Giữa Các chức năng chính của màng tế bào có thể được phân biệt: rào cản, vận chuyển, enzym và thụ thể.. Màng tế bào (sinh học) (còn được gọi là màng plasmalemma, huyết tương hoặc tế bào chất) bảo vệ các thành phần của tế bào hoặc các bào quan của nó khỏi môi trường, cung cấp tính thấm chọn lọc cho các chất, enzyme nằm trên đó, cũng như các phân tử có thể “bắt” ” các tín hiệu hóa học và vật lý khác nhau.
Chức năng này được đảm bảo bởi cấu trúc đặc biệt của màng tế bào.
Trong quá trình tiến hóa của sự sống trên Trái đất, một tế bào nói chung chỉ có thể hình thành sau khi xuất hiện một lớp màng có chức năng ngăn cách và ổn định các chất bên trong và ngăn chúng phân hủy.
Về mặt duy trì cân bằng nội môi (tự điều chỉnh sự ổn định tương đối của môi trường bên trong) Chức năng rào cản của màng tế bào có liên quan chặt chẽ đến sự vận chuyển.
Các phân tử nhỏ có thể đi qua plasmalemma mà không cần bất kỳ “người trợ giúp” nào, dọc theo gradient nồng độ, tức là từ khu vực có nồng độ cao của một chất nhất định đến khu vực có nồng độ thấp. Đây là trường hợp, ví dụ, đối với các loại khí liên quan đến hô hấp. Oxy và carbon dioxide khuếch tán qua màng tế bào theo hướng mà nồng độ của chúng hiện tại thấp hơn.
Vì màng chủ yếu là kỵ nước (do có lớp kép lipid), nên các phân tử cực (ưa nước), ngay cả những phân tử nhỏ, thường không thể xuyên qua được. Do đó, một số protein màng đóng vai trò là chất mang các phân tử như vậy, liên kết với chúng và vận chuyển chúng qua plasmalemma.
Các protein tích hợp (thấm màng) thường hoạt động theo nguyên tắc đóng và mở kênh. Khi bất kỳ phân tử nào tiếp cận một protein như vậy, nó sẽ liên kết với nó và kênh sẽ mở ra. Chất này hoặc chất khác đi qua kênh protein, sau đó cấu trúc của nó thay đổi và kênh này đóng lại với chất này, nhưng có thể mở ra để cho phép chất khác đi qua. Bơm natri-kali hoạt động theo nguyên tắc này, bơm ion kali vào tế bào và bơm ion natri ra khỏi tế bào.
Chức năng enzyme của màng tế bàoở mức độ lớn hơn được thực hiện trên màng của các bào quan tế bào. Hầu hết các protein được tổng hợp trong tế bào đều thực hiện chức năng enzyme. “Ngồi” trên màng theo một thứ tự nhất định, chúng tổ chức một băng tải khi sản phẩm phản ứng được xúc tác bởi một protein enzyme sẽ chuyển sang protein tiếp theo. “Băng tải” này được ổn định bởi các protein bề mặt của plasmalemma.
Bất chấp tính phổ quát về cấu trúc của tất cả các màng sinh học (chúng được xây dựng theo một nguyên tắc duy nhất, chúng gần như giống hệt nhau ở tất cả các sinh vật và trong các cấu trúc tế bào màng khác nhau), thành phần hóa học của chúng vẫn có thể khác nhau. Có nhiều chất lỏng hơn và rắn hơn, một số có nhiều protein nhất định hơn, số khác có ít hơn. Ngoài ra, các mặt khác nhau (trong và ngoài) của cùng một màng cũng khác nhau.
Màng bao quanh tế bào (tế bào chất) ở bên ngoài có nhiều chuỗi carbohydrate gắn với lipid hoặc protein (dẫn đến sự hình thành glycolipids và glycoprotein). Nhiều carbohydrate trong số này phục vụ chức năng thụ thể, nhạy cảm với một số hormone nhất định, phát hiện những thay đổi về các chỉ tiêu lý, hóa trong môi trường.
Ví dụ, nếu một hormone kết nối với thụ thể tế bào của nó, thì phần carbohydrate của phân tử thụ thể sẽ thay đổi cấu trúc của nó, sau đó là sự thay đổi cấu trúc của phần protein liên quan xuyên qua màng. Ở giai đoạn tiếp theo, các phản ứng sinh hóa khác nhau được bắt đầu hoặc đình chỉ trong tế bào, tức là quá trình trao đổi chất của nó thay đổi và phản ứng của tế bào đối với “kích thích” bắt đầu.
Ngoài bốn chức năng được liệt kê của màng tế bào, những chức năng khác cũng được phân biệt: ma trận, năng lượng, đánh dấu, hình thành các điểm tiếp xúc giữa các tế bào, v.v. Tuy nhiên, chúng có thể được coi là “các chức năng phụ” của những chức năng đã được thảo luận.
Màng tế bào (màng sinh chất) là một màng mỏng bán thấm bao quanh tế bào.
Chức năng và vai trò của màng tế bào
Chức năng của nó là bảo vệ sự toàn vẹn của bên trong bằng cách cho phép một số chất thiết yếu vào tế bào và ngăn chặn những chất khác xâm nhập.
Nó cũng đóng vai trò là cơ sở để gắn bó với một số sinh vật và với những sinh vật khác. Do đó, màng sinh chất cũng cung cấp hình dạng của tế bào. Một chức năng khác của màng là điều chỉnh sự phát triển của tế bào thông qua sự cân bằng và.
Trong quá trình nhập bào, lipid và protein được loại bỏ khỏi màng tế bào khi các chất được hấp thụ. Trong quá trình xuất bào, các túi chứa lipid và protein kết hợp với màng tế bào, làm tăng kích thước tế bào. và tế bào nấm có màng sinh chất. Ví dụ, những cái bên trong cũng được bao bọc trong màng bảo vệ.
Cấu trúc màng tế bào
Màng sinh chất chủ yếu bao gồm hỗn hợp protein và lipid. Tùy thuộc vào vị trí và vai trò của màng trong cơ thể, lipid có thể chiếm 20 đến 80% màng, phần còn lại là protein. Trong khi lipid giúp màng linh hoạt thì protein kiểm soát và duy trì tính chất hóa học của tế bào cũng như hỗ trợ vận chuyển các phân tử qua màng.
Lipid màng
Phospholipids là thành phần chính của màng sinh chất. Chúng tạo thành một lớp lipid kép trong đó các vùng đầu ưa nước (hút nước) tự tổ chức để đối mặt với bào tương nước và dịch ngoại bào, trong khi các vùng đuôi kỵ nước (đẩy nước) quay mặt ra xa bào tương và dịch ngoại bào. Lớp lipid kép có tính bán thấm, chỉ cho phép một số phân tử khuếch tán qua màng.
Cholesterol là một thành phần lipid khác của màng tế bào động vật. Các phân tử cholesterol được phân tán có chọn lọc giữa các phospholipid màng. Điều này giúp duy trì độ cứng của màng tế bào bằng cách ngăn chặn phospholipid trở nên quá đậm đặc. Cholesterol không có trong màng tế bào thực vật.
Glycolipids nằm ở bề mặt ngoài của màng tế bào và được kết nối với chúng bằng chuỗi carbohydrate. Chúng giúp tế bào nhận biết các tế bào khác trong cơ thể.
Protein màng
Màng tế bào chứa hai loại protein liên kết. Protein của màng ngoại vi nằm ở bên ngoài và liên kết với nó bằng cách tương tác với các protein khác. Các protein màng tích hợp được đưa vào màng và hầu hết đều đi qua. Các bộ phận của các protein xuyên màng này nằm ở cả hai mặt của nó.
Protein màng huyết tương có một số chức năng khác nhau. Protein cấu trúc cung cấp hỗ trợ và hình dạng cho các tế bào. Các protein thụ thể màng giúp tế bào giao tiếp với môi trường bên ngoài bằng cách sử dụng hormone, chất dẫn truyền thần kinh và các phân tử tín hiệu khác. Các protein vận chuyển, chẳng hạn như protein hình cầu, vận chuyển các phân tử qua màng tế bào bằng cách khuếch tán thuận lợi. Glycoprotein có một chuỗi carbohydrate gắn liền với chúng. Chúng được nhúng vào màng tế bào, giúp trao đổi và vận chuyển các phân tử.
Màng bào quan
Một số bào quan của tế bào cũng được bao quanh bởi màng bảo vệ. cốt lõi,
9.5.1. Một trong những chức năng chính của màng là tham gia vận chuyển các chất. Quá trình này đạt được thông qua ba cơ chế chính: khuếch tán đơn giản, khuếch tán thuận lợi và vận chuyển tích cực (Hình 9.10). Hãy nhớ những đặc điểm quan trọng nhất của các cơ chế này và ví dụ về các chất được vận chuyển trong từng trường hợp.
Hình 9.10. Cơ chế vận chuyển các phân tử qua màng
Khuếch tán đơn giản- vận chuyển các chất qua màng mà không cần sự tham gia của các cơ chế đặc biệt. Sự vận chuyển xảy ra dọc theo gradient nồng độ mà không tiêu tốn năng lượng. Bằng cách khuếch tán đơn giản, các phân tử sinh học nhỏ được vận chuyển - H2O, CO2, O2, urê, các chất phân tử thấp kỵ nước. Tốc độ khuếch tán đơn giản tỷ lệ thuận với gradient nồng độ.
Khuếch tán thuận lợi- vận chuyển các chất qua màng bằng kênh protein hoặc protein vận chuyển đặc biệt. Nó được thực hiện dọc theo gradient nồng độ mà không tiêu thụ năng lượng. Monosacarit, axit amin, nucleotide, glycerol và một số ion được vận chuyển. Động học bão hòa là đặc trưng - ở một nồng độ (bão hòa) nhất định của chất vận chuyển, tất cả các phân tử của chất mang tham gia vận chuyển và tốc độ vận chuyển đạt giá trị tối đa.
Vận chuyển chủ động- cũng cần có sự tham gia của các protein vận chuyển đặc biệt, nhưng quá trình vận chuyển diễn ra ngược với gradient nồng độ và do đó cần tiêu hao năng lượng. Sử dụng cơ chế này, các ion Na+, K+, Ca2+, Mg2+ được vận chuyển qua màng tế bào và các proton được vận chuyển qua màng ty thể. Vận chuyển tích cực các chất được đặc trưng bởi động học bão hòa.
9.5.2. Một ví dụ về hệ thống vận chuyển thực hiện vận chuyển tích cực các ion là Na+,K+-adenosine triphosphatase (Na+,K+-ATPase hoặc Na+,K+-pump). Protein này nằm sâu trong màng sinh chất và có khả năng xúc tác cho phản ứng thủy phân ATP. Năng lượng giải phóng trong quá trình thủy phân 1 phân tử ATP được dùng để vận chuyển 3 ion Na+ từ tế bào ra ngoại bào và 2 ion K+ theo hướng ngược lại (Hình 9.11). Do tác động của Na+,K+-ATPase, sự chênh lệch nồng độ được tạo ra giữa bào tương của tế bào và dịch ngoại bào. Vì sự chuyển giao của các ion không tương đương nên xảy ra sự chênh lệch điện thế. Do đó, một thế năng điện hóa phát sinh, bao gồm năng lượng của chênh lệch điện thế Δφ và năng lượng của chênh lệch nồng độ các chất ΔC ở cả hai phía của màng.
Hình 9.11. Sơ đồ bơm Na+, K+.
9.5.3. Vận chuyển các hạt và các hợp chất có trọng lượng phân tử cao qua màng
Cùng với việc vận chuyển các chất hữu cơ và ion được thực hiện bởi chất mang, tế bào có một cơ chế rất đặc biệt được thiết kế để hấp thụ các hợp chất phân tử cao vào tế bào và loại bỏ các hợp chất phân tử cao khỏi tế bào bằng cách thay đổi hình dạng của màng sinh học. Cơ chế này được gọi là vận chuyển mụn nước.
Hình 9.12. Các loại vận chuyển mụn nước: 1 - nhập bào; 2 - xuất bào.
Trong quá trình vận chuyển các đại phân tử, sự hình thành và hợp nhất tuần tự của các túi (túi) có màng bao quanh xảy ra. Dựa vào hướng vận chuyển và tính chất của các chất được vận chuyển, người ta phân biệt các loại vận chuyển mụn nước sau:
nhập bào(Hình 9.12, 1) - vận chuyển các chất vào tế bào. Tùy thuộc vào kích thước của các túi kết quả, chúng được phân biệt:
MỘT) chứng pinocytosis - hấp thụ các đại phân tử lỏng và hòa tan (protein, polysaccharides, axit nucleic) bằng cách sử dụng các bong bóng nhỏ (đường kính 150 nm);
b) sự thực bào - hấp thụ các hạt lớn, chẳng hạn như vi sinh vật hoặc mảnh vụn tế bào. Trong trường hợp này, các túi lớn gọi là phagosome có đường kính hơn 250 nm được hình thành.
Pinocytosis là đặc điểm của hầu hết các tế bào nhân chuẩn, trong khi các hạt lớn được hấp thụ bởi các tế bào chuyên biệt - bạch cầu và đại thực bào. Ở giai đoạn đầu tiên của quá trình nhập bào, các chất hoặc hạt được hấp phụ trên bề mặt màng; quá trình này xảy ra mà không tiêu tốn năng lượng. Ở giai đoạn tiếp theo, màng chứa chất bị hấp phụ sẽ đi sâu vào tế bào chất; kết quả là sự xâm lấn cục bộ của màng sinh chất được tách ra khỏi bề mặt tế bào, hình thành các túi, sau đó di chuyển vào tế bào. Quá trình này được kết nối bởi một hệ thống các vi sợi và phụ thuộc vào năng lượng. Các túi và thể thực bào xâm nhập vào tế bào có thể hợp nhất với lysosome. Các enzyme có trong lysosome phân hủy các chất có trong túi và phagosome thành các sản phẩm có trọng lượng phân tử thấp (axit amin, monosacarit, nucleotide), được vận chuyển vào bào tương, nơi chúng có thể được tế bào sử dụng.
Xuất bào(Hình 9.12, 2) - chuyển các hạt và hợp chất lớn ra khỏi tế bào. Quá trình này, giống như quá trình nhập bào, xảy ra với sự hấp thụ năng lượng. Các loại exocytosis chính là:
MỘT) bài tiết - loại bỏ khỏi tế bào các hợp chất hòa tan trong nước được sử dụng hoặc ảnh hưởng đến các tế bào khác của cơ thể. Nó có thể được thực hiện bởi cả các tế bào không chuyên biệt và tế bào của tuyến nội tiết, màng nhầy của đường tiêu hóa, thích nghi với việc tiết ra các chất mà chúng tạo ra (hormone, chất dẫn truyền thần kinh, proenzym) tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của cơ thể.
Các protein được tiết ra được tổng hợp trên các ribosome liên kết với màng của mạng lưới nội chất thô. Những protein này sau đó được vận chuyển đến bộ máy Golgi, nơi chúng được biến đổi, cô đặc, sắp xếp và sau đó được đóng gói thành các túi, được giải phóng vào bào tương và sau đó hợp nhất với màng sinh chất để nội dung của các túi nằm bên ngoài tế bào.
Không giống như các đại phân tử, các hạt nhỏ được tiết ra, chẳng hạn như proton, được vận chuyển ra khỏi tế bào bằng cơ chế khuếch tán thuận lợi và vận chuyển tích cực.
b) bài tiết - loại bỏ khỏi tế bào các chất không thể sử dụng được (ví dụ, trong quá trình tạo hồng cầu, loại bỏ chất lưới khỏi hồng cầu lưới, là phần còn lại tổng hợp của các bào quan). Cơ chế bài tiết dường như là các hạt được bài tiết ban đầu bị giữ lại trong túi tế bào chất, sau đó kết hợp với màng sinh chất.
Không có gì bí mật rằng tất cả các sinh vật sống trên hành tinh của chúng ta đều được tạo thành từ các tế bào, vô số chất hữu cơ "" này. Ngược lại, các tế bào được bao quanh bởi một lớp vỏ bảo vệ đặc biệt - một lớp màng đóng vai trò rất quan trọng trong sự sống của tế bào, và chức năng của màng tế bào không chỉ giới hạn ở việc bảo vệ tế bào mà còn thể hiện một phức hợp cơ chế liên quan đến sinh sản, dinh dưỡng và tái tạo tế bào.
Màng tế bào là gì
Bản thân từ “màng” được dịch từ tiếng Latin là “phim”, mặc dù màng không chỉ là một loại màng trong đó tế bào được bao bọc mà là sự kết hợp của hai màng được kết nối với nhau và có các đặc tính khác nhau. Trên thực tế, màng tế bào là màng lipoprotein (protein-chất béo) ba lớp ngăn cách từng tế bào với các tế bào lân cận và môi trường, đồng thời thực hiện trao đổi có kiểm soát giữa tế bào và môi trường, đây là định nghĩa học thuật về màng tế bào. là.
Tầm quan trọng của màng đơn giản là rất lớn, bởi vì nó không chỉ ngăn cách tế bào này với tế bào khác mà còn đảm bảo sự tương tác của tế bào với cả tế bào khác và môi trường.
Lịch sử nghiên cứu màng tế bào
Một đóng góp quan trọng cho việc nghiên cứu màng tế bào đã được thực hiện bởi hai nhà khoa học người Đức Gorter và Grendel vào năm 1925. Sau đó, họ đã tiến hành một thí nghiệm sinh học phức tạp trên các tế bào hồng cầu - hồng cầu, trong đó các nhà khoa học thu được cái gọi là "bóng", vỏ hồng cầu rỗng, họ xếp thành một chồng và đo diện tích bề mặt, đồng thời tính toán lượng lipid có trong chúng. Dựa trên lượng lipid thu được, các nhà khoa học đã đưa ra kết luận rằng chúng được chứa chính xác trong lớp kép của màng tế bào.
Năm 1935, một cặp nhà nghiên cứu màng tế bào khác, lần này là Daniel và Dawson người Mỹ, sau một loạt thí nghiệm kéo dài, đã xác định được hàm lượng protein trong màng tế bào. Không có cách nào khác để giải thích tại sao màng lại có sức căng bề mặt cao đến vậy. Các nhà khoa học đã khéo léo trình bày một mô hình màng tế bào dưới dạng bánh sandwich, trong đó vai trò của bánh mì là các lớp lipid-protein đồng nhất, và giữa chúng, thay vì dầu, có khoảng trống.
Năm 1950, với sự ra đời của thiết bị điện tử, lý thuyết của Daniel và Dawson đã được xác nhận bằng những quan sát thực tế - qua ảnh chụp vi mô của màng tế bào, các lớp đầu lipid và protein cũng như khoảng trống giữa chúng có thể nhìn thấy rõ ràng.
Năm 1960, nhà sinh vật học người Mỹ J. Robertson đã phát triển một lý thuyết về cấu trúc ba lớp của màng tế bào, trong một thời gian dài được coi là lý thuyết đúng duy nhất, nhưng với sự phát triển hơn nữa của khoa học, những nghi ngờ bắt đầu nảy sinh về tính không thể sai lầm của nó. Vì vậy, chẳng hạn, theo quan điểm, tế bào sẽ khó khăn và tốn nhiều công sức để vận chuyển các chất dinh dưỡng cần thiết qua toàn bộ “bánh sandwich”
Và chỉ đến năm 1972, các nhà sinh vật học người Mỹ S. Singer và G. Nicholson mới có thể giải thích những điểm không nhất quán trong lý thuyết của Robertson bằng cách sử dụng mô hình khảm chất lỏng mới của màng tế bào. Đặc biệt, họ phát hiện ra rằng màng tế bào không đồng nhất về thành phần, hơn nữa, nó không đối xứng và chứa đầy chất lỏng. Ngoài ra, các tế bào đang chuyển động liên tục. Và các protein khét tiếng là một phần của màng tế bào có cấu trúc và chức năng khác nhau.
Tính chất và chức năng của màng tế bào
Bây giờ chúng ta hãy xem màng tế bào thực hiện chức năng gì:
Chức năng rào cản của màng tế bào là màng này như một người bảo vệ biên giới thực sự, đứng canh gác ranh giới của tế bào, trì hoãn và không cho phép các phân tử có hại hoặc đơn giản là không phù hợp đi qua.
Chức năng vận chuyển của màng tế bào - màng không chỉ là người gác biên giới ở cổng tế bào mà còn là một loại trạm kiểm soát hải quan; các chất hữu ích được trao đổi liên tục với các tế bào khác và môi trường qua đó.
Chức năng ma trận - chính màng tế bào xác định vị trí tương đối với nhau và điều chỉnh sự tương tác giữa chúng.
Chức năng cơ học - chịu trách nhiệm giới hạn tế bào này với tế bào khác, đồng thời kết nối chính xác các tế bào với nhau để hình thành chúng thành một mô đồng nhất.
Chức năng bảo vệ của màng tế bào là cơ sở để xây dựng lá chắn bảo vệ tế bào. Trong tự nhiên, một ví dụ về chức năng này có thể là gỗ cứng, lớp vỏ dày đặc, lớp vỏ bảo vệ, tất cả đều do chức năng bảo vệ của màng.
Chức năng enzyme là một chức năng quan trọng khác được thực hiện bởi một số protein trong tế bào. Ví dụ, nhờ chức năng này, quá trình tổng hợp enzyme tiêu hóa diễn ra ở biểu mô ruột.
Ngoài ra, ngoài tất cả những điều này, sự trao đổi tế bào còn xảy ra qua màng tế bào, có thể diễn ra trong ba phản ứng khác nhau:
- Thực bào là một quá trình trao đổi tế bào trong đó các tế bào thực bào gắn vào màng thu giữ và tiêu hóa các chất dinh dưỡng khác nhau.
- Pinocytosis là quá trình màng tế bào bắt giữ các phân tử chất lỏng tiếp xúc với nó. Để làm điều này, các tua đặc biệt được hình thành trên bề mặt màng, dường như bao quanh một giọt chất lỏng, tạo thành bong bóng, sau đó bị màng “nuốt chửng”.
- Xuất bào là một quá trình ngược lại khi tế bào giải phóng một chất dịch chức năng bài tiết lên bề mặt qua màng.
Cấu trúc của màng tế bào
Có ba loại lipid trong màng tế bào:
- phospholipid (là sự kết hợp của chất béo và phốt pho),
- glycolipids (sự kết hợp của chất béo và carbohydrate),
- cholesterol
Lần lượt, phospholipid và glycolipid bao gồm một đầu ưa nước, trong đó có hai đuôi kỵ nước dài kéo dài. Cholesterol chiếm khoảng trống giữa các đuôi này, ngăn không cho chúng bị uốn cong, trong một số trường hợp, làm cho màng của một số tế bào trở nên rất cứng. Ngoài tất cả những điều này, các phân tử cholesterol còn tổ chức cấu trúc của màng tế bào.
Nhưng có thể như vậy, phần quan trọng nhất trong cấu trúc của màng tế bào là protein, hay đúng hơn là các loại protein khác nhau đóng những vai trò quan trọng khác nhau. Bất chấp sự đa dạng của các protein chứa trong màng, vẫn có một thứ gắn kết chúng - lipid hình khuyên nằm xung quanh tất cả các protein màng. Lipid hình khuyên là chất béo có cấu trúc đặc biệt, đóng vai trò như một loại vỏ bảo vệ cho protein, nếu không có nó thì chúng sẽ không hoạt động được.
Cấu trúc của màng tế bào có ba lớp: nền của màng tế bào là lớp bilipid lỏng đồng nhất. Protein bao phủ nó cả hai mặt như một bức tranh khảm. Đó là protein, ngoài các chức năng được mô tả ở trên, còn đóng vai trò là các kênh đặc biệt mà qua đó các chất không thể xuyên qua lớp chất lỏng của màng sẽ đi qua màng. Ví dụ, chúng bao gồm các ion kali và natri; để chúng xâm nhập qua màng, thiên nhiên cung cấp các kênh ion đặc biệt trong màng tế bào. Nói cách khác, protein đảm bảo tính thấm của màng tế bào.
Nếu nhìn màng tế bào qua kính hiển vi, chúng ta sẽ thấy một lớp lipid được hình thành bởi các phân tử hình cầu nhỏ, trên đó các protein bơi lội như trên biển. Bây giờ bạn đã biết những chất nào tạo nên màng tế bào.
Video màng tế bào
Và cuối cùng là video giáo dục về màng tế bào.