מבנה קרום התא החיצוני. המבנה והתפקודים של ממברנות ביולוגיות

מגביל ( מַחסוֹם) - להפריד את התוכן הסלולרי מהסביבה החיצונית;

לווסת את חילופי הדברים בין התא לסביבה;

חלקו תאים לתאים, או תאים, המיועדים למסלולים מטבוליים מיוחדים ( הפרדה);

זהו האתר של כמה תגובות כימיות (תגובות קלות של פוטוסינתזה בכלורופלסטים, זרחון חמצוני במהלך הנשימה במיטוכונדריה);

לספק תקשורת בין תאים ברקמות של אורגניזמים רב-תאיים;

תַחְבּוּרָה- מבצע הובלה טרנסממברנית.

קוֹלֵט- הם אתר לוקליזציה של אתרי קולטנים המזהים גירויים חיצוניים.

הובלה של חומריםדרך הממברנה היא אחת התפקידים המובילים של הממברנה, המבטיחה חילופי חומרים בין התא לסביבה החיצונית. בהתאם לעלויות האנרגיה להעברת חומרים, ישנם:

הובלה פסיבית, או דיפוזיה קלה;

הובלה פעילה (סלקטיבית) בהשתתפות ATP ואנזימים.

הובלה באריזת ממברנה. ישנם אנדוציטוזיס (לתוך התא) ואקסוציטוזיס (מחוץ לתא) - מנגנונים המעבירים חלקיקים גדולים ומקרומולקולות דרך הממברנה. במהלך אנדוציטוזיס, קרום הפלזמה יוצר פלישה, קצוותיו מתמזגים, ושלפוחית ​​נשרכת לתוך הציטופלזמה. השלפוחית ​​תחומה מהציטופלזמה על ידי ממברנה אחת, שהיא חלק מהממברנה הציטופלזמה החיצונית. הבחנה בין פגוציטוזיס לפינוציטוזיס. פגוציטוזיס היא ספיגה של חלקיקים גדולים, מוצקים למדי. למשל, פגוציטוזיס של לימפוציטים, פרוטוזואה ועוד. פינוציטוזיס הוא תהליך לכידה וקליטת טיפות נוזלים עם חומרים מומסים בה.

אקסוציטוזיס הוא תהליך של הוצאת חומרים שונים מהתא. במהלך אקסוציטוזיס, הממברנה של השלפוחית ​​או ה-vacuole מתמזגת עם הממברנה הציטופלזמית החיצונית. תוכן השלפוחית ​​מוסר משטח התא, והממברנה נכללת בממברנה הציטופלזמית החיצונית.

בבסיס פַּסִיבִיהובלה של מולקולות לא טעונות הוא ההבדל בין ריכוזי המימן והמטענים, כלומר. שיפוע אלקטרוכימי. חומרים יעברו מאזור עם שיפוע גבוה יותר לאזור עם שיפוע נמוך יותר. מהירות ההובלה תלויה בהפרש השיפוע.

דיפוזיה פשוטה היא הובלה של חומרים ישירות דרך דו-שכבת השומנים. מאפיין גזים, מולקולות קוטביות לא קוטביות או קטנות, מסיסות בשומנים. מים חודרים במהירות דרך הדו-שכבה, כי. המולקולה שלו קטנה וניטרלית מבחינה חשמלית. דיפוזיה של מים על פני ממברנות נקראת אוסמוזה.

דיפוזיה דרך תעלות ממברנה היא הובלה של מולקולות ויונים טעונים (Na, K, Ca, Cl) החודרות לממברנה עקב הימצאות בה חלבונים יוצרי תעלות מיוחדים היוצרים נקבוביות מים.

דיפוזיה מוקלת היא הובלה של חומרים בעזרת חלבוני הובלה מיוחדים. כל חלבון אחראי על מולקולה מוגדרת בהחלט או קבוצה של מולקולות קשורות, מתקשר איתה ועובר דרך הממברנה. לדוגמה, סוכרים, חומצות אמינו, נוקלאוטידים ומולקולות קוטביות אחרות.

מעבר פעילמבוצע על ידי חלבונים - נשאים (ATPase) כנגד שיפוע אלקטרוכימי, תוך הוצאת אנרגיה. המקור שלו הוא מולקולות ATP. למשל, משאבת הנתרן-אשלגן.

ריכוז האשלגן בתוך התא גבוה בהרבה מאשר מחוצה לו, ונתרן - להיפך. לכן, קטיוני אשלגן ונתרן מתפזרים באופן פסיבי לאורך שיפוע הריכוז דרך נקבוביות המים של הממברנה. זאת בשל העובדה שהחדירות של הממברנה עבור יוני אשלגן גבוהה יותר מאשר עבור יוני נתרן. בהתאם לכך, אשלגן מתפזר מהר יותר אל מחוץ לתא מאשר נתרן אל תוך התא. עם זאת, לתפקוד תקין של התא, יש צורך ביחס מסוים של 3 יוני אשלגן ו-2 נתרן. לכן, קיימת בממברנה משאבת נתרן-אשלגן, אשר שואבת נתרן באופן פעיל אל מחוץ לתא, ואשלגן אל התא. משאבה זו היא חלבון קרום טרנסממברני המסוגל לסידור מחדש קונפורמטיבי. לכן, הוא יכול לחבר לעצמו הן יוני אשלגן והן יוני נתרן (אנטיפורט). התהליך הוא עתיר אנרגיה:

יוני נתרן ומולקולת ATP נכנסים לחלבון המשאבה מבפנים הממברנה, ויוני אשלגן מבחוץ.

יוני נתרן מתחברים עם מולקולת חלבון, והחלבון רוכש פעילות ATPase, כלומר. היכולת לגרום להידרוליזה של ATP, המלווה בשחרור אנרגיה המניעה את המשאבה.

הפוספט המשתחרר במהלך הידרוליזה של ATP מחובר לחלבון, כלומר. מזרחן חלבון.

זרחון גורם לשינוי קונפורמציה בחלבון, הוא אינו מסוגל לשמר יוני נתרן. הם משתחררים ויוצאים אל מחוץ לתא.

המבנה החדש של החלבון מקדם הוספת יוני אשלגן אליו.

תוספת של יוני אשלגן גורמת לדה-פוספורילציה של החלבון. הוא שוב משנה את המבנה שלו.

השינוי במבנה החלבון מוביל לשחרור יוני אשלגן בתוך התא.

החלבון שוב מוכן לחבר יוני נתרן לעצמו.

במחזור פעולה אחד, המשאבה שואבת מהתא 3 יוני נתרן ושואבת 2 יוני אשלגן.

ציטופלזמה- מרכיב חובה של התא, מוקף בין מנגנון פני השטח של התא והגרעין. זהו קומפלקס מבני הטרוגני מורכב, המורכב מ:

היאלופלזמה

אברונים (מרכיבים קבועים של הציטופלזמה)

תכלילים - מרכיבים זמניים של הציטופלזמה.

מטריצה ​​ציטופלזמית(hyaloplasm) הוא התוכן הפנימי של התא - תמיסה קולואידלית חסרת צבע, סמיכה ושקופה. מרכיבי המטריצה ​​הציטופלזמית מבצעים את תהליכי הביוסינתזה בתא, מכילים את האנזימים הדרושים ליצירת אנרגיה, בעיקר עקב גליקוליזה אנאירובית.

תכונות בסיסיות של המטריצה ​​הציטופלזמית.

קובע את המאפיינים הקולואידים של התא. יחד עם הממברנות התוך-תאיות של המערכת הוואקואולרית, ניתן להתייחס אליה כמערכת הטרוגנית מאוד או רב-פאזית קולואידית.

מספק שינוי בצמיגות הציטופלזמה, המעבר מג'ל (עבה יותר) לסול (נוזל יותר), המתרחש בהשפעת גורמים חיצוניים ופנימיים.

מספק ציקלוזיס, תנועת אמבואידים, חלוקת תאים ותנועה של פיגמנט בכרומטפורים.

קובע את הקוטביות של המיקום של רכיבים תוך תאיים.

מספק תכונות מכניות של תאים - גמישות, יכולת מיזוג, קשיחות.

אברונים- מבנים תאיים קבועים המבטיחים ביצוע של פונקציות ספציפיות על ידי התא. בהתאם לתכונות המבנה, ישנם:

אברונים קרומיים - בעלי מבנה קרומי. הם יכולים להיות ממברנה בודדת (ER, מנגנון Golgi, ליזוזומים, וואקוולים של תאי צמחים). קרום כפול (מיטוכונדריה, פלסטידים, גרעין).

אברונים שאינם קרומיים - אין להם מבנה קרומי (כרומוזומים, ריבוזומים, מרכז תאים, שלד ציטו).

אברונים לשימוש כללי - אופייניים לכל התאים: גרעין, מיטוכונדריה, מרכז תאים, מנגנון גולגי, ריבוזומים, ER, ליזוזומים. אם אברונים אופייניים לסוגים מסוימים של תאים, הם נקראים אברונים מיוחדים (לדוגמה, מיופיברילים המכווצים סיב שריר).

רשת אנדופלזמית- מבנה רציף אחד, שהקרום שלו יוצר חדירות וקפלים רבים הנראים כמו צינוריות, מיקרו-וואקוולים ובורות מים גדולים. ממברנות EPS, מצד אחד, קשורות לממברנה הציטופלזמית התאית, ומצד שני, למעטפת החיצונית של הממברנה הגרעינית.

ישנם שני סוגים של EPS - מחוספס וחלק.

ב-ER מחוספס או גרגירי, בורות מים וצינוריות קשורים לריבוזומים. הוא הצד החיצוני של הממברנה.אין קשר עם ריבוזומים ב-EPS חלק או אגרני. זהו החלק הפנימי של הממברנה.

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 בשלוש 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, הנראות 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.

9.5.1. אחד התפקידים העיקריים של ממברנות הוא השתתפות בהובלת חומרים. תהליך זה מסופק על ידי שלושה מנגנונים עיקריים: דיפוזיה פשוטה, דיפוזיה קלה והובלה אקטיבית (איור 9.10). זכור את התכונות החשובות ביותר של מנגנונים אלה ודוגמאות של החומרים המועברים בכל מקרה ומקרה.

איור 9.10.מנגנוני הובלה של מולקולות על פני הממברנה

דיפוזיה פשוטה- העברת חומרים דרך הממברנה ללא השתתפות של מנגנונים מיוחדים. הובלה מתרחשת לאורך שיפוע ריכוז ללא צריכת אנרגיה. ביומולקולות קטנות - H2O, CO2, O2, אוריאה, חומרים הידרופוביים במשקל מולקולרי נמוך מועברים באמצעות דיפוזיה פשוטה. קצב הדיפוזיה הפשוטה הוא פרופורציונלי לשיפוע הריכוז.

דיפוזיה הקלה- העברת חומרים על פני הממברנה באמצעות תעלות חלבון או חלבוני נשא מיוחדים. זה מתבצע לאורך שיפוע הריכוז ללא צריכת אנרגיה. מונוסכרידים, חומצות אמינו, נוקלאוטידים, גליצרול, חלק מהיונים מועברים. קינטיקת הרוויה אופיינית - בריכוז מסוים (מרווה) של החומר המועבר, כל מולקולות הנשא לוקחות חלק בהעברה ומהירות ההובלה מגיעה לערך מגביל.

מעבר פעיל- מצריך גם השתתפות של חלבוני נשא מיוחדים, אך ההעברה מתרחשת כנגד שיפוע ריכוז ולכן דורשת אנרגיה. בעזרת מנגנון זה מועברים יוני Na+, K+, Ca2+, Mg2+ דרך קרום התא, ופרוטונים דרך הממברנה המיטוכונדריאלית. ההובלה הפעילה של חומרים מאופיינת בקינטיקה של רוויה.

9.5.2. דוגמה למערכת הובלה המבצעת הובלת יונים פעילה היא Na+,K+ -adenosine triphosphatase (Na+,K+ -ATPase או Na+,K+ -pump). חלבון זה ממוקם בעובי של קרום הפלזמה ומסוגל לזרז את התגובה של הידרוליזה של ATP. האנרגיה המשתחררת במהלך ההידרוליזה של מולקולת ATP 1 משמשת להעברת 3 יוני Na + מהתא לחלל החוץ תאי ו-2 יוני K + בכיוון ההפוך (איור 9.11). כתוצאה מפעולת Na + , K + -ATPase נוצר הפרש ריכוזים בין הציטוזול של התא לנוזל החוץ תאי. מכיוון שהובלת יונים אינה שווה ערך, נוצר הבדל בפוטנציאלים חשמליים. כך נוצר פוטנציאל אלקטרוכימי, שהוא סכום האנרגיה של ההפרש בפוטנציאלים החשמליים Δφ ואנרגיית ההפרש בריכוזי החומרים ΔС משני צידי הממברנה.

איור 9.11.ערכת Na+, K+ -משאבה.

9.5.3. העברה דרך ממברנות של חלקיקים ותרכובות מקרומולקולריות

לצד הובלת חומרים אורגניים ויונים המתבצעת על ידי נשאים, קיים בתא מנגנון מיוחד מאוד שנועד לקלוט ולהסיר תרכובות מקרומולקולריות מהתא על ידי שינוי צורת הביו-ממברנה. מנגנון כזה נקרא הובלה שלפוחית.

איור 9.12.סוגי הובלה שלפוחית: 1 - אנדוציטוזיס; 2 - אקסוציטוזיס.

במהלך העברת מקרומולקולות, מתרחשים היווצרות רצף והיתוך של שלפוחיות (שלפוחיות) המוקפות בקרום. על פי כיוון ההובלה ואופי החומרים המועברים, נבדלים הסוגים הבאים של הובלה שלפוחית:

אנדוציטוזיס(איור 9.12, 1) - העברת חומרים לתוך התא. בהתאם לגודל השלפוחית ​​המתקבלת, ישנם:

א) פינוציטוזה - ספיגה של מקרומולקולות נוזליות ומומסות (חלבונים, פוליסכרידים, חומצות גרעין) באמצעות בועות קטנות (קוטר 150 ננומטר);

ב) פגוציטוזיס - ספיגה של חלקיקים גדולים, כגון מיקרואורגניזמים או פסולת תאים. במקרה זה נוצרות שלפוחיות גדולות הנקראות פגוזומים בקוטר של יותר מ-250 ננומטר.

פינוציטוזה אופיינית לרוב התאים האוקריוטיים, בעוד שחלקיקים גדולים נספגים על ידי תאים מיוחדים - לויקוציטים ומקרופאגים. בשלב הראשון של אנדוציטוזיס, חומרים או חלקיקים נספגים על פני הממברנה; תהליך זה מתרחש ללא צריכת אנרגיה. בשלב הבא, הממברנה עם החומר הנספג מעמיקה לתוך הציטופלזמה; הדליקות המקומיות המתקבלות של קרום הפלזמה מושכות ממשטח התא, ויוצרות שלפוחיות, אשר לאחר מכן נודדות לתוך התא. תהליך זה מחובר על ידי מערכת של מיקרופילמנטים והוא תלוי באנרגיה. השלפוחיות והפגוזומים הנכנסים לתא יכולים להתמזג עם ליזוזומים. אנזימים הכלולים בליזוזומים מפרקים חומרים הכלולים בשלפוחיות ובפגוזומים למוצרים בעלי משקל מולקולרי נמוך (חומצות אמינו, מונוסכרידים, נוקלאוטידים), המועברים לציטוזול, שם הם יכולים לשמש את התא.

אקסוציטוזיס(איור 9.12, 2) - העברת חלקיקים ותרכובות גדולות מהתא. תהליך זה, כמו אנדוציטוזיס, ממשיך עם ספיגת האנרגיה. הסוגים העיקריים של אקסוציטוזיס הם:

א) הַפרָשָׁה - הסרה מהתא של תרכובות מסיסות במים המשמשות או משפיעות על תאים אחרים בגוף. זה יכול להתבצע הן על ידי תאים שאינם מתמחים והן על ידי תאים של הבלוטות האנדוקריניות, רירית מערכת העיכול, המותאמים להפרשת החומרים שהם מייצרים (הורמונים, נוירוטרנסמיטורים, פרו-אנזימים), בהתאם לצרכים הספציפיים של הגוף. .

חלבונים מופרשים מסונתזים על ריבוזומים הקשורים לממברנות של הרשת האנדופלזמית המחוספסת. חלבונים אלו מועברים לאחר מכן אל מנגנון גולגי, שם הם עוברים שינוי, מרוכזים, ממוינים, ולאחר מכן נארזים לתוך שלפוחיות, אשר מתפצלות לתוך הציטוזול ולאחר מכן מתמזגות עם קרום הפלזמה כך שתכולת השלפוחית ​​נמצאת מחוץ לתא.

שלא כמו מקרומולקולות, חלקיקים קטנים המופרשים, כגון פרוטונים, מועברים אל מחוץ לתא באמצעות דיפוזיה מוקלת ומנגנוני הובלה פעילים.

ב) הַפרָשָׁה - הסרה מהתא של חומרים שאינם ניתנים לשימוש (לדוגמה, הסרה של חומר רטיקולרי מרטיקולוציטים במהלך אריתרופואיזיס, שהוא שריד מצטבר של אברונים). מנגנון ההפרשה, ככל הנראה, מורכב מהעובדה שבתחילה החלקיקים המופרשים נמצאים בשלפוחית ​​הציטופלזמה, אשר לאחר מכן מתמזגת עם קרום הפלזמה.

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, יתר על כן, 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 לתוך התא 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".

חקר המבנה של אורגניזמים, כמו גם צמחים, בעלי חיים ובני אדם, הוא ענף הביולוגיה הנקרא ציטולוגיה. מדענים גילו שתכולת התא, שנמצא בתוכו, מורכבת למדי. הוא מוקף במה שנקרא מנגנון פני השטח, הכולל את קרום התא החיצוני, מבנים על-ממברניים: גליקוקליקס ומיקרופילמנטים, כדוריות ומיקרו-צינוריות היוצרות קומפלקס תת-ממברני שלו.

במאמר זה נלמד את המבנה והתפקודים של קרום התא החיצוני, המהווה חלק ממנגנון פני השטח של סוגים שונים של תאים.

מהם התפקידים של קרום התא החיצוני?

כפי שתואר קודם לכן, הממברנה החיצונית היא חלק ממנגנון פני השטח של כל תא, אשר מפריד בהצלחה את התוכן הפנימי שלו ומגן על אברוני התא מתנאי סביבה שליליים. תפקיד נוסף הוא להבטיח חילופי חומרים בין תכולת התא לנוזל הרקמה, לכן, קרום התא החיצוני מעביר מולקולות ויונים הנכנסים לציטופלזמה, וכן מסייע בסילוק רעלים ועודפי חומרים רעילים מהתא.

מבנה קרום התא

ממברנות, או פלזמהלמות, של סוגים שונים של תאים שונים מאוד זה מזה. בעיקר, המבנה הכימי, כמו גם התכולה היחסית של שומנים, גליקופרוטאין, חלבונים בהם ובהתאם, אופי הקולטנים שבהם. חיצוני אשר נקבע בעיקר על ידי ההרכב האינדיבידואלי של גליקופרוטאין, לוקח חלק בהכרה של גירויים סביבתיים ובתגובות של התא עצמו לפעולותיהם. סוגים מסוימים של וירוסים יכולים ליצור אינטראקציה עם חלבונים וגליקוליפידים של ממברנות התא, וכתוצאה מכך הם חודרים לתא. נגיפי הרפס ושפעת יכולים להשתמש כדי לבנות את מעטפת ההגנה שלהם.

ונגיפים וחיידקים, מה שנקרא בקטריופאג'ים, נצמדים לממברנת התא וממיסים אותו בנקודת המגע בעזרת אנזים מיוחד. ואז מולקולה של DNA ויראלי עוברת לתוך החור שנוצר.

תכונות של מבנה קרום הפלזמה של אוקריוטים

נזכיר כי קרום התא החיצוני מבצע את תפקיד ההובלה, כלומר העברת חומרים לתוכו וממנו אל הסביבה החיצונית. כדי לבצע תהליך כזה, נדרש מבנה מיוחד. אכן, הפלזמלמה היא מערכת קבועה ואוניברסלית של מנגנון פני השטח לכולם. זהו סרט רב שכבתי דק (2-10 ננומטר), אך צפוף למדי, המכסה את כל התא. המבנה שלו נחקר ב-1972 על ידי מדענים כמו D. Singer ו-G. Nicholson, הם גם יצרו מודל פסיפס נוזלי של קרום התא.

התרכובות הכימיות העיקריות היוצרות אותו הן מולקולות מסודרות של חלבונים ופוספוליפידים מסוימים, המשובצות בסביבה שומנית נוזלית ומזכירות פסיפס. כך, קרום התא מורכב משתי שכבות של שומנים, ש"הזנבות" ההידרופוביים הלא-קוטביים שלהן ממוקמים בתוך הממברנה, והראשים ההידרופיליים הקוטביים פונים אל הציטופלזמה של התא והנוזל הבין-תאי.

לשכבת הליפידים חודרות מולקולות חלבון גדולות היוצרות נקבוביות הידרופיליות. דרכם מועברות תמיסות מימיות של גלוקוז ומלחי מינרלים. כמה מולקולות חלבון ממוקמות הן על המשטחים החיצוניים והן הפנימיים של הפלזמה. לפיכך, על קרום התא החיצוני בתאים של כל האורגניזמים עם גרעינים, יש מולקולות פחמימות הקשורות בקשרים קוולנטיים עם גליקוליפידים וגליקופרוטאינים. תכולת הפחמימות בממברנות התא נעה בין 2 ל-10%.

מבנה הפלזמה של אורגניזמים פרוקריוטיים

קרום התא החיצוני בפרוקריוטים מבצע פונקציות דומות לממברנות הפלזמה של תאים של אורגניזמים גרעיניים, דהיינו: תפיסה והעברת מידע המגיע מהסביבה החיצונית, הובלת יונים ותמיסות אל תוך התא וממנו והגנה על הציטופלזמה מגיבים זרים מבחוץ. זה יכול ליצור מזוזומים - מבנים המתעוררים כאשר הפלזמלמה בולטת לתוך התא. הם עשויים להכיל אנזימים המעורבים בתגובות מטבוליות של פרוקריוטים, למשל, בשכפול DNA, סינתזת חלבון.

מזוזומים מכילים גם אנזימי חיזור, בעוד שפוטוסינתזה מכילה בקטריוכלורופיל (בחיידקים) ופיקובילין (בציאנובקטריה).

תפקידם של ממברנות חיצוניות במגעים בין-תאיים

נמשיך לענות על השאלה אילו תפקידים ממלאת קרום התא החיצוני, נתעכב על תפקידו בתאי הצמח, בתאי הצמח נוצרות נקבוביות בדפנות קרום התא החיצוני, העוברות אל שכבת התאית. דרכם מתאפשרת יציאת הציטופלזמה של התא החוצה; תעלות דקות כאלה נקראות פלסמודסמטה.

הודות להם, הקשר בין תאי צמחים שכנים הוא חזק מאוד. בתאי אדם ובעלי חיים, אתרי המגע בין קרומי התאים הסמוכים נקראים דסמוזומים. הם אופייניים לתאי אנדותל ואפיתל, ונמצאים גם בקרדיומיוציטים.

תצורות עזר של הפלזמה

כדי להבין כיצד תאים צמחיים שונים מבעלי חיים, זה עוזר לחקור את המאפיינים המבניים של ממברנות הפלזמה שלהם, התלויות באילו פונקציות מבצעת קרום התא החיצוני. מעליו בתאי בעלי חיים שכבה של גליקוקליקס. הוא נוצר על ידי מולקולות פוליסכרידים הקשורות לחלבונים ולשומנים של קרום התא החיצוני. הודות ל-glycocalyx, הידבקות (הידבקות) מתרחשת בין תאים, המובילה להיווצרות רקמות, ולכן היא לוקחת חלק בפונקציית האיתות של הפלזמה - זיהוי גירויים סביבתיים.

איך ההובלה הפסיבית של חומרים מסוימים על פני ממברנות התא

כפי שהוזכר קודם לכן, קרום התא החיצוני מעורב בתהליך הובלת חומרים בין התא לסביבה החיצונית. ישנם שני סוגים של הובלה דרך הפלזמלמה: פסיבי (דיפוזיה) והובלה אקטיבית. הראשון כולל דיפוזיה, דיפוזיה קלה ואוסמוזה. תנועת החומרים לאורך שיפוע הריכוז תלויה בעיקר במסה ובגודל של המולקולות העוברות דרך קרום התא. לדוגמה, מולקולות קטנות לא קוטביות מתמוססות בקלות בשכבת הליפיד האמצעית של הפלזמה, נעות דרכה ומגיעות לציטופלזמה.

מולקולות גדולות של חומרים אורגניים חודרות לתוך הציטופלזמה בעזרת חלבוני נשא מיוחדים. הם ספציפיים למין וכאשר הם משולבים עם חלקיק או יון, מעבירים אותם באופן פסיבי על פני הממברנה לאורך שיפוע ריכוז (הובלה פסיבית) מבלי להוציא אנרגיה. תהליך זה עומד בבסיס תכונה כזו של הפלזמה, כמו חדירות סלקטיבית. בתהליך לא נעשה שימוש באנרגיה של מולקולות ATP, והתא שומר אותה לתגובות מטבוליות אחרות.

הובלה פעילה של תרכובות כימיות על פני הפלזמה

מאחר וקרום התא החיצוני מבטיח מעבר של מולקולות ויונים מהסביבה החיצונית אל התא ובחזרה, מתאפשר להוציא את תוצרי ההתפכחות, שהם רעלים, אל החוץ, כלומר אל הנוזל הבין-תאי. מתרחש כנגד שיפוע ריכוז ודורש שימוש באנרגיה בצורה של מולקולות ATP. זה כולל גם חלבוני נשא הנקראים ATPases, שהם גם אנזימים.

דוגמה להובלה כזו היא משאבת נתרן-אשלגן (יוני נתרן עוברים מהציטופלזמה לסביבה החיצונית, ויוני אשלגן נשאבים לציטופלזמה). תאי האפיתל של המעי והכליות מסוגלים לכך. זנים של שיטת העברה זו הם תהליכי פינוציטוזיס ופגוציטוזיס. לפיכך, לאחר שלמדנו אילו פונקציות ממלאת קרום התא החיצוני, ניתן לקבוע כי פרוטיסטים הטרוטרופיים, כמו גם תאים של אורגניזמים של בעלי חיים גבוהים יותר, למשל, לויקוציטים, מסוגלים לבצע פינו ופגוציטוזיס.

תהליכים ביו-אלקטריים בממברנות התא

נקבע כי קיים הבדל פוטנציאלי בין המשטח החיצוני של הפלזמהלמה (הוא טעון חיובי) לבין השכבה הפריאטלית של הציטופלזמה, הטעונה שלילי. זה נקרא פוטנציאל המנוחה, והוא טבוע בכל התאים החיים. ולרקמת העצבים יש לא רק פוטנציאל מנוחה, אלא גם מסוגלת להוביל זרמים ביולוגיים חלשים, מה שנקרא תהליך של עירור. הממברנות החיצוניות של תאי עצב-נוירונים, המקבלים גירוי מקולטנים, מתחילים לשנות מטענים: יוני נתרן נכנסים בצורה מאסיבית לתא ומשטח הפלזמה הופך לאלקטרושלילי. והשכבה הפריאטלית של הציטופלזמה, בגלל עודף של קטיונים, מקבלת מטען חיובי. זה מסביר מדוע קרום התא החיצוני של הנוירון נטען מחדש, מה שגורם להולכה של דחפים עצביים העומדים בבסיס תהליך העירור.