Η επιφανειακή συσκευή του κυττάρου είναι ένα καθολικό υποσύστημα. Καθορίζουν τα όρια μεταξύ του εξωτερικού περιβάλλοντος και του κυτταροπλάσματος. Το PAC παρέχει ρύθμιση της αλληλεπίδρασής τους. Ας εξετάσουμε περαιτέρω τα χαρακτηριστικά της δομικής και λειτουργικής οργάνωσης της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου.
Στοιχεία
Τα ακόλουθα συστατικά της επιφανειακής συσκευής των ευκαρυωτικών κυττάρων διακρίνονται: τα σύμπλοκα μεμβράνης πλάσματος, υπερμεμβράνης και υπομεμβράνης. Το πρώτο παρουσιάζεται με τη μορφή ενός σφαιρικά κλειστού στοιχείου. Το πλάσμα θεωρείται η βάση της επιφανειακής κυτταρικής συσκευής. Το σύμπλεγμα της επιμεμβράνης (ονομάζεται επίσης γλυκοκάλυκα) είναι ένα εξωτερικό στοιχείο που βρίσκεται πάνω από την πλασματική μεμβράνη. Περιέχει διάφορα συστατικά. Συγκεκριμένα, αυτά περιλαμβάνουν:
- Υδατάνθρακες μέρη γλυκοπρωτεϊνών και γλυκολιπιδίων.
- Περιφερικές πρωτεΐνες μεμβράνης.
- Ειδικοί υδατάνθρακες.
- Ημιολοκληρωμένες και ενσωματωμένες πρωτεΐνες.
Το σύμπλοκο της υπομεμβράνης βρίσκεται κάτω από το πλάσμα. Περιέχει το μυοσκελετικό σύστημα και το περιφερικό υαλόπλασμα.
Στοιχεία της υπομεμβράνηςσύμπλεγμα
Λαμβάνοντας υπόψη τη δομή της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου, θα πρέπει να σταθούμε χωριστά στο περιφερειακό υαλόπλασμα. Είναι ένα εξειδικευμένο κυτταροπλασματικό τμήμα και βρίσκεται πάνω από την πλασματική μεμβράνη. Το περιφερειακό υαλόπλασμα παρουσιάζεται ως μια εξαιρετικά διαφοροποιημένη υγρή ετερογενής ουσία. Περιέχει μια ποικιλία στοιχείων υψηλού και χαμηλού μοριακού βάρους σε διάλυμα. Στην πραγματικότητα, είναι ένα μικροπεριβάλλον στο οποίο λαμβάνουν χώρα ειδικές και γενικές μεταβολικές διεργασίες. Το περιφερικό υαλόπλασμα εκτελεί πολλές λειτουργίες της επιφανειακής συσκευής.
Μυοσκελετικό σύστημα
Βρίσκεται στο περιφερικό υαλόπλασμα. Στο μυοσκελετικό σύστημα, υπάρχουν:
- Μικροϊνίδια.
- Σκελετικά ινίδια (ενδιάμεσο νήμα).
- Μικροσωληνίσκοι.
Τα μικροϊνίδια είναι νηματοειδείς δομές. Τα σκελετικά ινίδια σχηματίζονται λόγω του πολυμερισμού ενός αριθμού πρωτεϊνικών μορίων. Ο αριθμός και το μήκος τους ρυθμίζεται με ειδικούς μηχανισμούς. Όταν αλλάζουν, εμφανίζονται ανωμαλίες στις κυτταρικές λειτουργίες. Οι μικροσωληνίσκοι είναι οι πιο απομακρυσμένοι από το πλάσμα. Τα τοιχώματά τους σχηματίζονται από πρωτεΐνες τουμπουλίνης.
Δομή και λειτουργίες της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου
Ο μεταβολισμός πραγματοποιείται λόγω της παρουσίας μηχανισμών μεταφοράς. Η δομή της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου παρέχει την ικανότητα να διεξάγεται η κίνηση των ενώσεων με διάφορους τρόπους. Ειδικότερα, οι παρακάτω τύποιμεταφορά:
- Απλή διάχυση.
- Παθητική μεταφορά.
- Ενεργή κίνηση.
- Κυττάρωση (εναλλαγή γεμάτη μεμβράνη).
Εκτός από τη μεταφορά, λειτουργίες της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου όπως:
- Φραγμός (οριοθέτηση).
- Receptor.
- Αναγνώριση.
- Η λειτουργία της κυτταρικής κίνησης μέσω του σχηματισμού φιλο-, ψευδο- και λαμελοπόδων.
Ελεύθερη μετακίνηση
Απλή διάχυση μέσω της επιφανειακής συσκευής της κυψέλης πραγματοποιείται αποκλειστικά με την παρουσία ηλεκτρικής κλίσης και στις δύο πλευρές της μεμβράνης. Το μέγεθός του καθορίζει την ταχύτητα και την κατεύθυνση της κίνησης. Το διλιπιδικό στρώμα μπορεί να περάσει οποιαδήποτε μόρια υδρόφοβου τύπου. Ωστόσο, τα περισσότερα από τα βιολογικά ενεργά στοιχεία είναι υδρόφιλα. Κατά συνέπεια, η ελεύθερη μετακίνησή τους είναι δύσκολη.
Παθητική μεταφορά
Αυτός ο τύπος σύνθετης κίνησης ονομάζεται επίσης διευκολυνόμενη διάχυση. Διενεργείται επίσης μέσω της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου παρουσία βαθμίδωσης και χωρίς κατανάλωση ATP. Η παθητική μεταφορά είναι ταχύτερη από τη δωρεάν μεταφορά. Στη διαδικασία αύξησης της διαφοράς συγκέντρωσης στην κλίση, έρχεται μια στιγμή κατά την οποία η ταχύτητα κίνησης γίνεται σταθερή.
Carriers
Η μεταφορά μέσω της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου παρέχεται από ειδικά μόρια. Με τη βοήθεια αυτών των φορέων, μεγάλα μόρια υδρόφιλου τύπου (ιδιαίτερα αμινοξέα) περνούν κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης. ΕπιφάνειαΗ συσκευή ευκαρυωτικών κυττάρων περιλαμβάνει παθητικούς φορείς για διάφορα ιόντα: K+, Na+, Ca+, Cl-, HCO3-. Αυτά τα ειδικά μόρια χαρακτηρίζονται από υψηλή επιλεκτικότητα για τα μεταφερόμενα στοιχεία. Επιπλέον, σημαντική ιδιότητά τους είναι η υψηλή ταχύτητα κίνησης. Μπορεί να φτάσει τα 104 ή περισσότερα μόρια ανά δευτερόλεπτο.
Ενεργή μεταφορά
Χαρακτηρίζεται από κινούμενα στοιχεία σε κλίση. Τα μόρια μεταφέρονται από μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης σε περιοχές υψηλότερης συγκέντρωσης. Μια τέτοια κίνηση συνεπάγεται ένα ορισμένο κόστος ATP. Για την υλοποίηση της ενεργητικής μεταφοράς, στη δομή της επιφανειακής συσκευής του ζωικού κυττάρου περιλαμβάνονται ειδικοί φορείς. Ονομάζονταν «αντλίες» ή «αντλίες». Πολλοί από αυτούς τους φορείς διακρίνονται από τη δράση τους ΑΤΡάσης. Αυτό σημαίνει ότι είναι σε θέση να διασπάσουν την τριφωσφορική αδενοσίνη και να εξάγουν ενέργεια για τις δραστηριότητές τους. Η ενεργή μεταφορά δημιουργεί βαθμίδες ιόντων.
Κυττάρωση
Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται για τη μετακίνηση σωματιδίων διαφορετικών ουσιών ή μεγάλων μορίων. Στη διαδικασία της κυττάρωσης, το μεταφερόμενο στοιχείο περιβάλλεται από ένα κυστίδιο μεμβράνης. Εάν η κίνηση πραγματοποιείται μέσα στο κύτταρο, τότε ονομάζεται ενδοκυττάρωση. Κατά συνέπεια, η αντίστροφη κατεύθυνση ονομάζεται εξωκυττάρωση. Σε ορισμένα κελιά, τα στοιχεία περνούν. Αυτός ο τύπος μεταφοράς ονομάζεται διακυττάρωση ή διακύτωση.
Plasmolemma
Η δομή της επιφανειακής συσκευής του κυττάρου περιλαμβάνει το πλάσμαμια μεμβράνη που σχηματίζεται κυρίως από λιπίδια και πρωτεΐνες σε αναλογία περίπου 1:1. Το πρώτο «μοντέλο σάντουιτς» αυτού του στοιχείου προτάθηκε το 1935. Σύμφωνα με τη θεωρία, η βάση του πλασμολήμματος σχηματίζεται από μόρια λιπιδίων στοιβαγμένα σε δύο στρώματα (διλιπιδικό στρώμα). Γυρίζουν τις ουρές τους (υδρόφοβες περιοχές) μεταξύ τους και προς τα έξω και προς τα μέσα - υδρόφιλα κεφάλια. Αυτές οι επιφάνειες του διλιπιδικού στρώματος καλύπτονται με μόρια πρωτεΐνης. Αυτό το μοντέλο επιβεβαιώθηκε τη δεκαετία του 1950 από υπερδομικές μελέτες που πραγματοποιήθηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Συγκεκριμένα, βρέθηκε ότι η επιφανειακή συσκευή ενός ζωικού κυττάρου περιέχει μια μεμβράνη τριών στρωμάτων. Το πάχος του είναι 7,5-11 nm. Έχει ένα μεσαίο φωτεινό και δύο σκούρα περιφερειακά στρώματα. Το πρώτο αντιστοιχεί στην υδρόφοβη περιοχή των μορίων λιπιδίων. Οι σκοτεινές περιοχές, με τη σειρά τους, είναι συνεχή επιφανειακά στρώματα πρωτεϊνών και υδρόφιλων κεφαλών.
Άλλες θεωρίες
Διάφορες μελέτες ηλεκτρονικής μικροσκοπίας που πραγματοποιήθηκαν στα τέλη της δεκαετίας του '50 - στις αρχές της δεκαετίας του '60. επεσήμανε την καθολικότητα της οργάνωσης τριών στρωμάτων των μεμβρανών. Αυτό αντανακλάται στη θεωρία του J. Robertson. Εν τω μεταξύ, στα τέλη της δεκαετίας του 1960 έχουν συσσωρευτεί αρκετά στοιχεία που δεν έχουν εξηγηθεί από τη σκοπιά του υπάρχοντος «μοντέλου σάντουιτς». Αυτό έδωσε ώθηση στην ανάπτυξη νέων σχημάτων, συμπεριλαμβανομένων μοντέλων που βασίζονται στην παρουσία υδρόφοβων-υδρόφιλων δεσμών μεταξύ μορίων πρωτεΐνης και λιπιδίων. Αναμεταξύένα από αυτά ήταν η θεωρία του «λιποπρωτεϊνικού χαλιού». Σύμφωνα με αυτό, η μεμβράνη περιέχει δύο τύπους πρωτεϊνών: αναπόσπαστο και περιφερειακό. Οι τελευταίες συνδέονται με ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις με πολικές κεφαλές σε μόρια λιπιδίων. Ωστόσο, δεν σχηματίζουν ποτέ ένα συνεχές στρώμα. Οι σφαιρικές πρωτεΐνες παίζουν βασικό ρόλο στο σχηματισμό της μεμβράνης. Είναι μερικώς βυθισμένα σε αυτό και ονομάζονται ημιολοκληρωμένες. Η κίνηση αυτών των πρωτεϊνών πραγματοποιείται στη λιπιδική υγρή φάση. Αυτό εξασφαλίζει την αστάθεια και τον δυναμισμό ολόκληρου του συστήματος μεμβράνης. Επί του παρόντος, αυτό το μοντέλο θεωρείται το πιο κοινό.
Λιπίδια
Τα βασικά φυσικά και χημικά χαρακτηριστικά της μεμβράνης παρέχονται από ένα στρώμα που αντιπροσωπεύεται από στοιχεία - φωσφολιπίδια, που αποτελείται από μια μη πολική (υδρόφοβη) ουρά και μια πολική (υδρόφιλη) κεφαλή. Τα πιο κοινά από αυτά είναι τα φωσφογλυκερίδια και τα σφιγγολιπίδια. Τα τελευταία συγκεντρώνονται κυρίως στην εξωτερική μονοστιβάδα. Συνδέονται με αλυσίδες ολιγοσακχαριτών. Λόγω του γεγονότος ότι οι σύνδεσμοι προεξέχουν πέρα από το εξωτερικό μέρος του πλάσματος, αποκτά ασύμμετρο σχήμα. Τα γλυκολιπίδια παίζουν σημαντικό ρόλο στην υλοποίηση της λειτουργίας υποδοχέα της επιφανειακής συσκευής. Οι περισσότερες μεμβράνες περιέχουν επίσης χοληστερόλη (χοληστερόλη) - ένα στεροειδές λιπίδιο. Η ποσότητα του είναι διαφορετική, γεγονός που καθορίζει σε μεγάλο βαθμό τη ρευστότητα της μεμβράνης. Όσο περισσότερη χοληστερίνη, τόσο μεγαλύτερη είναι. Η στάθμη του υγρού εξαρτάται επίσης από την αναλογία ακόρεστων και κορεσμένων υπολειμμάτων απόλιπαρά οξέα. Όσο περισσότερα από αυτά, τόσο πιο ψηλά είναι. Το υγρό επηρεάζει τη δραστηριότητα των ενζύμων στη μεμβράνη.
Πρωτεΐνες
Τα λιπίδια καθορίζουν κυρίως τις ιδιότητες φραγμού. Οι πρωτεΐνες, αντίθετα, συμβάλλουν στην εκτέλεση βασικών λειτουργιών του κυττάρου. Συγκεκριμένα, μιλάμε για ρυθμιζόμενη μεταφορά ενώσεων, ρύθμιση μεταβολισμού, λήψη κ.λπ. Τα μόρια πρωτεΐνης κατανέμονται στη λιπιδική διπλοστοιβάδα σε ένα μωσαϊκό σχέδιο. Μπορούν να κινηθούν σε βάθος. Αυτή η κίνηση προφανώς ελέγχεται από το ίδιο το κύτταρο. Τα μικρονήματα εμπλέκονται στον μηχανισμό κίνησης. Συνδέονται με μεμονωμένες ενσωματωμένες πρωτεΐνες. Τα στοιχεία της μεμβράνης διαφέρουν ανάλογα με τη θέση τους σε σχέση με το διλιπιδικό στρώμα. Οι πρωτεΐνες, επομένως, μπορεί να είναι περιφερειακές και αναπόσπαστες. Τα πρώτα εντοπίζονται έξω από το στρώμα. Έχουν αδύναμο δεσμό με την επιφάνεια της μεμβράνης. Οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες είναι πλήρως βυθισμένες σε αυτό. Έχουν ισχυρό δεσμό με τα λιπίδια και δεν απελευθερώνονται από τη μεμβράνη χωρίς να καταστρέψουν το διλιπιδικό στρώμα. Οι πρωτεΐνες που το διαπερνούν μέσα και μέσα ονομάζονται διαμεμβρανικές. Η αλληλεπίδραση μεταξύ πρωτεϊνικών μορίων και λιπιδίων διαφορετικής φύσης εξασφαλίζει τη σταθερότητα του πλάσματος.
Γλυκοκάλυξ
Οι λιποπρωτεΐνες έχουν πλευρικές αλυσίδες. Τα μόρια ολιγοσακχαριτών μπορούν να συνδεθούν με τα λιπίδια και να σχηματίσουν γλυκολιπίδια. Τα υδατανθρακικά μέρη τους, μαζί με παρόμοια στοιχεία γλυκοπρωτεϊνών, δίνουν στην επιφάνεια του κυττάρου αρνητικό φορτίο και αποτελούν τη βάση του γλυκοκάλυκα. Αυτόςαντιπροσωπεύεται από ένα χαλαρό στρώμα με μέτρια πυκνότητα ηλεκτρονίων. Ο γλυκοκάλυκας καλύπτει το εξωτερικό τμήμα του πλασμαλήμματος. Οι θέσεις υδατανθράκων του συμβάλλουν στην αναγνώριση των γειτονικών κυττάρων και ουσιών μεταξύ τους, ενώ παρέχει και συγκολλητικούς δεσμούς μαζί τους. Ο γλυκοκάλυκας περιέχει επίσης υποδοχείς ορμονών και ετεροσυμβατότητας, ένζυμα.
Extra
Οι μεμβρανικοί υποδοχείς αντιπροσωπεύονται κυρίως από γλυκοπρωτεΐνες. Έχουν την ικανότητα να δημιουργούν εξαιρετικά συγκεκριμένους δεσμούς με συνδέτες. Οι υποδοχείς που υπάρχουν στη μεμβράνη, επιπλέον, μπορούν να ρυθμίσουν την κίνηση ορισμένων μορίων μέσα στο κύτταρο, τη διαπερατότητα της πλασματικής μεμβράνης. Είναι σε θέση να μετατρέπουν σήματα από το εξωτερικό περιβάλλον σε εσωτερικό, να δεσμεύουν στοιχεία της εξωκυτταρικής μήτρας και του κυτταροσκελετού. Ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι τα ημι-ολοκληρωμένα μόρια πρωτεΐνης περιλαμβάνονται επίσης στον γλυκοκάλυκα. Οι λειτουργικές τους θέσεις βρίσκονται στην υπερμεμβρανική περιοχή της επιφανειακής κυτταρικής συσκευής.
