה להכיר את מבנה הממברנה, ואז נמצא כי ממברנות של תאי בעלי חיים וצמחים נראים כמו מבנה תלת-שכבתי (ראה איור 6).

אורז. 6. קרום התא במיקרוסקופ

בשנת 1959, הביולוג ג'יי.די רוברטסון, בשילוב הנתונים הזמינים באותה תקופה, העלה השערה לגבי מבנה ה"קרום היסודי", שבה הניח מבנה משותף לכל הממברנות הביולוגיות.

ההנחות של רוברטסון על מבנה "הממברנה היסודית"

1. כל הממברנות בעובי של כ-7.5 ננומטר.

2. במיקרוסקופ אלקטרוני, כולם נראים תלת-שכבתיים.

3. המבט התלת-שכבתי של הממברנה הוא תוצאה של סידור החלבונים והשומנים הקוטביים בדיוק, אשר סופק על ידי מודל Dawson and Danielli - דו-שכבת השומנים המרכזית סגורה בין שתי שכבות של חלבון.

השערה זו לגבי מבנה "הממברנה היסודית" עברה שינויים שונים, ובשנת 1972 היא הועלתה על ידי דגם פסיפס נוזלי של הממברנה(ראה איור 7), אשר מקובל כיום.

אורז. 7. דגם פסיפס נוזלי של הממברנה

מולקולות חלבון טבולות בשכבת השומנים הדו-שכבתית של הממברנה, הן יוצרות פסיפס נייד. על פי מיקומם בממברנה והאופן שבו הם מתקשרים עם דו-שכבת השומנים, ניתן לחלק חלבונים ל:

- שטחי (או היקפי)חלבוני ממברנה הקשורים למשטח ההידרופילי של דו-שכבת השומנים;

- אינטגרלי (ממברנה)חלבונים המוטבעים באזור ההידרופובי של הדו-שכבה.

חלבונים אינטגרליים נבדלים במידת הטבילה שלהם באזור ההידרופובי של הדו-שכבה. הם יכולים להיות שקועים לחלוטין בלתי נפרד) או שקוע חלקית ( חצי אינטגרלי), ויכול גם לחדור לממברנה דרך ( טרנסממברנה).

ניתן לחלק את חלבוני הממברנה לשתי קבוצות לפי תפקידיהם:

- מִבנִיחלבונים. הם חלק ממברנות התא ומעורבים בשמירה על המבנה שלהם.

- דִינָמִיחלבונים. הם ממוקמים על הממברנות ומשתתפים בתהליכים המתרחשים עליהם.

ישנן שלוש מחלקות של חלבונים דינמיים.

1. קוֹלֵט. בעזרת חלבונים אלו, התא קולט השפעות שונות על פני השטח שלו. כלומר, הם קושרים באופן ספציפי תרכובות כמו הורמונים, נוירוטרנסמיטורים, רעלנים בצד החיצוני של הממברנה, מה שמשמש אות לשינוי תהליכים שונים בתוך התא או הממברנה עצמה.

2. תַחְבּוּרָה. חלבונים אלו מעבירים חומרים מסוימים דרך הממברנה, הם גם יוצרים תעלות שדרכן מועברים יונים שונים לתוך התא וממנו.

3. אנזימטי. אלו הם חלבוני אנזים הנמצאים בממברנה ומעורבים בתהליכים כימיים שונים.

הובלה של חומרים על פני הממברנה

דו-שכבות ליפידים אטומות במידה רבה לחומרים רבים, ולכן נדרשת כמות גדולה של אנרגיה להובלת חומרים דרך הממברנה, ונדרשת גם היווצרות של מבנים שונים.

ישנם שני סוגי הובלה: פסיבית ואקטיבית.

הובלה פסיבית

הובלה פסיבית היא תנועה של מולקולות לאורך שיפוע ריכוז. כלומר, הוא נקבע רק על ידי ההבדל בריכוז החומר המועבר בצדדים מנוגדים של הממברנה ומתבצע ללא הוצאת אנרגיה.

ישנם שני סוגים של הובלה פסיבית:

- דיפוזיה פשוטה(ראה איור 8), המתרחש ללא השתתפות חלבון הממברנה. מנגנון הדיפוזיה הפשוטה הוא העברה טרנסממברנית של גזים (חמצן ופחמן דו חמצני), מים וכמה יונים אורגניים פשוטים. דיפוזיה פשוטה היא איטית.

אורז. 8. דיפוזיה פשוטה

- הקלה על דיפוזיה(ראה איור 9) שונה מפשוט בכך שהוא מתרחש בהשתתפות חלבוני נשא. תהליך זה הוא ספציפי ומתקדם בקצב גבוה יותר מאשר דיפוזיה פשוטה.

אורז. 9. דיפוזיה הקלה

ידועים שני סוגים של חלבוני הובלת ממברנה: חלבונים נשאים (טרנסלוקאזות) וחלבונים יוצרי תעלות. חלבוני הובלה קושרים חומרים ספציפיים ונושאים אותם על פני הממברנה לאורך שיפוע הריכוז שלהם, וכתוצאה מכך, תהליך זה, כמו בדיפוזיה פשוטה, אינו דורש הוצאת אנרגיית ATP.

חלקיקי מזון אינם יכולים לעבור דרך הממברנה, הם נכנסים לתא על ידי אנדוציטוזיס (ראה איור 10). במהלך אנדוציטוזיס, קרום הפלזמה יוצרת פלישות ויציאות, לוכדת חלקיק מוצק של מזון. נוצרת ואקוולה (או שלפוחית) סביב בולוס המזון, אשר לאחר מכן מתנתקת מממברנת הפלזמה, והחלקיק המוצק בוואקוולה נמצא בתוך התא.

אורז. 10. אנדוציטוזיס

ישנם שני סוגים של אנדוציטוזיס.

1. פגוציטוזיס- ספיגת חלקיקים מוצקים. תאים מיוחדים המבצעים phagocytosis נקראים פגוציטים.

2. פינוציטוזה- ספיגת חומר נוזלי (תמיסה, תמיסה קולואידית, תרחיפים).

אקסוציטוזיס(ראה איור 11) - תהליך הפוך לאנדוציטוזיס. חומרים המסונתזים בתא, כמו הורמונים, נארזים לתוך שלפוחיות ממברנות שמתאימות לממברנת התא, מוטמעים בה, ותכולת השלפוחית ​​נפלטת מהתא. באותו אופן, התא יכול להיפטר ממוצרים מטבוליים מיותרים.

אורז. 11. אקסוציטוזיס

מעבר פעיל

שלא כמו דיפוזיה קלה, הובלה פעילה היא תנועה של חומרים כנגד שיפוע ריכוז. במקרה זה, חומרים עוברים מאזור עם ריכוז נמוך יותר לאזור עם ריכוז גבוה יותר. מכיוון שתנועה כזו מתרחשת בכיוון ההפוך לדיפוזיה רגילה, התא חייב להוציא אנרגיה בתהליך זה.

בין דוגמאות להובלה פעילה, מומלץ ללמוד את מה שנקרא משאבת נתרן-אשלגן. משאבה זו שואבת יוני נתרן אל מחוץ לתא ומשאבת יוני אשלגן לתא תוך שימוש באנרגיה של ATP.

1. מבני (קרום התא מפריד בין התא לסביבה).

2. הובלה (חומרים מועברים דרך קרום התא, וממברנת התא מהווה מסנן סלקטיבי ביותר).

3. קולטן (קולטנים הממוקמים על פני הממברנה קולטים השפעות חיצוניות, מעבירים מידע זה לתא, ומאפשרים לו להגיב במהירות לשינויים סביבתיים).

בנוסף לאלו המפורטים לעיל, הממברנה מבצעת גם פונקציה מטבולית והמרת אנרגיה.

תפקוד מטבולי

ממברנות ביולוגיות משתתפות באופן ישיר או עקיף בתהליכים של טרנספורמציות מטבוליות של חומרים בתא, שכן רוב האנזימים קשורים לממברנות.

הסביבה השומנית של אנזימים בממברנה יוצרת תנאים מסוימים לתפקודם, מטילה הגבלות על פעילות חלבוני הממברנה, ובכך משפיעה על תהליכים מטבוליים.

פונקציית המרת אנרגיה

התפקיד החשוב ביותר של ביו-ממברנות רבות הוא הפיכת צורה אחת של אנרגיה לאחרת.

ממברנות הממירות אנרגיה כוללות ממברנות פנימיות של מיטוכונדריה, תילקואידים של כלורופלסטים (ראה איור 12).

אורז. 12. מיטוכונדריה וכלורופלסט

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. ביולוגיה כללית 10-11 כיתת Bustard, 2005.
2. ביולוגיה. כיתה י'. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית / P.V. איזבסקי, או.א. קורנילובה, T.E. לושכילין ואחרים - מהדורה ב', מתוקן. - ונטנה-גרף, 2010. - 224 עמודים.
3. Belyaev D.K. כיתת ביולוגיה 10-11. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית של. - מהדורה 11, סטריאוטיפ. - מ.: חינוך, 2012. - 304 עמ'.
4. Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. כיתת ביולוגיה 10-11. ביולוגיה כללית. רמה בסיסית של. - מהדורה 6, הוסף. - Bustard, 2010. - 384 עמ'.

1. Ayzdorov.ru ().
2. Youtube.com().
3. Doctor-v.ru ().
4. Animals-world.ru ().

שיעורי בית

1. מהו המבנה של קרום התא?
2. מהן התכונות של שומנים ליצור ממברנות?
3. בשל אילו תפקידים חלבונים מסוגלים להשתתף בהובלת חומרים על פני הממברנה?
4. רשום את הפונקציות של קרום הפלזמה.
5. כיצד מתרחשת הובלה פסיבית על פני הממברנה?
6. כיצד מתרחשת הובלה פעילה על פני הממברנה?
7. מה תפקידה של משאבת הנתרן-אשלגן?
8. מה זה פגוציטוזיס, פינוציטוזיס?

קרום התא החיצוני (פלזמלמה, ציטלמה, קרום פלזמה) של תאי בעלי חייםמכוסה מבחוץ (כלומר, בצד שאינו במגע עם הציטופלזמה) בשכבה של שרשראות אוליגוסכרידים המחוברות באופן קוולנטי לחלבוני ממברנה (גליקופרוטאינים) ובמידה פחותה, לליפידים (גליקוליפידים). ציפוי פחמימות זה של הממברנה נקרא גליקוקליקס.מטרת הגליקוקליקס עדיין לא ברורה במיוחד; יש הנחה שמבנה זה לוקח חלק בתהליכי ההכרה הבין-תאית.

בתאי צמחיםעל גבי קרום התא החיצוני נמצאת שכבת תאית צפופה עם נקבוביות שדרכן מתבצעת תקשורת בין תאים שכנים דרך גשרים ציטופלזמיים.

תאים פטריותעל גבי הפלזמה - שכבה צפופה כיטין.

בְּ בַּקטֶרִיָה – mureina.

מאפיינים של ממברנות ביולוגיות

1. יכולת הרכבה עצמיתלאחר השפעות הרסניות. תכונה זו נקבעת על פי המאפיינים הפיזיקליים-כימיים של מולקולות פוספוליפידים, אשר בתמיסה מימית מתחברות כך שהקצוות ההידרופיליים של המולקולות פונה החוצה, והקצוות ההידרופוביים פנימה. ניתן לשלב חלבונים בשכבות פוספוליפידים מוכנות. יכולת ההרכבה העצמית חיונית ברמה התאית.

2. חדירות למחצה(בררנות בהעברת יונים ומולקולות). מבטיח שמירה על הקביעות של ההרכב היוני והמולקולרי בתא.

3. נזילות ממברנה. ממברנות אינן מבנים נוקשים; הן משתנות ללא הרף עקב תנועות הסיבוב והתנודות של מולקולות שומנים וחלבונים. זה מספק קצב גבוה של תהליכים אנזימטיים וכימיים אחרים בממברנות.

4. לשברי ממברנות אין קצוות חופשיים, שכן הם סגורים בבועות.

פונקציות של קרום התא החיצוני (פלזמלמה)

הפונקציות העיקריות של הפלזמה הם כדלקמן: 1) מחסום, 2) קולטן, 3) החלפה, 4) הובלה.

1. פונקציית מחסום.זה מתבטא בעובדה שהפלזמלמה מגבילה את תוכן התא, מפרידה אותו מהסביבה החיצונית, וממברנות תוך תאיות מחלקות את הציטופלזמה לריאקציונרים נפרדים. תאים.

2. תפקוד קולטן.אחד התפקידים החשובים ביותר של הפלזמהלמה הוא להבטיח תקשורת (חיבור) של התא עם הסביבה החיצונית באמצעות מנגנון הקולטן הקיים בממברנות, שיש לו אופי חלבוני או גליקופרוטאין. הפונקציה העיקרית של תצורות הקולטנים של הפלזמה היא זיהוי של אותות חיצוניים, שבגללם התאים מכוונים נכון ויוצרים רקמות בתהליך ההתמיינות. פעילותן של מערכות רגולטוריות שונות, כמו גם יצירת תגובה חיסונית, קשורה לתפקוד הקולטן.

פונקציית החלפהנקבע על פי תכולת חלבוני האנזים בממברנות ביולוגיות, שהם זרזים ביולוגיים. פעילותם משתנה בהתאם ל-pH של המדיום, טמפרטורה, לחץ, ריכוז המצע וגם האנזים עצמו. אנזימים קובעים את עוצמת התגובות העיקריות חילוף חומרים, כמו גםנטייה.

תפקוד תחבורה של ממברנות.הממברנה מספקת חדירה סלקטיבית לתא ומהתא לסביבה של כימיקלים שונים. הובלת החומרים נחוצה כדי לשמור על ה-pH המתאים בתא, הריכוז היוני המתאים, המבטיח את יעילות האנזימים התאיים. התחבורה מספקת חומרי הזנה המשמשים כמקור אנרגיה, וכן חומר ליצירת רכיבים תאיים שונים. הוא קובע את פינוי הפסולת הרעילה מהתא, הפרשת חומרים שימושיים שונים ויצירת שיפועים יוניים הדרושים לפעילות העצבים והשרירים.שינויים בקצב העברת החומרים עלולים להוביל להפרעות בתהליכים ביו-אנרגטיים, חילוף חומרים של מים-מלח. , ריגוש ותהליכים אחרים. תיקון השינויים הללו עומד בבסיס פעולתן של תרופות רבות.

ישנן שתי דרכים עיקריות שבהן חומרים נכנסים לתא ויוצאים מהתא אל הסביבה החיצונית;

הובלה פסיבית,

מעבר פעיל.

הובלה פסיביתהולך לאורך השיפוע של ריכוז כימי או אלקטרוכימי ללא הוצאת אנרגיית ATP. אם למולקולת החומר המועבר אין מטען, אזי כיוון ההובלה הפסיבית נקבע רק לפי ההבדל בריכוז החומר הזה משני צידי הממברנה (שיפוע ריכוז כימי). אם המולקולה טעונה, אז ההובלה שלה מושפעת הן משיפוע הריכוז הכימי והן מהשיפוע החשמלי (פוטנציאל הממברנה).

שני הגרדיאנטים ביחד מהווים גרדיאנט אלקטרוכימי. הובלה פסיבית של חומרים יכולה להתבצע בשתי דרכים: דיפוזיה פשוטה ודיפוזיה קלה.

עם דיפוזיה פשוטהיוני מלח ומים יכולים לחדור דרך הערוצים הסלקטיביים. תעלות אלו נוצרות על ידי כמה חלבונים טרנסממברניים היוצרים נתיבי הובלה מקצה לקצה הפתוחים לצמיתות או רק לזמן קצר. דרך הערוצים הסלקטיביים חודרות מולקולות שונות, בעלות הגודל והמטען המתאימים לערוצים.

ישנה דרך נוספת של דיפוזיה פשוטה - זוהי דיפוזיה של חומרים דרך דו-שכבת השומנים, שדרכה עוברים בקלות חומרים מסיסים בשומן ומים. דו-שכבת השומנים אטומה למולקולות טעונות (יונים), ובמקביל, מולקולות קטנות לא טעונות יכולות להתפזר בחופשיות, וככל שהמולקולה קטנה יותר, כך היא מועברת מהר יותר. הקצב הגבוה למדי של דיפוזיה של מים דרך שכבת הליפידים נובעת בדיוק מהגודל הקטן של המולקולות שלה והיעדר מטען.

עם דיפוזיה קלהחלבונים מעורבים בהובלת חומרים - נשאים הפועלים על עיקרון ה"פינג-פונג". במקרה זה, החלבון קיים בשני מצבים קונפורמציוניים: במצב "פונג", אתרי הקישור של החומר המועבר פתוחים בצד החיצוני של הדו-שכבה, ובמצב "פינג", אותם אתרים נפתחים בצד השני. צַד. תהליך זה הוא הפיך. מאיזה צד אתר הקישור של חומר יהיה פתוח בזמן נתון תלוי בשיפוע הריכוז של חומר זה.

בדרך זו עוברים סוכרים וחומצות אמינו דרך הממברנה.

עם דיפוזיה קלה, קצב ההובלה של חומרים עולה באופן משמעותי בהשוואה לדיפוזיה פשוטה.

בנוסף לחלבונים נשאים, חלק מהאנטיביוטיקה, כגון גרמיצידין ו-וולינומיצין, מעורבות בדיפוזיה הקלה.

מכיוון שהם מספקים הובלת יונים, הם נקראים יונופורים.

הובלה פעילה של חומרים בתא.סוג זה של הובלה תמיד מגיע עם עלות האנרגיה. מקור האנרגיה הדרוש להובלה פעילה הוא ATP. מאפיין אופייני לסוג זה של הובלה הוא שהיא מתבצעת בשתי דרכים:

בעזרת אנזימים הנקראים ATPases;

הובלה באריזת ממברנה (אנדוציטוזיס).

בְּ קרום התא החיצוני מכיל חלבונים אנזים כגון ATPases,שתפקידו לספק הובלה אקטיבית יונים כנגד שיפוע ריכוז.מכיוון שהם מספקים הובלה של יונים, תהליך זה נקרא משאבת יונים.

ישנן ארבע מערכות עיקריות להובלת יונים בתא החי. שלושה מהם מספקים העברה דרך ממברנות ביולוגיות.Na + ו-K +, Ca +, H +, והרביעי - העברה של פרוטונים במהלך פעולת שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית.

דוגמה למנגנון הובלת יונים פעיל היא משאבת נתרן-אשלגן בתאי בעלי חיים.הוא שומר על ריכוז קבוע של יוני נתרן ואשלגן בתא, השונה מריכוז החומרים הללו בסביבה: בדרך כלל, יש פחות יוני נתרן בתא מאשר בסביבה, ויותר אשלגן.

כתוצאה מכך, על פי חוקי הדיפוזיה הפשוטה, אשלגן נוטה לעזוב את התא, והנתרן מתפזר לתוך התא. בניגוד לדיפוזיה פשוטה, משאבת הנתרן-אשלגן שואבת כל הזמן נתרן מהתא ומזריקה אשלגן: עבור שלוש מולקולות נתרן שנזרקות החוצה, יש שתי מולקולות של אשלגן המוכנסות לתא.

הובלה זו של יוני נתרן-אשלגן מובטחת ע"י האנזים התלוי ב-ATP, הממוקם בממברנה בצורה כזו שהוא חודר לכל עוביו. נתרן ו-ATP חודרים לאנזים זה מבפנים הממברנה, ואשלגן מ- בחוץ.

העברת הנתרן והאשלגן על פני הממברנה מתרחשת כתוצאה משינויים קונפורמטיביים שעובר ה-ATPase התלוי בנתרן-אשלגן, המופעל כאשר ריכוז הנתרן בתוך התא או האשלגן בסביבה עולה.

נדרשת הידרוליזה של ATP כדי להפעיל משאבה זו. תהליך זה מסופק על ידי אותו אנזים ATP-ase תלוי נתרן-אשלגן. במקביל, יותר משליש מה-ATP הנצרך על ידי תא החי במנוחה מושקע בעבודה של משאבת הנתרן - אשלגן.

הפרת התפקוד התקין של משאבת הנתרן - אשלגן מובילה למחלות קשות שונות.

היעילות של משאבה זו עולה על 50%, מה שלא מושג על ידי המכונות המתקדמות ביותר שנוצרו על ידי האדם.

מערכות הובלה פעילות רבות מונעות על ידי אנרגיה המאוחסנת בשיפועים יוניים ולא על ידי הידרוליזה ישירה של ATP. כולן פועלות כמערכות קו-הובלה (מקלות על הובלה של תרכובות במשקל מולקולרי נמוך). לדוגמה, ההובלה הפעילה של סוכרים וחומצות אמינו מסוימות לתאי בעלי חיים נקבעת על ידי שיפוע יוני הנתרן, וככל ששיפוע יוני הנתרן גבוה יותר, כך קצב ספיגת הגלוקוז גדול יותר. לעומת זאת, אם ריכוז הנתרן בחלל הבין-תאי יורד בצורה ניכרת, הובלת הגלוקוז נעצרת. במקרה זה, נתרן חייב להצטרף לחלבון נשא גלוקוז תלוי נתרן, בעל שני אתרי קישור: האחד לגלוקוז, השני לנתרן. יוני נתרן החודרים לתא תורמים להחדרת חלבון הנשא לתא יחד עם גלוקוז. יוני נתרן שנכנסו לתא יחד עם גלוקוז נשאבים החוצה על ידי ה-ATPase התלוי בנתרן-אשלגן, אשר, על ידי שמירה על שיפוע ריכוז הנתרן, שולט בעקיפין בהובלת הגלוקוז.

הובלת חומרים באריזת ממברנה.מולקולות גדולות של ביו-פולימרים אינן יכולות לחדור דרך הפלזמה על ידי כל אחד מהמנגנונים שתוארו לעיל של הובלה של חומרים לתוך התא. הם נלכדים על ידי התא ונספגים בחבילת הממברנה, הנקראת אנדוציטוזיס. האחרון מחולק רשמית לפאגוציטוזה ופינוציטוזיס. לכידת חלקיקים מוצקים על ידי התא היא פגוציטוזיסונוזל - פינוציטוזה. במהלך אנדוציטוזיס, השלבים הבאים נצפים:

קליטה של ​​החומר הנספג עקב קולטנים בקרום התא;

פלישה של הממברנה עם היווצרות של בועה (שלפוחית);

הפרדה של השלפוחית ​​האנדוציטית מהממברנה עם הוצאת אנרגיה - היווצרות פאגוזומיםושיקום שלמות הממברנה;

היתוך של פאגוזום עם ליזוזום והיווצרות פאגוליזוזומים (ואקוול עיכול) שבו מתרחש עיכול של חלקיקים נספגים;

הסרה של חומר לא מעוכל בפגוליזוזום מהתא ( אקסוציטוזיס).

בממלכת החיות אנדוציטוזיסהיא דרך אופיינית להאכלת אורגניזמים חד-תאיים רבים (למשל, באמבות), ובקרב אורגניזמים רב-תאיים סוג זה של עיכול של חלקיקי מזון נמצא בתאים אנדורמליים ב-coelenterates. באשר ליונקים ולבני אדם, יש להם מערכת רטיקולו-היסטיו-אנדותל של תאים עם יכולת אנדוציטוזה. דוגמאות לכך הן לויקוציטים בדם ותאי קופפר בכבד. האחרונים מצפים את הנימים הסינוסואידים כביכול של הכבד ולוכדים חלקיקים זרים שונים התלויים בדם. אקסוציטוזיס- זוהי גם דרך לסלק מתא של אורגניזם רב-תאי את המצע המופרש על ידו, הדרוש לתפקודם של תאים, רקמות ואיברים אחרים.

יש לו עובי של 8-12 ננומטר, כך שאי אפשר לבחון אותו במיקרוסקופ אור. מבנה הממברנה נחקר באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים.

קרום הפלזמה נוצר על ידי שתי שכבות של שומנים - שכבת השומנים, או דו-שכבה. כל מולקולה מורכבת מראש הידרופילי וזנב הידרופובי, ובממברנות ביולוגיות שומנים ממוקמים עם ראשים כלפי חוץ, זנבות פנימה.

מולקולות חלבון רבות טבולות בשכבה הביליפידית. חלקם נמצאים על פני הממברנה (חיצונית או פנימית), אחרים חודרים את הממברנה.

פונקציות של קרום הפלזמה

הממברנה מגינה על תכולת התא מפני נזקים, שומרת על צורת התא, מעבירה באופן סלקטיבי את החומרים הדרושים לתא ומסירה תוצרים מטבוליים, וכן מספקת תקשורת בין התאים.

התפקוד המחסום, התוחם של הממברנה מספק שכבה כפולה של שומנים. הוא אינו מאפשר לתוכן התא להתפשט, להתערבב עם הסביבה או בנוזל הבין-תאי, ומונע חדירת חומרים מסוכנים לתא.

מספר מהפונקציות החשובות ביותר של הממברנה הציטופלזמית מתבצעות בשל החלבונים הטבולים בה. בעזרת חלבוני קולטן, הוא יכול לתפוס גירויים שונים על פני השטח שלו. חלבוני הובלה יוצרים את התעלות הדקות ביותר שדרכן עוברים אשלגן, סידן ויונים אחרים בקוטר קטן לתוך התא ומחוצה לו. חלבונים - מספקים תהליכים חיוניים בפני עצמו.

חלקיקי מזון גדולים שאינם מסוגלים לעבור דרך תעלות קרום דקות נכנסים לתא על ידי פגוציטוזה או פינוציטוזה. השם הנפוץ לתהליכים אלו הוא אנדוציטוזיס.

כיצד מתרחשת אנדוציטוזיס - חדירת חלקיקי מזון גדולים לתא

חלקיק המזון בא במגע עם הממברנה החיצונית של התא, ובמקום זה נוצרת פלישה. ואז החלקיק, המוקף בממברנה, נכנס לתא, נוצר אחד עיכול, ואנזימי עיכול חודרים לתוך השלפוחית ​​שנוצרה.

תאי הדם הלבנים שיכולים ללכוד ולעכל חיידקים זרים נקראים פגוציטים.

במקרה של פינוציטוזיס, פלישת הממברנה אינה לוכדת חלקיקים מוצקים, אלא טיפות נוזל עם חומרים מומסים בתוכו. מנגנון זה הוא אחד המסלולים העיקריים לחדירת חומרים לתא.

תאי צמחים המכוסים על גבי הממברנה בשכבה מוצקה של דופן התא אינם מסוגלים לפאגוציטוזה.

התהליך ההפוך של אנדוציטוזיס הוא אקסוציטוזיס. חומרים מסונתזים (לדוגמה, הורמונים) נארזים לתוך שלפוחית ​​ממברנה, מתקרבים, מוטמעים בו, ותכולת השלפוחית ​​נפלטת מהתא. כך, התא יכול להיפטר גם ממוצרים מטבוליים מיותרים.

כל היצורים החיים על פני כדור הארץ מורכבים מתאי, וכל תא מוקף במעטפת מגן - קרום. עם זאת, תפקידי הממברנה אינם מוגבלים להגנה על אברונים והפרדת תא אחד למשנהו. קרום התא הוא מנגנון מורכב המעורב ישירות ברבייה, התחדשות, תזונה, נשימה ותפקודים רבים אחרים של התא.

המונח "קרום התא" נמצא בשימוש כמאה שנים. המילה "ממברנה" בתרגום מלטינית פירושה "סרט". אבל במקרה של קרום תא, נכון יותר יהיה לדבר על שילוב של שני סרטים המחוברים ביניהם בצורה מסוימת, יתרה מכך, לצדדים שונים של סרטים אלה יש תכונות שונות.

קרום התא (cytolemma, plasmalemma) הוא קליפה תלת-שכבתית ליפופרוטאין (שומן-חלבון) המפרידה בין כל תא לתאים שכנים ולסביבה, ומבצעת חילוף מבוקר בין תאים לסביבה.

חשיבות מכרעת בהגדרה זו אינה שקרום התא מפריד בין תא אחד למשנהו, אלא שהיא מבטיחה את האינטראקציה שלו עם תאים אחרים והסביבה. הממברנה היא מבנה פעיל מאוד, עובד כל הזמן של התא, עליו מוקצות פונקציות רבות על ידי הטבע. מהמאמר שלנו תלמד הכל על הרכב, מבנה, תכונות ותפקודים של קרום התא, כמו גם על הסכנה הנשקפת לבריאות האדם על ידי הפרעות בתפקוד קרומי התא.

היסטוריה של חקר ממברנות התא

בשנת 1925, שני מדענים גרמנים, גורטר וגרנדל, הצליחו לערוך ניסוי מורכב על תאי דם אדומים אנושיים, אריתרוציטים. באמצעות הלם אוסמוטי השיגו החוקרים את מה שנקרא "צללים" - קליפות ריקות של כדוריות דם אדומות, ואז שמו אותן בערימה אחת ומדדו את שטח הפנים. השלב הבא היה לחשב את כמות השומנים בקרום התא. בעזרת אצטון בודדו המדענים שומנים מה"צללים" וקבעו שהם מספיקים בדיוק לשכבה רציפה כפולה.

עם זאת, במהלך הניסוי, נעשו שתי טעויות גסות:

השימוש באצטון אינו מאפשר לבודד את כל השומנים מהקרומים;

שטח הפנים של "הצללים" חושב לפי משקל יבש, שגם הוא שגוי.

מכיוון שהשגיאה הראשונה נתנה מינוס בחישובים, והשנייה נתנה פלוס, התוצאה הכוללת התבררה כמדויקת באופן מפתיע, ומדענים גרמנים הביאו את התגלית החשובה ביותר לעולם המדעי - דו-שכבת השומנים של קרום התא.

בשנת 1935, זוג חוקרים אחר, דניאלי ודוסון, לאחר ניסויים ארוכים על סרטים ביליפידים, הגיעו למסקנה שחלבונים נמצאים בקרום התא. לא הייתה דרך אחרת להסביר מדוע לסרטים הללו יש מתח פנים כה גבוה. מדענים הציגו לציבור מודל סכמטי של קרום תא, בדומה לסנדוויץ', שבו תפקידן של פרוסות הלחם ממלאות שכבות שומנים-חלבון הומוגניות, וביניהן במקום שמן יש ריקנות.

בשנת 1950, בעזרת מיקרוסקופ האלקטרונים הראשון, אושרה חלקית התיאוריה של דניאלי-דוסון - צילומי מיקרו של קרום התא הראו בבירור שתי שכבות המורכבות מראשי שומנים וחלבונים, וביניהם חלל שקוף מלא רק בזנבות של שומנים ו. חלבונים.

בשנת 1960, בהנחיית הנתונים הללו, פיתח המיקרוביולוג האמריקני ג'יי רוברטסון תיאוריה על המבנה התלת-שכבתי של ממברנות התא, אשר במשך זמן רב נחשבה לאמיתית היחידה. עם זאת, ככל שהמדע התפתח, נולדו יותר ויותר ספקות לגבי ההומוגניות של שכבות אלה. מנקודת המבט של התרמודינמיקה, מבנה כזה הוא שלילי ביותר - יהיה קשה מאוד לתאים להעביר חומרים פנימה והחוצה דרך כל ה"סנדוויץ'". בנוסף, הוכח כי לממברנות התא של רקמות שונות יש עובי ושיטת התקשרות שונה, אשר נובעת מתפקודים שונים של איברים.

בשנת 1972, המיקרוביולוגים S.D. זינגר וג.ל. ניקולסון הצליח להסביר את כל חוסר העקביות של התיאוריה של רוברטסון בעזרת מודל חדש, נוזלי-פסיפס של קרום התא. מדענים מצאו שהממברנה הטרוגנית, אסימטרית, מלאה בנוזל, והתאים שלה בתנועה מתמדת. ולחלבונים המרכיבים אותו מבנה ומטרה שונה, בנוסף, הם ממוקמים בצורה שונה ביחס לשכבת הביליפידית של הממברנה.

ממברנות התא מכילות שלושה סוגים של חלבונים:

היקפי - מחובר לפני השטח של הסרט;

חצי אינטגרלי- לחדור חלקית לשכבת הביליפיד;

אינטגרלי - חודרים לחלוטין את הממברנה.

חלבונים היקפיים קשורים לראשי שומני הממברנה באמצעות אינטראקציה אלקטרוסטטית, והם לעולם אינם יוצרים שכבה רציפה, כפי שהאמינו בעבר. וחלבונים חצי אינטגרליים ואינטגרליים משמשים להובלת חמצן וחומרי מזון לתוך התא, כמו גם להסרת ריקבון מוצרים ממנו ועוד למספר תכונות חשובות, שעליהן תלמדו בהמשך.

קרום התא מבצע את הפונקציות הבאות:

מחסום - חדירות הממברנה לסוגים שונים של מולקולות אינה זהה, כדי לעקוף את קרום התא, על המולקולה להיות בעלת גודל מסוים, תכונות כימיות ומטען חשמלי. מולקולות מזיקות או לא מתאימות, בשל תפקוד המחסום של קרום התא, פשוט אינן יכולות להיכנס לתא. למשל, בעזרת תגובת החמצן, הממברנה מגינה על הציטופלזמה מפני חמצן המסוכנים לה;

הובלה - חליפין פסיבי, אקטיבי, מווסת וסלקטיבי עובר דרך הממברנה. חילוף חומרים פסיבי מתאים לחומרים וגזים מסיסים בשומן המורכבים ממולקולות קטנות מאוד. חומרים כאלה חודרים לתוך התא ומחוצה לו ללא הוצאת אנרגיה, בחופשיות, על ידי דיפוזיה. פונקציית ההובלה הפעילה של קרום התא מופעלת בעת הצורך, אך יש לשאת חומרים קשים להובלה לתוך התא או החוצה ממנו. לדוגמה, אלה עם גודל מולקולרי גדול, או שאינם מסוגלים לחצות את השכבה הביליפידית בגלל הידרופוביות. אז מתחילות לפעול משאבות חלבון, ביניהן ATPase, שאחראי על ספיגת יוני אשלגן לתא ופליטת יוני נתרן ממנו. הובלה מווסתת חיונית לתפקודי הפרשה ותסיסה, כגון כאשר תאים מייצרים ומפרישים הורמונים או מיץ קיבה. כל החומרים הללו עוזבים את התאים בערוצים מיוחדים ובנפח נתון. ופונקציית ההובלה הסלקטיבית קשורה לחלבונים האינטגרליים מאוד שחודרים לממברנה ומשמשים כערוץ לכניסה ויציאה של סוגים מוגדרים בהחלט של מולקולות;

מטריקס - קרום התא קובע ומקבע את מיקומם של האברונים זה לזה (גרעין, מיטוכונדריה, כלורופלסטים) ומווסת את האינטראקציה ביניהם;

מכני - מבטיח הגבלה של תא אחד למשנהו, ובו זמנית, חיבור נכון של תאים לרקמה הומוגנית ועמידות של איברים לדפורמציה;

מגן - הן בצמחים והן בבעלי חיים, קרום התא משמש בסיס לבניית מסגרת מגן. דוגמה לכך היא עץ קשה, קליפה צפופה, קוצים קוצניים. בעולם החי, ישנן גם דוגמאות רבות לתפקוד המגן של קרומי התאים - שריון צב, קונכייה כיטין, פרסות וקרניים;

אנרגיה - תהליכי הפוטוסינתזה והנשימה התאית יהיו בלתי אפשריים ללא השתתפותם של חלבוני קרום התא, מכיוון שבעזרת תעלות חלבון התאים מחליפים אנרגיה;

רצפטור - לחלבונים המוטבעים בממברנת התא עשוי להיות תפקיד חשוב נוסף. הם משמשים כקולטנים שדרכם התא מקבל אות מהורמונים ומנוירוטרנסמיטורים. וזה, בתורו, הכרחי להולכת דחפים עצביים ולמהלך התקין של תהליכים הורמונליים;

אנזימטי - פונקציה חשובה נוספת הטבועה בחלק מהחלבונים של ממברנות התא. לדוגמה, באפיתל המעי, אנזימי עיכול מסונתזים בעזרת חלבונים כאלה;

ביופוטנציאל- ריכוז יוני האשלגן בתוך התא גבוה בהרבה מבחוץ, וריכוז יוני הנתרן, להיפך, גדול יותר מבחוץ מאשר בפנים. זה מסביר את ההבדל הפוטנציאלי: בתוך התא המטען שלילי, מחוצה לו חיובי, מה שתורם לתנועת חומרים לתוך התא והחוצה בכל אחד משלושת סוגי המטבוליזם - פגוציטוזיס, פינוציטוזה ואקסוציטוזיס;

סימון - על פני ממברנות התא יש מה שנקרא "תוויות" - אנטיגנים המורכבים מגליקופרוטאין (חלבונים עם שרשראות צד של אוליגוסכריד מסועפות מחוברות אליהם). מכיוון שלשרשרות צד יכולות להיות מגוון עצום של תצורות, כל סוג של תא מקבל תווית ייחודית משלו המאפשרת לתאים אחרים בגוף לזהות אותם "לפי הראייה" ולהגיב אליהם בצורה נכונה. לכן, למשל, תאי חיסון אנושיים, מקרופאגים, מזהים בקלות זר שנכנס לגוף (זיהום, וירוס) ומנסים להרוס אותו. אותו דבר קורה עם תאים חולים, מוטציות וישנים – התווית על קרום התא שלהם משתנה והגוף נפטר מהם.

חילופי תאים מתרחשים על פני ממברנות, ויכול להתבצע באמצעות שלושה סוגים עיקריים של תגובות:

פגוציטוזיס הוא תהליך תאי שבו תאים פגוציטים המוטבעים בממברנה לוכדים ומעכלים חלקיקים מוצקים של חומרים מזינים. בגוף האדם, הפגוציטוזיס מתבצעת על ידי ממברנות של שני סוגי תאים: גרנולוציטים (לוקוציטים גרגירים) ומקרופאגים (תאים הורגים חיסוניים);

פינוציטוזיס הוא תהליך לכידת מולקולות נוזל הבאות איתו במגע על ידי פני השטח של קרום התא. להזנה לפי סוג פינוציטוזיס, מגדלים בתא צמחים דקים אווריריים בצורת אנטנות על הממברנה שלו, המקיפות כביכול טיפת נוזל ומתקבלת בועה. ראשית, שלפוחית ​​זו בולטת מעל פני הממברנה, ולאחר מכן היא "נבלעת" - היא מתחבאת בתוך התא, והקירות שלה מתמזגים עם המשטח הפנימי של קרום התא. פינוציטוזיס מתרחשת כמעט בכל התאים החיים;

אקסוציטוזיס הוא תהליך הפוך בו נוצרות בתוך התא שלפוחיות עם נוזל פונקציונלי מפריש (אנזים, הורמון), ויש להוציאו איכשהו מהתא אל הסביבה. לשם כך, הבועה מתמזגת תחילה עם פני השטח הפנימיים של קרום התא, לאחר מכן בולטת החוצה, מתפוצצת, מוציאה את התוכן ושוב מתמזגת עם פני הממברנה, הפעם מבחוץ. אקסוציטוזיס מתרחש, למשל, בתאי אפיתל המעי וקליפת האדרנל.

ממברנות התא מכילות שלוש קבוצות של שומנים:

פוספוליפידים;

גליקוליפידים;

כולסטרול.

פוספוליפידים (שילוב של שומנים וזרחן) וגליקוליפידים (שילוב של שומנים ופחמימות), בתורם, מורכבים מראש הידרופילי, שממנו משתרעים שני זנבות הידרופוביים ארוכים. אבל הכולסטרול לפעמים תופס את החלל בין שני זנבות אלה ואינו מאפשר להם להתכופף, מה שהופך את הממברנות של חלק מהתאים לנוקשות. בנוסף, מולקולות כולסטרול מייעלות את מבנה ממברנות התא ומונעות מעבר של מולקולות קוטביות מתא אחד למשנהו.

אבל המרכיב החשוב ביותר, כפי שניתן לראות מהסעיף הקודם על תפקודי ממברנות התא, הם חלבונים. הרכבם, ייעודם ומיקומם מגוונים מאוד, אבל יש משהו משותף שמאחד את כולם: שומנים טבעתיים ממוקמים תמיד סביב חלבוני קרומי התא. מדובר בשומנים מיוחדים בעלי מבנה ברור, יציבים, בעלי יותר חומצות שומן רוויות בהרכבם, ומשתחררים מקרומים יחד עם חלבונים "ממומנים". זוהי מעין מעטפת הגנה אישית לחלבונים, שבלעדיה הם פשוט לא היו עובדים.

מבנה קרום התא הוא תלת-שכבתי. שכבת ביליפיד נוזלית הומוגנית יחסית נמצאת באמצע, וחלבונים מכסים אותה משני הצדדים במעין פסיפס, החודר חלקית לתוך העובי. כלומר, יהיה זה שגוי לחשוב ששכבות החלבון החיצוניות של ממברנות התא הן רציפות. חלבונים, בנוסף לתפקודיהם המורכבים, דרושים בממברנה על מנת לעבור בתוך התאים ולהוביל מתוכם את אותם חומרים שאינם מסוגלים לחדור לשכבת השומן. למשל יוני אשלגן ונתרן. עבורם מסופקים מבני חלבון מיוחדים - תעלות יונים, שעליהן נדון ביתר פירוט להלן.

אם מסתכלים על קרום התא דרך מיקרוסקופ, אפשר לראות שכבת שומנים שנוצרת על ידי המולקולות הכדוריות הקטנות ביותר, שלאורכן צפים, כמו הים, תאי חלבון גדולים בצורות שונות. אותם ממברנות בדיוק מחלקות את החלל הפנימי של כל תא לתאים שבהם ממוקמים בנוחות הגרעין, הכלורופלסטים והמיטוכונדריה. אם לא היו "חדרים" נפרדים בתוך התא, האברונים היו נצמדים זה לזה ולא היו מסוגלים לבצע את תפקידיהם בצורה נכונה.

תא הוא קבוצה של אברונים הבנויים ומתוחמים על ידי ממברנות, המעורבים במכלול של תהליכי אנרגיה, מטבוליזם, מידע ורבייה המבטיחים את הפעילות החיונית של האורגניזם.

כפי שניתן לראות מהגדרה זו, הממברנה היא המרכיב התפקודי החשוב ביותר בכל תא. משמעותו גדולה כמו זו של הגרעין, המיטוכונדריה ואברוני התא האחרים. והמאפיינים הייחודיים של הממברנה נובעים מהמבנה שלו: הוא מורכב משני סרטים הדבוקים זה לזה בצורה מיוחדת. מולקולות של פוספוליפידים בממברנה ממוקמות עם ראשים הידרופיליים כלפי חוץ, וזנבות הידרופוביים פנימה. לכן, צד אחד של הסרט נרטב על ידי מים, בעוד השני לא. אז, סרטים אלה מחוברים זה לזה עם צדדים שאינם ניתנים להרטבה פנימה, ויוצרים שכבה bilipid מוקפת מולקולות חלבון. זהו מבנה ה"סנדוויץ'" של קרום התא.

תעלות יונים של ממברנות התא

הבה נבחן ביתר פירוט את עקרון הפעולה של תעלות יונים. בשביל מה הם צריכים? העובדה היא שרק חומרים מסיסים בשומן יכולים לחדור בחופשיות דרך קרום השומנים - אלה גזים, אלכוהול ושומנים עצמם. כך, למשל, בתאי דם אדומים יש חילוף מתמיד של חמצן ופחמן דו חמצני, ולשם כך הגוף שלנו לא צריך לנקוט בטריקים נוספים. אבל מה לגבי כשיהיה צורך להעביר תמיסות מימיות, כמו מלחי נתרן ואשלגן, דרך קרום התא?

אי אפשר יהיה לסלול את הדרך לחומרים כאלה בשכבת הביליפידית, מכיוון שהחורים מיד יתהדקו ונצמדים זה לזה בחזרה, כזה הוא המבנה של כל רקמת שומן. אבל הטבע, כמו תמיד, מצא דרך לצאת מהמצב ויצר מבנים מיוחדים להובלת חלבון.

ישנם שני סוגים של חלבונים מוליכים:

טרנספורטרים הם משאבות חלבון חצי אינטגרליות;

Channeloformers הם חלבונים אינטגרליים.

חלבונים מהסוג הראשון שקועים חלקית בשכבת הביליפידית של קרום התא, ומסתכלים החוצה עם הראש, ובנוכחות החומר הרצוי הם מתחילים להתנהג כמו משאבה: הם מושכים את המולקולה ויונקים אותה לתוך תָא. ולחלבונים מהסוג השני, אינטגרלי, צורה מוארכת והם ממוקמים בניצב לשכבת הביליפידית של קרום התא, חודרים אליו דרך ודרך. דרכם, כמו דרך מנהרות, חומרים שאינם מסוגלים לעבור דרך השומן עוברים לתוך התא וממנו. דרך תעלות יונים חודרים יוני אשלגן לתא ומצטברים בו, בעוד שיוני נתרן, להיפך, מוציאים החוצה. יש הבדל בפוטנציאלים החשמליים, כל כך הכרחי לתפקוד תקין של כל תאי הגוף שלנו.

המסקנות החשובות ביותר לגבי המבנה והתפקודים של ממברנות התא

תיאוריה תמיד נראית מעניינת ומבטיחה אם ניתן ליישם אותה בצורה מועילה בפועל. גילוי המבנה והתפקודים של ממברנות התא של גוף האדם אפשר למדענים לעשות פריצת דרך של ממש במדע בכלל, וברפואה בפרט. לא במקרה התעכבנו על תעלות יונים בפירוט כזה, כי כאן טמונה התשובה לאחת השאלות החשובות של זמננו: מדוע אנשים נהיים יותר ויותר חולים באונקולוגיה?

הסרטן תובע כ-17 מיליון חיים ברחבי העולם מדי שנה והוא הגורם הרביעי לכל מקרי המוות. לפי ארגון הבריאות העולמי, שכיחות הסרטן עולה בהתמדה, ועד סוף 2020 היא עשויה להגיע ל-25 מיליון בשנה.

מה מסביר את המגיפה האמיתית של הסרטן, ומה הקשר לתפקוד של קרומי התא? אתה תגיד: הסיבה היא בתנאים סביבתיים גרועים, תת תזונה, הרגלים רעים ותורשה קשה. וכמובן, אתה צודק, אבל אם נדבר על הבעיה ביתר פירוט, אז הסיבה היא החמצה של גוף האדם. הגורמים השליליים המפורטים לעיל מובילים לשיבוש של ממברנות התא, מעכבים נשימה ותזונה.

איפה שצריך להיות פלוס, נוצר מינוס, והתא לא יכול לתפקד כרגיל. אבל תאים סרטניים אינם זקוקים לחמצן או לסביבה בסיסית - הם מסוגלים להשתמש בסוג אנאירובי של תזונה. לכן, בתנאים של רעב חמצן ורמות pH מחוץ לקנה מידה, תאים בריאים עוברים מוטציה, רוצים להסתגל לסביבה, והופכים לתאים סרטניים. כך אדם חולה בסרטן. כדי להימנע מכך, אתה רק צריך לשתות מספיק מים נקיים מדי יום, ולוותר על חומרים מסרטנים במזון. אבל, ככלל, אנשים מודעים היטב למוצרים מזיקים ולצורך במים באיכות גבוהה, ולא עושים דבר - הם מקווים שהצרות יעקפו אותם.

בהכרת התכונות של המבנה והתפקודים של ממברנות התא של תאים שונים, הרופאים יכולים להשתמש במידע זה כדי לספק השפעות טיפוליות ממוקדות על הגוף. תרופות מודרניות רבות, שנכנסות לגופנו, מחפשות את ה"מטרה" הנכונה, שיכולה להיות תעלות יונים, אנזימים, קולטנים וסמנים ביולוגיים של ממברנות התא. שיטת טיפול זו מאפשרת להגיע לתוצאות טובות יותר במינימום תופעות לוואי.

אנטיביוטיקה מהדור האחרון, כאשר משתחררת לדם, אינה הורגת את כל התאים ברצף, אלא מחפשת בדיוק את התאים של הפתוגן, תוך התמקדות בסמנים בקרומי התא שלו. התרופות החדשות ביותר נגד מיגרנה, טריפטנים, רק מכווצות את הכלים הדלקתיים במוח, כמעט ללא השפעה על הלב ומערכת הדם ההיקפית. והם מזהים את הכלים הדרושים בדיוק לפי החלבונים של ממברנות התא שלהם. ישנן דוגמאות רבות כאלה, כך שאנו יכולים לומר בביטחון שידע על המבנה והתפקודים של ממברנות התא עומד בבסיס התפתחות מדע הרפואה המודרני, ומציל מיליוני חיים מדי שנה.

חינוך:המכון הרפואי במוסקבה. I. M. Sechenov, מומחיות - "רפואה" בשנת 1991, בשנת 1993 "מחלות מקצוע", בשנת 1996 "טיפול".

זה לא סוד לאף אחד שכל היצורים החיים על הפלנטה שלנו מורכבים מהתאים שלהם, אינספור החומרים האורגניים האלה. תאים, בתורם, מוקפים בקרום מגן מיוחד - קרום הממלא תפקיד חשוב מאוד בחיי התא, ותפקידי קרום התא אינם מוגבלים להגנה על התא, אלא מייצגים את המנגנון המורכב ביותר המעורב. בהתרבות תאים, תזונה והתחדשות.

מהו קרום התא

המילה "ממברנה" עצמה מתורגמת מלטינית כ"סרט", אם כי הממברנה היא לא רק סוג של סרט שבו התא עטוף, אלא שילוב של שני סרטים המחוברים ביניהם ובעלי תכונות שונות. למעשה, קרום התא הוא קליפה תלת-שכבתית ליפופרוטאינים (שומן-חלבון) המפרידה בין כל תא לתאים שכנים ולסביבה, ומבצעת חילוף מבוקר בין תאים לסביבה, זו ההגדרה האקדמית של מהו תא קרום הוא.

הערך של הממברנה פשוט עצום, מכיוון שהוא לא רק מפריד בין תא אחד למשנהו, אלא גם מבטיח את האינטראקציה של התא, הן עם תאים אחרים והן עם הסביבה.

היסטוריה של חקר ממברנות התא

תרומה חשובה לחקר קרום התא נעשתה על ידי שני מדענים גרמנים גורטר וגרנדל עוד ב-1925. זה היה אז הם הצליחו לערוך ניסוי ביולוגי מורכב על תאי דם אדומים - אריתרוציטים, שבמהלכו קיבלו מדענים את מה שנקרא "צללים", קליפות ריקות של אריתרוציטים, שקופלו לערימה אחת ומדדו את שטח הפנים, וגם חישב את כמות השומנים בהם. בהתבסס על כמות הליפידים שהתקבלו, הגיעו המדענים למסקנה שהם מספיקים בדיוק לשכבה הכפולה של קרום התא.

בשנת 1935, זוג אחר של חוקרי קרום תאים, הפעם האמריקאים דניאל ודוסון, לאחר סדרה של ניסויים ארוכים, קבע את תכולת החלבון בקרום התא. אחרת, אי אפשר היה להסביר מדוע לממברנה יש מתח פנים כה גבוה. מדענים הציגו בחוכמה מודל של קרום התא בצורה של כריך, שבו תפקיד הלחם ממלא שכבות שומנים-חלבון הומוגניות, וביניהן במקום חמאה יש ריקנות.

ב-1950, עם הופעת התיאוריה האלקטרונית של דניאל ודוסון, כבר ניתן היה לאשר תצפיות מעשיות - במיקרוגרפים של קרום התא נראו בבירור שכבות של ראשי שומנים וחלבונים וגם חלל ריק ביניהם.

ב-1960 פיתח הביולוג האמריקני ג'יי רוברטסון תיאוריה על מבנה שלושת השכבות של קרומי התא, שבמשך זמן רב נחשבה לאמיתית היחידה, אך עם המשך התפתחות המדע החלו להופיע ספקות לגבי אי הטעות שלה. אז, למשל, מנקודת המבט של תאים, יהיה קשה ומייגע להעביר את החומרים השימושיים הדרושים דרך כל ה"כריך"

ורק ב-1972 הצליחו הביולוגים האמריקאים ס.זינגר וג'י ניקולסון להסביר את חוסר העקביות של התיאוריה של רוברטסון בעזרת מודל חדש של פסיפס נוזלי של קרום התא. בפרט, הם גילו שממברנת התא אינה הומוגנית בהרכבה, יתר על כן, היא אסימטרית ומלאה בנוזל. בנוסף, תאים נמצאים בתנועה מתמדת. ולחלבונים הידועים לשמצה המרכיבים את קרום התא יש מבנים ותפקודים שונים.

מאפיינים ותפקודים של קרום התא

עכשיו בואו נסתכל על הפונקציות שמבצעת קרום התא:

תפקוד המחסום של קרום התא - הממברנה, כמשמר גבול אמיתי, עומדת על המשמר על גבולות התא, מעכבת, לא משחררת מולקולות מזיקות או פשוט לא מתאימות.

תפקיד ההובלה של קרום התא – הממברנה היא לא רק משמר גבול בשערי התא, אלא גם מעין מחסום מכס, שדרכו עוברים כל הזמן חילופי חומרים שימושיים עם תאים אחרים והסביבה.

פונקציית מטריקס - קרום התא הוא שקובע את המיקום זה ביחס לזה, מסדיר את האינטראקציה ביניהם.

תפקוד מכני - אחראי להגבלה של תא אחד למשנהו ובמקביל לחיבור נכון של תאים זה עם זה, להיווצרותם לרקמה הומוגנית.

תפקיד ההגנה של קרום התא הוא הבסיס לבניית מגן מגן של התא. בטבע ניתן להדגים את הפונקציה הזו על ידי עץ קשה, עור צפוף, מעטפת מגן, הכל בשל התפקוד המגן של הממברנה.

התפקוד האנזימטי הוא תפקיד חשוב נוסף שמבוצע על ידי חלק מחלבוני התא. לדוגמה, בשל פונקציה זו, סינתזה של אנזימי עיכול מתרחשת באפיתל המעי.

כמו כן, בנוסף לכל זה, מטבוליזם התא מתבצע דרך קרום התא, שיכול להתרחש על ידי שלוש תגובות שונות:

• פגוציטוזיס הוא חילוף תאי שבו תאים פגוציטים המוטבעים בממברנה לוכדים ומעכלים חומרים מזינים שונים.
• פינוציטוזיס - הוא תהליך לכידה על ידי קרום התא, מולקולות נוזל במגע איתו. לשם כך נוצרות קנוקנות מיוחדות על פני הממברנה, שנראות כאילו הן מקיפות טיפת נוזל, ויוצרות בועה, אשר לאחר מכן "נבלעת" על ידי הממברנה.
• אקסוציטוזיס - הוא התהליך ההפוך, כאשר התא משחרר נוזל פונקציונלי מפריש דרך הממברנה אל פני השטח.

מבנה קרום התא

ישנם שלושה סוגים של שומנים בקרום התא:

• פוספוליפידים (הם שילוב של שומנים וזרחן),
• גליקוליפידים (שילוב של שומנים ופחמימות),
• כולסטרול.

פוספוליפידים וגליקוליפידים, בתורם, מורכבים מראש הידרופילי, שלתוכו משתרעים שני זנבות הידרופוביים ארוכים. כולסטרול, לעומת זאת, תופס את החלל בין זנבות אלה, ומונע מהם להתכופף, כל זה במקרים מסוימים הופך את הממברנה של תאים מסוימים לנוקשה מאוד. בנוסף לכל זה, מולקולות כולסטרול מווסתות את מבנה קרום התא.

אבל כך או כך, החלק החשוב ביותר במבנה קרום התא הוא חלבון, או ליתר דיוק חלבונים שונים הממלאים תפקידים חשובים שונים. למרות מגוון החלבונים המצויים בממברנה, יש משהו שמאחד אותם - שומנים טבעתיים ממוקמים סביב כל חלבוני הממברנה. שומנים טבעתיים הם שומנים בעלי מבנה מיוחד המשמשים כמעין מעטפת הגנה לחלבונים, שבלעדיו הם פשוט לא היו עובדים.

למבנה קרום התא שלוש שכבות: הבסיס של קרום התא הוא שכבת שומנים נוזלית הומוגנית. חלבונים מכסים אותו משני הצדדים כמו פסיפס. חלבונים הם שבנוסף לפונקציות שתוארו לעיל, ממלאים גם את התפקיד של תעלות מוזרות שדרכן עוברים חומרים דרך הממברנה שאינם מסוגלים לחדור לשכבת הנוזל של הממברנה. אלה כוללים, למשל, יוני אשלגן ונתרן; לחדירתם דרך הממברנה, הטבע מספק תעלות יונים מיוחדות של קרומי התא. במילים אחרות, חלבונים מספקים את החדירות של ממברנות התא.

אם נסתכל על קרום התא דרך מיקרוסקופ, נראה שכבת שומנים שנוצרת על ידי מולקולות כדוריות קטנות שעליהן צפים חלבונים כמו על הים. עכשיו אתה יודע אילו חומרים הם חלק מממברנת התא.

קרום התא, וידאו

ולסיום, סרטון חינוכי על קרום התא.