Skip to main content
Global

7.1: הממברנה הציטופלזמית

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    208653

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    ציין את ההרכב הכימי והתפקוד העיקרי של הממברנה הציטופלזמית בתאים אוקריוטיים.
  • ציין את זרימת המים נטו כאשר תא ממוקם בסביבה איזוטונית, היפרטונית או היפוטונית וקשר זאת לריכוז המומסים.
  • הגדירו את אמצעי התחבורה הבאים:
    1. דיפוזיה פסיבית
    2. אוסמוזה
    3. תחבורה פעילה
    4. אנדוציטוזה
    5. פגוציטוזיס
    6. פינוציטוזיס
    7. אקסוציטוזה
    • alt
    איור \(\PageIndex{7}\) .1.1: תרשים של ממברנה ציטופלזמית

    בנוסף, הוא מכיל גליקוליפידים וכן שומנים מורכבים הנקראים סטרולים, כמו מולקולות הכולסטרול המצויות בקרומי תאי בעלי חיים, שאינם נמצאים בממברנות פרוקריוטיות (למעט כמה מיקופלזמות). הסטרולים הופכים את הממברנה לחדירה פחות לרוב המולקולות הביולוגיות, עוזרים לייצב את הממברנה, וכנראה מוסיפים קשיחות לממברנות המסייעות ביכולתם של תאים אוקריוטיים חסרי דופן תא להתנגד לתמוגה אוסמוטית. החלבונים והגליקופרוטאינים בממברנה הציטופלזמית מגוונים למדי ומתפקדים כ:

    1. תעלות חלבונים ליצירת נקבוביות להובלה חופשית של מולקולות קטנות ויונים על פני הממברנה
    2. חלבוני נשא להקלה על דיפוזיה והובלה פעילה של מולקולות ויונים על פני הממברנה
    3. חלבוני זיהוי תאים המזהים תא מסוים
    4. חלבוני קולטן הקושרים מולקולות ספציפיות כגון הורמונים וציטוקינים
    5. חלבונים אנזימטיים המזרזים תגובות כימיות ספציפיות.
    altalt
    איור \(\PageIndex{7}\) .1.2: דיפוזיה פסיבית, שלב 1. דיפוזיה פסיבית היא תנועה נטו של גזים או מולקולות קוטביות קטנות ללא מטען על פני קרום דו שכבתי פוספוליפיד מאזור בריכוז גבוה יותר לאזור בריכוז נמוך יותר. דוגמאות לגזים החוצים ממברנות על ידי דיפוזיה פסיבית כוללות N 2, O 2 ו- CO 2; דוגמאות למולקולות קוטביות קטנות כוללות אתנול, H 2 O ואוריאה.

    לכל המולקולות והאטומים יש אנרגיה קינטית (אנרגיית תנועה). אם המולקולות או האטומים אינם מפוזרים באופן שווה משני צידי הממברנה, ההבדל בריכוזם יוצר שיפוע ריכוז המייצג צורה של אנרגיה פוטנציאלית (אנרגיה מאוחסנת). התנועה נטו של חלקיקים אלה תהיה אפוא במורד שיפוע הריכוז שלהם - מאזור הריכוז הגבוה יותר לאזור הריכוז הנמוך יותר. דיפוזיה מופעלת על ידי האנרגיה הפוטנציאלית של שיפוע ריכוז ואינה דורשת הוצאה של אנרגיה מטבולית.

     
     
    altalt
    איור \(\PageIndex{7}\) .1.3: אוסמוזה. מים חופשיים העוברים דרך נקבוביות הממברנה. (משמאל) כאשר מומס כגון סוכר מתמוסס במים, הוא יוצר קשרי מימן חלשים עם מולקולות מים. בעוד שמולקולות מים חופשיות ובלתי מאוגדות קטנות מספיק כדי לעבור דרך נקבוביות הממברנה, מולקולות מים הקשורות למומס אינן. (מימין) כאשר מומס יוני כגון NaCl מתמוסס במים, יון Na + מושך את המטען השלילי החלקי של אטום החמצן במולקולת המים בעוד יון Cl מושך את המטען החיובי החלקי של המימן של הוורטר. בעוד שמולקולות מים חופשיות ובלתי מאוגדות קטנות מספיק כדי לעבור דרך נקבוביות הממברנה, מולקולות מים הקשורות למומס אינן.

    תא יכול למצוא את עצמו באחת משלוש סביבות: איזוטוני, היפרטוני או היפוטוני. (הקידומות iso-, היפר- והיפו מתייחסות לריכוז המומסים).

    • בסביבה איזוטונית (איור \(\PageIndex{5}\) A), גם ריכוז המים וגם המומסים זהים בתוך התא ומחוצה לו ומים נכנסים ויוצאים מהתא בקצב שווה.
     
     
    • אם הסביבה היפרטונית (איור \(\PageIndex{5}\) B), ריכוז המים גדול יותר בתוך התא בעוד שריכוז המומסים גבוה יותר בחוץ (פנים התא היפוטוני לסביבה ההיפרטונית שמסביב). מים יוצאים מהתא.
     
     
    • בסביבה היפוטונית (איור \(\PageIndex{5}\) C), ריכוז המים גדול יותר מחוץ לתא וריכוז המומסים גבוה יותר בפנים (פנים התא היפרטוני לסביבה ההיפוטונית). מים נכנסים לתא.
     
     

    הובלת חומרים על פני הממברנה על ידי חלבוני הובלה (נשא)

    עבור רוב החומרים שתא זקוק למטבוליזם כדי לחצות את הממברנה הציטופלזמית, נדרשים חלבוני הובלה ספציפיים (חלבוני נשא). חלבוני הובלה מאפשרים לתאים לצבור חומרים מזינים אפילו מסביבה נדירה. דוגמאות לחלבוני תחבורה כוללות חלבוני תעלה, יוניפורטרים, סימפורטרים, אנטי-פורטרים והמשאבות המונעות על ידי ATP. חלבונים אלה מעבירים מולקולות ספציפיות, קבוצות קשורות של מולקולות או יונים על פני ממברנות באמצעות דיפוזיה קלה או הובלה פעילה.

    דיפוזיה קלה היא הובלת חומרים על פני ממברנה על ידי חלבוני הובלה, כגון יוניפורטרים וחלבוני תעלה, לאורך שיפוע ריכוז מאזור בריכוז גבוה יותר לריכוז נמוך יותר. דיפוזיה קלה מופעלת על ידי האנרגיה הפוטנציאלית של שיפוע ריכוז ואינה דורשת הוצאה של אנרגיה מטבולית.

    1. Uniporter: Uniporters הם חלבוני הובלה המעבירים חומר מצד אחד של הממברנה לצד השני (איור \(\PageIndex{6}\) A1 ואיור \(\PageIndex{6}\)A2). חומצות אמינו, סוכרים, נוקלאוזידים ומולקולות קטנות אחרות יכולות להיות מועברות דרך ממברנות אוקריוטיות על ידי יוניפורטרים שונים.

     
     

    2. חלבוני התעלה מעבירים מים או יונים מסוימים במורד שיפוע ריכוז, במקרה של מים, או שיפוע פוטנציאלי חשמלי במקרה של יונים מסוימים, מאזור בריכוז גבוה יותר לריכוז נמוך יותר (איור \(\PageIndex{6}\) B). בעוד שמולקולות מים יכולות לחצות ישירות את הממברנה על ידי דיפוזיה פסיבית, כפי שהוזכר לעיל, ניתן לשפר את הובלתם על ידי חלבוני תעלה הנקראים אקוופורינים.

     
     

    הובלה פעילה היא תהליך שבו התא משתמש הן בחלבוני הובלה והן באנרגיה מטבולית כדי להעביר חומרים על פני הממברנה כנגד שיפוע הריכוז. באופן זה, הובלה פעילה מאפשרת לתאים לצבור חומרים נחוצים גם כאשר הריכוז נמוך יותר בחוץ. האנרגיה מסופקת על ידי כוח מניע פרוטון, הידרוליזה של ATP, או על ידי הפרש הפוטנציאל החשמלי (מתח) על פני הממברנה.

    כוח המניע של פרוטון הוא שיפוע אנרגיה הנובע מיוני מימן (פרוטונים) הנעים על פני הממברנה מריכוז יוני מימן גדול יותר עד פחות. ATP היא צורת תאי האנרגיה הנפוצים ביותר לביצוע עבודה סלולרית. פוטנציאל חשמלי הוא ההבדל במתח על פני הממברנה הציטופלזמית כתוצאה משיפועי ריכוז יונים ותנועה סלקטיבית של יונים על פני ממברנות על ידי משאבות יונים או דרך תעלות יונים.

    סקירה של כוח המניע של פרוטון מיחידה 6
     
    סקירה של ATP מיחידה 6
     

    חלבוני הובלה המעורבים בהובלה פעילה כוללים אנטיפורטרים, סימפטורים, החלבונים של המשאבות המופעלות על ידי ATP.

    אנטי-פורטרים הם חלבוני הובלה המעבירים חומר אחד על פני הממברנה בכיוון אחד, ובמקביל מעבירים חומר שני על פני הממברנה בכיוון ההפוך (איור \(\PageIndex{6}\) C). אנטי-פורטרים משתמשים באנרגיה הפוטנציאלית של שיפועים אלקטרוכימיים מ-Na + או H+ כדי להעביר יונים, גלוקוז וחומצות אמינו כנגד שיפוע הריכוז שלהם (איור E1). \(\PageIndex{6}\)

     
     

    סימפטרים הם חלבוני הובלה המעבירים בו זמנית שני חומרים על פני הממברנה באותו כיוון (איור \(\PageIndex{6}\) D). בדומה לאנטי-פורטרים, הסימפורטרים משתמשים באנרגיה הפוטנציאלית של שיפועים אלקטרוכימיים מ-Na + או H+ כדי להעביר יונים, גלוקוז וחומצות אמינו כנגד שיפוע הריכוז שלהם (איור E2). \(\PageIndex{6}\)

     
     

    משאבות המונעות על ידי ATP מחברות את האנרגיה המשתחררת מההידרוליזה של ATP עם הובלת חומרים על פני הממברנה הציטופלזמית. משאבות המונעות על ידי ATP משמשות להובלת יונים כגון Na +, Ca 2+, K + ו-H+על פני ממברנות כנגד שיפוע הריכוז שלהן.

    דוגמה להובלה פעילה באמצעות משאבה המונעת על ידי ATP היא משאבת הנתרן-אשלגן המצויה בתאי בעלי חיים. שלושה יוני נתרן מתוך התא נקשרים תחילה לחלבון ההובלה (איור \(\PageIndex{10}\) A). לאחר מכן מועברת קבוצת פוספט מ-ATP לחלבון ההובלה וגורמת לו לשנות צורה (איור \(\PageIndex{10}\) B) ולשחרר את יוני הנתרן מחוץ לתא (איור \(\PageIndex{10}\) C). שני יוני אשלגן מחוץ לתא נקשרים לאחר מכן לחלבון ההובלה (איור \(\PageIndex{10}\) D) וככל שהפוספט מוסר, החלבון מקבל את צורתו המקורית ומשחרר את יוני האשלגן בתוך התא (איור \(\PageIndex{10}\) E).

     
     
     
     

    אנדוציטוזיס

    phagocyt.gif
    איור \(\PageIndex{7}\) .1.1: אקסוציטוזיס. במהלך אקסוציטוזיס, תא משחרר מוצרי פסולת או מוצרי הפרשה ספציפיים על ידי מיזוג של שלפוחית עם הממברנה הציטופלזמית.
    מפת קונספט למבנה התא האוקריוטי

    סיכום

    הממברנה הציטופלסמית (הנקראת גם פלזמה או קרום התא) של תאים אוקריוטים היא דו שכבה פוספוליפידית נוזלית המוטמעת בחלבונים וגליקופרוטאינים. הוא מכיל גליקוליפידים כמו גם שומנים מורכבים הנקראים סטרולים. הממברנה הציטופלזמית היא קרום חדיר למחצה הקובע מה נכנס ויוצא מהתא. חומרים עשויים לחצות את הממברנה הציטופלזמית של תאים אוקריוטים על ידי דיפוזיה פשוטה, אוסמוזה, הובלה פסיבית, הובלה פעילה, אנדוציטוזה ואקסוציטוזיס.