غشای سلولی

ساختمان غشاء سلولی از دو لایه چربی به ضخامت 7 تا 10 نانومتر تشکیل شده که محدوده داخل و خارج سلول را از هم جدا میکند و با داشتن خاصیت تفوذ پذیری انتخابی، مبادله مواد بین سلول و محیط اطرافش را کنترل می نماید.

غشا از دو لایه لیپیدی ساخته شده که در بین این دو لایه مولکول های پروتئینی بطور پراکنده وارد شده‌اند. علاوه بر این پروتئینهای غشایی پروتئینهای دیگری که از نوع پروتئینهای حاشیه‌ای هستند، در غشای دو لایه و اغلب روی سطح داخلی قرار می‌گیرد. بنابراین غشاء دارای ساختمانی نامتقارن است. بخشی از عدم تقارن غشا مربوط به زنجیره‌های الیگوساکاریدی می‌باشد که تنها به سطح خارجی غشا چسبیده‌اند. به طور کلی غشاء از مولکول های چربی، پروتئین و قند ساخته شده است.

لیپیدهای غشاء

لیپیدها یا چربی های  غشایی شامل فسفولیپیدها (فسفوگلیسرید و اسفنگولیپید) و کلسترول می‌باشد.  فسفولیپیدها مولکولهایی هستند که از یک قسمت سر مانند (مولکول گلیسرول و گروه فسفات) و یک دنباله متصل به آن (زنجیره های هیدروکربنی)  تشکیل شده‌اند.  قسمت سری که به سر قطبی Polar head نیز موسوم است، حاوی گروه فسفات بوده و آب دوست Hydropgilic می‌باشد قسمت دنباله از دو زنجیره اسید چرب تشکیل شده و آب گریز Hydrophobic می‌باشد. دنباله غیر قطبی، Non polartail  نیز نامیده می‌شود.

فسفولیپیدها در این ساختمان دولایه به ترتیبی است که قطبهای هیدروفیل آنها در سطح داخلی و خارج سیتوپلاسم و دنباله‌های هیدروفوب آنها در مرکز قرار گرفته است و همین امر باعث سه لایه دیده شدن غشاء با میکروسکوب الکترونی می‌گردد. لایه خارجی به ویژه دارای لسیتین و اسفنگو میلین است. در حالی که لایه داخلی بیشتر از فسفاتیدیل اتانول آمین و فسفاتیدیل سرین تشکیل شده است. به طور کلی لیپید های غشایی نسبت به دما و الکتریسته عایق هستند.  از ویژگی های دیگر غشاء این که مواد محلول در چربی بهتر از مواد محلول در آب از آن گذر می کنند و بنا بر این فرض را بر این میگذارند که غشاء زیر بنای لیپیدی دارد. از دیگر لیپیدهای غشایی، کلسترول می‌باشد که در حد فاصل اسیدهای چرب قرار گرفته است. میزان سیالیت غشاء بستگی به میزان کلسترول آن دارد.  

هرچه کلسترول بیشتر باشد، سیالیت غشاء نیز بیشتر خواهد بود. کلسترول در لایه خارجی غشاء بیشتر است. در غشاء باکتری ها، کلسترول و اسید های چرب غیر اشباع وجود ندارد. در نتیجه غشاء باکتری ها به حرارت خیلی حساس است و به ویژه در دمای پایین خیلی سریع منجمد می شود. لیپید های غشاء میتوانند با مولکول های قندی ترکیب شده و ترکیب گلیکو لیپیدی را درست کنند.

پروتئینهای غشاء

پروتئین ها ترکیب اصلی بیشتر غشاهای سلولی هستند. این پروتین ها  که در اکثر غشاها بیش از 50 درصد وزن آن را تشکیل می‌دهند، نه تنها در ساختمان غشاء دخالت دارند، بلکه به عنوان ناقل در هدایت و انتقال مواد کاربری دارند و دارای فعالیت آنزیمی می باشند.  بسیاری از این پروتئین ها نقش آنتی ژنی و مولکول های گیرنده سطح سلولی را بازی میکنند. این پروتئینها به دو صورت محیطی (percpheral) و سراسری یا داخلی (Integral protein)  دیده می‌شوند و انواع آنها در ارگانلها و سلولهای مختلف می‌تواند متفاوت باشد.

پروتئینهای محیطی:  در سطح غشاء قرار دارند و بسیاری از آنها دارای فعالیت آنزیمی می‌باشند.

پروتئینهای انتگرال: پروتئینهای درشت مولکولی هستند که مستقیما در داخل لیپید دو لایه قرار گرفته‌اند. اندازه این پروتئینها به حدی است که سراسر ضخامت لیپید دولایه را طی می‌کنند و در هر دو سطح غشا نمایان هستند و یا اینکه تا حدی در ضخامت لیپید دو لایه فرو رفته‌اند و فقط در سطح داخلی یا خارجی غشا نمایان می‌باشند. از آنجا که مواد محلول در آب قادر به عبور از لیپید دولایه نمی‌باشند عقیده بر این است که پروتئینهای سراسری به عنوان کانالهایی برای مبادله مواد محلول در آب از قبیل یونها عمل می‌کنند.

پروتئین های غشاء در ترکیب با مولکولهای قندی، ساختارهای گلیکو پروتئینی را میسازند.

کربوهیدراتهای غشاء

کربوهیدراتهای غشاء از نوع الیگوساکاریدها می‌باشند. الیگوساکاریدها به کربوهیدراتهای متشکل از چند واحد قندی اطلاق می‌گردد. الیگوساکاریدها بیشتر در سطح خارجی غشاء و متصل با پروتئینها و لیپیدها یعنی به صورت گلیکوپروتئین و گلیکولیپید دیده می‌شوند.  ترکیبات فوق هم دارای خاصیت آنتی ژنیک می‌باشند و هم به عنوان رسپتور (گیرنده) در سطح سلول عمل می‌کنند.  وجود گیرنده ها در سطح سلول باعث می‌شود که مواد معینی بتوانند وارد سلول شوند و یا سلول نسبت به هورمون معینی که رسپتور آن را دارد عکس‌العمل نشان دهد. این مولکلول ها همچنین دریافت کننده سیگنال ها و پیام های محیطی هستند که از سایر سلول ها ارسال میگردد.

عملکرد زیستی غشاء سیتوپلاسمی

پلاسمالم یا غشاء سلولی یا غشاء سیتوپلاسمی، حد واسط و مرز بین محیط خارج و داخل سلول است. این ساختار به عنوان نگهدارنده ترکیبات درونی سلول و جایگاه اصلی تبادل مواد بین محیط بیرون و درون است. غشاء در موارد بسیاری تمایز پیدا کرده و ساختارهای ویژه ای از جمله میکروویلی ها و اتصالات سلولی را به وجود می آورد. غشاء همچنین ضمن انجام فعالیت هایی مثل آندوسیتوز، می تواند خاستگاه بخش غشاء درونی نیز باشد.

سیستمهای انتقال از غشاء

انتشار

انتقال مواد از خلال یک پرده نیمه تراوا را انتشار می نامند. انتشار به طور معمول شامل مولکول های کوچکی می شود که می توانند از بین دو لایه چربی غشاء عبور کرده، داخل یا خارج شوند.

مبادله مواد محلول در چربی، آب، گاز اکسیژن و دی‌اکسید کربن بین سلول و محیط اطراف از راه انتشار مواد از غشاء صورت میگیرد. در صورتی که انتشار مواد با اتصال به مولکولهای دیگر تسریع گردد آن را انتشار تسهیل شده می‌نامند.  چون انتشار تسهیل شده با دخالت پروتئینهای انتگرال صورت می‌گیرد، پروتئینهای عامل در این امر را حامل (Porter) یا انتقال دهنده گویند.

انتقال فعال  Active transport

نقل و انتقال الکترولیتها ()  بین سلول و محیط اطراف آن اگر بر خلاف شیب غلظت و با صرف انرژی انجام گیرد، انتقال فعال نامیده میشود.           در انتقال فعال، مواد از محیط با تراکم کمتر و ضمن صرف انرژی به محیط با تراکم بیشتر منتقل می شوند. غیر از الکترولیت ها انتقال فعال را در مورد سایر مولکول های زیستی از جمله گلوکز هم میتوان مثال زد.

آندوسیتوز   Endocytosis

آندوسیتوز عبارت است از نوعی بلع سلولی. به این ترتیب که مواد ضمن برقرار کردن ارتباط با رسپتور های سطح غشاء، آن را وادار به ایجاد پای کاذب کرده و مواد به صورت محصور در حفره ای وارد سلول می شوند. آندوسیتوز انواع مختلفی دارد.

پینوسیتوز: در این روش که به آشامیدن سلول نیز موسوم است ابتدا مایعات و مواد محلول و بسیار ریز به رسپتورهای غیر اختصاصی سطح سلول متصل می‌شوند. سپس غشاء در آن ناحیه فرو رفته شده و به تدریج با بیشتر شدن فرورفتگی و بهم چسبیدن لبه‌های آن قسمت فرو رفته، به صورت وزیکول در آمده و از غشاء سلول جدا شده و در سیتوپلاسم رها می‌گردد. این وزیکول ممکن است به لیزوزوم پیوسته و تحت تاثیر آنزیمهای آن قرار گیرد و یا به عنوان حامل عمل کرده و پس از طی بخش داخلی سلول و پیوستن به غشاء مقابل محتویات خود را از سلول عبور می‌دهند. عبور مواد از دیواره مویرگها نمونه‌ای از این روش می‌باشد.

آندوسیتوز با واسطه رسپتور: این روش که بویژه برای ورود موادی معین درون سلولهایی معین مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیازمند اتصال ماده با رسپتور اختصاصی مربوطه‌اش در سطح سلول می‌باشد.  برخی از هورمونها و برخی ویروسها به این طریق وارد سلول می‌شوند.

فاگوسیتوز: فاگوسیتوز یار ریزه خواری در مقایسه با آندوسیتوز با واسطه رسپتور، روشی غیر اختصاصی است. سلولهای معینی مانند ماکروفاژها با استفاده از این روش، باکتریها و قارچهای وارد شده به بدن و یا حتی سلولهای آسیب دیده و فرسوده را فاگوسیتوز می‌کنند. در مقام مقایسه می توان گفت: آندوسیتوز مایعات را پینوسیتوز، و آندوسیتوز سلول ها و مواد جامد را فاگوسیتوز می نامند.

اگزوسیتوز   Exocytosis

برعکس آندرسیتوز در عمل اگزوسیتوز مواد از محیط داخل سلول به خارج از سلول انتقال می‌یابند. این مواد که شامل ذرات ترشحی ساخته شده در سلول و یا مواد باقیمانده حاصل از تجزیه لیزوزوم می‌باشند، به صورت وزیکول ترشحی یا دفعی دیده می‌شوند.  پس از چسبیدن وزیکول ترشحی یا دفعی به غشاء سلول، غشاء در محل چسبیدگی از بین می‌رود و به این طریق محتویات وزیکول به خارج از سلول تخلیه می‌گردد.

وظایف غشای سلولی

حفظ شکل مشخص سلول و جلوگیری از خروج محتویات آن. این عمل برای پرده‌ای که فقط 75 آنگستروم ضخامت دارد بسیار عجیب و ناباورانه است. اگر غشاء سلولی در محلی پاره شود، سیتوپلاسم از آن محل خارج می‌شود و سلول می‌میرد.

جلوگیری از خروج مواد لازم برای سلول و وارد کردن موادی که سلول لازم دارد. این غشاء مانند یک نگهبان جلوی عبور مواد ممنوع الخروج یا ممنوع الورود را می‌گیرد و تنها آنهایی را که لازم است، وارد سلول می‌کند.  موادی که وارد سلول می‌شوند دو گروه هستند: یک گروه بطور عادی وارد سلول می‌شوند، بعنی از آنها که مقدار آنها در خارج سلول بیشتر است، به داخل آن منتشر می‌شوند. گروه دیگر نحوه ورودشان بسیار جالب است. زیرا ممکن است مقدار آنها در داخل سلول چندین برابر بیرون باشد و ظاهراً باید از آن خارج شوند، ولی در جدار غشای سلولی موادی وجود دارد که آنها را به داخل می‌برد. این مواد شیمیایی، به موادی که باید به داخل سلول برده شود می‌چسبند و سپس همراه آنها از غشای سلولی عبور می‌کنند،ولی قبل از رسیدن به سیتوپلاسم، ماده مزبور را رها کرده و آن را با فشار وارد سیتوپلاسم می‌کنند و دوباره برای آورن ماده جدید به طرف خارج غشاء می‌روند.  مواد شیمیایی دیگری نیز وجود دارند که همین عمل را در مورد خارج کردن موادی که سلول لازم ندارند، انجام می‌دهند.

ویژگی های غشاء

نرم و انعطاف پذیر است. غشاء همانند لایه ای است که در برابر فشار مقاومت نمیکند و به راحتی شکل پذیر می باشد. بویژه این شکل پذیری را میتوان در حرکاتی از سلول مثل ایجاد پای کاذب مشاهده کرد.

دومین ویژگی مهم غشاء سلول دارا بودن خاصیت نفوذ پذیری انتخابی است. هیجان انگیز است که غشاء میتواند در آن واحد مواد درشتی را از خود عبور دهد و در همان لحضه از عبور مواد بسیار کوچکتر جلوگیری به عمل آورد.

اتصالات سلولی

به منظور تشکیل بافت و اندام، برقراری تماس و تبادل اطلاعات بین سلول ها و انتقال سریعتر و راحت تر مواد لازم است که سلول های مجاور به شکلی با هم متصل و مرتبط باشند. برای مثال سلول های پوششی به محکمی به یکدیگر متصل شده اند به طوری که مثلاً پوست انسان کاملاً نفوذ ناپذیر شده است.

انواع گوناگونی  از اتصالات سلولی وجود دارند که می توان به موارد زیر اشاره داشت.

1- اتصال نفوذ ناپذیر: که مهمترین نوع اتصال هستند و به نام اتصال محکم هم نامیده می شوند. در این نوع اتصال پروتئین های عرضی وجود دارند که مثل میخ دو سلول را به هم متصل میکند.

2- اتصال چسبنده: از جمله دسموزوم ها گستردگی زیادی در بافت ها دارند، و در بافت هایی یافت میشوند که سلول های آن مانند یک واحد فیزیولوژیک نقش خود را به انجام می رسانند. این نوع اتصال را میتوان در بافت هایی مثل قلب هم مشاهده کرد که نمایانگر میزان استحام آن می باشد.

3- اتصال ارتباطی: که شامل دو نوع اتصال باز یا نکسوس و اتصال سیناپسی می باشد. این اتصال بیشتر در سلول های کبد، لوزالمعده و عضلات صاف دیده میشود.

cell membrane
 

A cell membrane is any membrane found in a living cell. However, unless otherwise specified (see below), it normally refers to the plasma membrane that surrounds the cytoplasm of a cell and forms the cell boundary.

The cell membrane consists of a lipid bilayer with embedded proteins. Depending on the membrane's location and role in the body, lipids can make up anywhere from 20 to 80 percent of the membrane, with the remainder being proteins. Lipids generally give membranes their flexibility. Cholesterol is a type of lipid that, by contrast, helps stiffen the membrane of animal cells but is not found in plant cells.

The cell membrane regulates what enters and leaves the cell, maintains the correct intracellular pH level, and provides a means of separating charges so that the cell can, for example, generate the energy-carrying molecule adenosine triphosphate. Proteins transmit chemical messages into the cell, and they also monitor and maintain the cell's chemical climate. On the outside of cell membranes, attached to some of the proteins and lipids, are chains of sugar molecules that help each cell type do its job.

The cell membrane is both a physical and chemical barrier which defines the boundary between the individual and its environment. Its origin is intimately connected with the origin of life as we know it.


Other cell membranes

Other membranes found inside cells include the nuclear envelope, which surrounds the cell nucleus, the tonoplast, which encloses the vacuole of plant cells, and the membranes of the various cell organelles, such as the mitochondria, endoplasmic reticulum, lysosomes, and chloroplasts