2.2: Membrane ya Kiini

Mwishoni mwa sehemu hiyo, utaweza:

• Eleza vipengele vya Masi ambavyo hufanya utando wa seli
• Eleza sifa kuu na mali ya membrane ya seli
• Tofautisha kati ya vifaa ambavyo vinaweza na haziwezi kueneza kupitia safu ya lipid
• Linganisha na kulinganisha aina tofauti za usafiri wa passiv na usafiri wa kazi, kutoa mifano ya kila mmoja

Licha ya tofauti katika muundo na kazi, seli zote zilizo hai katika viumbe mbalimbali zina membrane ya seli inayozunguka. Kama safu ya nje ya ngozi yako inatenganisha mwili wako na mazingira yake, utando wa seli (pia unaojulikana kama utando wa plasma) hutenganisha yaliyomo ndani ya seli kutoka mazingira yake ya nje. Mbinu hii ya seli hutoa kizuizi cha kinga karibu na seli na inasimamia vifaa ambavyo vinaweza kuingia au nje.

Muundo na Muundo wa Membrane ya Kiini

Mbinu ya seli ni muundo wa pliable sana linajumuisha hasa ya phospholipids nyuma-kwa-nyuma (“bilayer”). Cholesterol pia iko, ambayo inachangia fluidity ya membrane, na kuna protini mbalimbali zilizoingia ndani ya membrane ambazo zina kazi mbalimbali.

Molekuli moja ya phospholipid ina kundi la phosphate kwenye mwisho mmoja, inayoitwa “kichwa,” na minyororo miwili ya upande mmoja wa asidi ya mafuta ambayo hufanya mikia ya lipid (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Kundi la phosphate, ambalo linajumuisha phosphate na glycerol, linashtakiwa vibaya, na kufanya kichwa cha polar na hydrophilic - au “upendo wa maji.” Molekuli ya hydrophilic (au kanda ya molekuli) ni moja ambayo huvutiwa na maji. Vichwa vya phosphate vinavutiwa na molekuli ya maji ya mazingira ya ziada na ya ndani. Mkia wa lipid, kwa upande mwingine, hauna charged, au nonpolar, na ni hydrophobic—au “kuogopa maji.” Molekuli ya hydrophobic (au kanda ya molekuli) inarudia na inakabiliwa na maji. Baadhi ya mikia ya lipid inajumuisha asidi iliyojaa mafuta, ambayo huunda mkia wa moja kwa moja, na baadhi yana asidi ya mafuta yasiyotokana, ambayo huunda mikia ya kinked. Mchanganyiko huu unaongeza kwa fluidity ya mkia ambayo ni daima katika mwendo. Phospholipids ni hivyo molekuli amphipathic. Molekuli ya amphipathic ni moja ambayo ina eneo la hydrophilic na hydrophobic. Kwa kweli, sabuni hufanya kazi ili kuondoa mafuta na mafuta ya mafuta kwa sababu ina mali ya amphipathic. Sehemu ya hydrophilic inaweza kufuta ndani ya maji wakati sehemu ya hydrophobic inaweza mtego grisi katika micelles ambayo inaweza kuosha.

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Phospholipid Muundo. Molekuli ya phospholipid ina polar phosphate “kichwa”, ambayo ni hydrophilic na isiyo ya polar lipid “mkia”, ambayo ni hydrophobic. Asidi ya mafuta yasiyotokana na mafuta husababisha kinks katika mikia ya hydrophobic. (Image mikopo: “Phospholipid Muundo” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Mbinu ya seli ina tabaka mbili zilizo karibu za phospholipids. Mikia ya lipid ya safu moja inakabiliwa na mikia ya lipid ya safu nyingine, kukutana kwenye interface ya tabaka mbili. Vichwa vya phospholipid vinakabiliwa nje, safu moja iliyo wazi kwa mambo ya ndani ya seli na safu moja iliyo wazi kwa nje (\(\PageIndex{2}\)). Because the phosphate groups are polar and hydrophilic, they are attracted to water in the intracellular fluid.Kielelezo Intracellular fluid (ICF) ni mambo ya ndani ya maji ya seli. Makundi ya phosphate pia huvutiwa na maji ya ziada. Maji ya ziada (ECF) ni mazingira ya maji nje ya kizuizi cha membrane ya seli. Maji ya kiungo (ISF) ni neno lililopewa maji ya ziada yasiyo na ndani ya mishipa ya damu. Kwa sababu mkia wa lipid ni hydrophobic, hukutana katika kanda ya ndani ya membrane, ukiondoa maji ya ndani ya intracellular na extracellular kutoka nafasi hii. Mbinu ya seli ina protini nyingi, pamoja na lipidi nyingine (kama vile cholesterol), ambazo zinahusishwa na bilayer ya phospholipid. Kipengele muhimu cha membrane ni kwamba inabakia maji; lipids na protini katika membrane ya seli hazifungwa kwa mahali.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Phospholipid Bilayer. Bilayer ya phospholipid ina karatasi mbili zilizo karibu za phospholipids, mkia uliopangwa kwa mkia. Mkia wa hydrophobic hushirikiana, na kutengeneza mambo ya ndani ya membrane. Vichwa vya polar huwasiliana na maji ndani na nje ya seli. (Image mikopo: “Phospholipid Bilayer” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Protini za utando

Bilayer ya lipid huunda msingi wa membrane ya seli, lakini inakabiliwa na protini mbalimbali. Aina mbili tofauti za protini ambazo huhusishwa na utando wa seli ni protini muhimu na protini za pembeni (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Kama jina lake linavyoonyesha, protini muhimu ni protini inayoingizwa kwenye membrane. Protini ya channel ni mfano wa protini muhimu ambayo inaruhusu vifaa maalum, kama vile ions fulani, kupita ndani au nje ya seli.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Kiini membrane. Mbinu ya seli ya seli ni bilayer ya phospholipid iliyo na vipengele vingi vya molekuli tofauti, ikiwa ni pamoja na protini na cholesterol, baadhi yenye vikundi vya kabohaidreti vilivyounganishwa. (Image mikopo: “Lipid Bilayer Kwa Vipengele mbalimbali” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Kundi jingine muhimu la protini muhimu ni protini za utambuzi wa seli, ambazo hutumikia kuashiria utambulisho wa seli ili iweze kutambuliwa na seli nyingine. Mpokeaji ni aina ya protini ya kutambuliwa ambayo inaweza kumfunga molekuli maalum nje ya seli, na kisheria hii inasababisha mmenyuko wa kemikali ndani ya seli. Ligand ni molekuli maalum ambayo hufunga na kuamsha mpokeaji. Baadhi ya protini muhimu hutumikia majukumu mawili kama receptor na kituo cha ion. Mfano mmoja wa mwingiliano wa receptor-ligand ni vipokezi kwenye seli za neva zinazofunga nyurotransmitters, kama vile dopamine. Wakati molekuli ya dopamini ikifunga kwa protini ya receptor ya dopamini, channel ndani ya protini ya transmembrane inafungua kuruhusu ions fulani kuingilia ndani ya seli.

Baadhi ya protini muhimu za utando ni glycoproteins. Glycoprotein ni protini ambayo ina molekuli ya kabohaidreti iliyounganishwa, ambayo huenea kwenye tumbo la ziada. Vitambulisho vya kabohaidre vilivyounganishwa kwenye glycoproteins misaada katika kutambua Karoli zinazotokana na protini za membrane na hata kutoka kwa lipids fulani za membrane huunda glycocalyx. Glycocalyx ni mipako inayoonekana inayoonekana karibu na kiini kilichoundwa kutoka kwa glycoproteins na wanga nyingine zilizounganishwa na membrane ya seli. Glycocalyx inaweza kuwa na majukumu mbalimbali. Kwa mfano, inaweza kuwa na molekuli ambayo inaruhusu kiini kumfunga kwa seli nyingine, inaweza kuwa na receptors kwa homoni, au inaweza kuwa na enzymes kuvunja virutubisho. Glycocalyces kupatikana katika mwili wako ni bidhaa za babies yako maumbile. Wanatoa kila moja ya trilioni yako ya seli “utambulisho” wa mali katika mwili wako. Utambulisho huu ni njia ya msingi kwamba kinga yako seli ulinzi “kujua” si kushambulia mwili wako seli mwenyewe, lakini pia ni sababu viungo walichangia na mtu mwingine inaweza kukataliwa.

Protini za pembeni hupatikana kwa kawaida kwenye uso wa ndani au wa nje wa bilayer ya lipid lakini pia inaweza kushikamana na uso wa ndani au nje wa protini muhimu. Protini hizi hufanya kazi maalum kwa seli. Baadhi ya protini za pembeni juu ya uso wa seli za matumbo, kwa mfano, hufanya kama enzymes za utumbo ili kuvunja virutubisho kwa ukubwa ambao unaweza kupita kupitia seli na ndani ya damu.

Upanuzi wa Utando wa Plasma

Utando wa plasma sio daima tu uso wa pande zote. Baadhi ya seli zinaweza kuwa na upanuzi au mikunjo ya utando wa plasma, kama vile microvilli, flagella, au cilia. Microvilli ni mikunjo ndogo katika utando wa plasma ambayo husaidia kuongeza eneo la uso kwa kusudi la usafiri wa vifaa. Upanuzi kama flagellum na cilia inaweza kutumika kuzalisha harakati na cytoskeleton, ambayo inajadiliwa zaidi katika sehemu nyingine ya sura hii. Unaweza kulinganisha muundo wa upanuzi hizi tatu katika Kielelezo\(\PageIndex{4}\) hapa chini.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Upanuzi wa Utando wa Plasma. Seli zilizo na kazi maalumu zinaweza kuwa na upanuzi wa utando wao wa plasma ikiwa ni pamoja na (a) microvilli (b) cilia au (c) bendera. (Image mikopo: “Upanuzi wa Plasma Membrane” na Whitney Menefee ni derivative kutoka kazi ya awali ya Daniel Donnelly na ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Usafiri katika membrane ya seli

Mojawapo ya maajabu makubwa ya utando wa seli ni uwezo wake wa kudhibiti mkusanyiko wa vitu ndani ya seli. Dutu hizi ni pamoja na ions kama vile Ca ⁺⁺, Na ⁺, K ⁺, na Cl ^—; virutubisho ikiwa ni pamoja na sukari, fatty kali, na amino asidi; na bidhaa taka, hasa kaboni dioksidi (CO ₂) , ambayo lazima iondoke kiini.

Muundo wa lipid bilayer ya membrane hutoa ngazi ya kwanza ya udhibiti. Phospholipids zimejaa pamoja, na utando una mambo ya ndani ya hydrophobic. Mfumo huu husababisha utando kuwa umechaguliwa. Mbinu ambayo ina upenyezaji wa kuchagua inaruhusu vitu tu vinavyokutana na vigezo fulani kupitisha bila kusaidiwa. Katika kesi ya membrane ya seli, tu ndogo, vifaa vya nonpolar vinaweza kuhamia kupitia bilayer ya lipid (kumbuka, mikia ya lipid ya membrane ni nonpolar). Baadhi ya mifano ya hizi ni lipidi nyingine, oksijeni na gesi dioksidi kaboni, na pombe. Hata hivyo, vifaa vya mumunyifu wa maji-kama glucose, amino asidi, na electrolytes-wanahitaji msaada fulani kuvuka utando kwa sababu huchanganyikiwa na mikia ya hydrophobic ya bilayer ya phospholipid. Dutu zote zinazohamia kupitia membrane hufanya hivyo kwa njia moja ya jumla mbili, ambazo zinajumuishwa kulingana na kama nishati inahitajika. Usafiri usiofaa ni harakati za vitu kwenye membrane bila matumizi ya nishati ya mkononi. Kwa upande mwingine, usafiri wa kazi ni harakati za vitu kwenye membrane kwa kutumia nishati kutoka kwa adenosine triphosphate (ATP).

Passiv Usafiri

Ili kuelewa jinsi vitu vinavyohamia passively kwenye membrane ya seli, ni muhimu kuelewa mkusanyiko wa gradients na utbredningen. Gradient mkusanyiko ni tofauti katika mkusanyiko wa dutu katika nafasi. Molekuli (au ions) itaenea/kueneza kutoka ambapo wao ni zaidi kujilimbikizia ambapo wao ni chini ya kujilimbikizia mpaka wao ni sawa kusambazwa katika nafasi hiyo. (Wakati molekuli huenda kwa njia hii, wanasemekana kuhamia chini ya mkusanyiko wao.) Kutenganishwa ni harakati za chembe kutoka eneo la ukolezi wa juu hadi eneo la ukolezi wa chini. Mifano michache ya kawaida itasaidia kuonyesha dhana hii. Fikiria kuwa ndani ya bafuni iliyofungwa. Kama chupa ya manukato walikuwa sprayed, molekuli harufu ingekuwa kawaida kueneza kutoka doa ambapo wao kushoto chupa kwa pembe zote za bafuni, na utbredningen hii itaendelea mpaka hakuna zaidi mkusanyiko gradient bado. Mfano mwingine ni kijiko cha sukari kilichowekwa kikombe cha chai. Hatimaye sukari itaenea katika chai mpaka hakuna gradient ya mkusanyiko bado. Katika hali zote mbili, kama chumba ni joto au chai moto, utbredningen hutokea hata kwa kasi kama molekuli ni bumping ndani ya kila mmoja na kuenea nje kwa kasi zaidi kuliko katika joto baridi. Kuwa na joto la ndani la mwili karibu 98.6 ° F hivyo pia husaidia katika ugawanyiko wa chembe ndani ya mwili.

Wakati wowote dutu ipo katika mkusanyiko mkubwa upande mmoja wa utando semipermit, kama vile utando wa seli, dutu yoyote ambayo inaweza kusonga chini mkusanyiko wake gradient katika utando kufanya hivyo. Fikiria vitu vinavyoweza kuenea kwa urahisi kupitia safu ya lipid ya membrane ya seli, kama vile oksijeni ya gesi (O ₂) na CO ₂. O ₂ ujumla diffuses katika seli kwa sababu ni zaidi kujilimbikizia nje yao, na CO ₂ kawaida hutofautiana nje ya seli kwa sababu ni zaidi kujilimbikizia ndani yao. Wala kati ya mifano hii inahitaji nishati yoyote kwa sehemu ya seli, na kwa hiyo hutumia usafiri passiv kuhamia kwenye utando.

Interactive Link

Usambazaji

Tazama GIF hii inayoonyesha mchakato wa kutenganishwa na jinsi inavyoendeshwa na nishati ya kinetic ya molekuli katika suluhisho. Je! Joto linaathirije kiwango cha usambazaji, na kwa nini?

Jibu

Jibu: Joto la juu linaharakisha kuenea kwa sababu molekuli zina nishati zaidi ya kinetic kwenye joto la juu.

Kabla ya kuhamia, unahitaji kuchunguza gesi ambazo zinaweza kuenea kwenye membrane ya seli. Kwa sababu seli hutumia oksijeni wakati wa kimetaboliki, kuna kawaida mkusanyiko wa chini wa O ₂ ndani ya seli kuliko nje. Matokeo yake, oksijeni, dutu ndogo, isiyo ya polar, itaenea kutoka kwenye maji ya kiungo moja kwa moja kupitia safu ya lipid ya membrane na ndani ya cytoplasm ndani ya seli. Kwa upande mwingine, kwa sababu seli zinazalisha CO ₂ kama byproduct ya kimetaboliki, viwango vya CO ₂ huongezeka ndani ya cytoplasm; kwa hiyo, CO ₂ itaondoka kwenye seli kupitia bilayer ya lipid na ndani ya maji ya kiungo, ambapo ukolezi ni wa chini. Utaratibu huu wa molekuli kuenea kutoka ambapo wao ni zaidi kujilimbikizia ambapo wao ni chini ya mkusanyiko ni aina ya usafiri passiv aitwaye rahisi utbredningen (Kielelezo\(\PageIndex{5}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{5}\): Rahisi Diffusion katika kiini (Plasma) utando. Muundo wa bilayer ya lipid inaruhusu dutu ndogo tu, zisizo za polar kama vile oksijeni na dioksidi kaboni kupitisha utando wa seli, chini ya ukolezi wao wa gradient, kwa kutenganishwa rahisi. (Image mikopo: “Rahisi Diffusion katika Plasma Membrane” na OpenStax ni leseni chini CC BY 4.0)

Solutes kufutwa katika maji upande wowote wa utando wa seli huwa na kueneza chini ya mkusanyiko wao gradients, lakini kwa sababu vitu vingi haviwezi kupita kwa uhuru kupitia bilayer lipid ya utando wa seli, harakati zao ni vikwazo kwa njia za protini na taratibu maalumu za usafiri katika membrane. Kuwezeshwa utbredningen ni mchakato utbredningen kutumika kwa ajili ya vitu wale ambao hawawezi kuvuka lipid bilayer kutokana na ukubwa wao na/au polarity (Kielelezo\(\PageIndex{6}\)). A common example of facilitated diffusion is the movement of glucose into the cell, where it is used to make ATP. Although glucose can be more concentrated outside of a cell, it cannot cross the lipid bilayer via simple diffusion because it is both large and polar. To resolve this, a specialized carrier protein called the glucose transporter will transfer glucose molecules into the cell to facilitate its inward diffusion.

Kielelezo\(\PageIndex{6}\): Kuwezeshwa utbredn (a) Kuwezeshwa utbredningen wa vitu kuvuka kiini (plasma) utando unafanyika kwa msaada wa protini kama vile protini channel na protini carrier. Protini za channel hazipatikani zaidi kuliko protini za carrier, na kwa kawaida hubagua kwa upole kati ya mizigo yao kulingana na ukubwa na malipo. (b) Protini za carrier zinachagua zaidi, mara nyingi huruhusu aina moja ya molekuli kuvuka. (Image mikopo: “Kuwezeshwa Diffusion” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Kuwezeshwa utbredningen ni muhimu kwa harakati ya ions kushtakiwa kama vile sodiamu (Na ⁺). Japokuwa ioni za sodiamu (Na ⁺) ni ndogo na zenye kujilimbikizia nje ya seli, electrolytes hizi zina polarized na haziwezi kupita kwenye safu isiyo ya polar ya lipid ya utando. Usambazaji wao unawezeshwa na protini za membrane zinazounda njia za sodiamu (au “pores”), ili ioni za Na ⁺ zinaweza kusonga chini ya mkusanyiko wao kutoka nje ya seli hadi ndani ya seli. Kuna solutes nyingine nyingi ambazo zinapaswa kufanyiwa utbredningen kuwezeshwa kuhamia ndani ya seli, kama vile amino asidi, au kuhamia nje ya seli, kama vile taka. Kwa sababu kuwezeshwa utbredningen ni mchakato passiv, hauhitaji matumizi ya nishati na seli.

Maji pia yanaweza kusonga kwa uhuru katika utando wa seli za seli zote, ama kupitia njia za protini au kwa kuteleza kati ya mikia ya lipid ya membrane yenyewe. Osmosis ni ugawanyiko wa maji kwa njia ya utando wa semipermit (Kielelezo\(\PageIndex{7}\)).

Kielelezo\(\PageIndex{7}\): Osmosis. Osmosis ni ugawanyiko wa maji kwa njia ya utando wa semipermit chini ya mkusanyiko wake wa ukolezi. Kama utando ni permit kwa maji, ingawa si kwa solute, maji kusawazisha mkusanyiko wake mwenyewe kwa diffusing kwa upande wa chini maji mkusanyiko (na hivyo upande wa mkusanyiko juu solute). Katika beaker upande wa kushoto, suluhisho upande wa kulia wa membrane ni hypertonic. (Image mikopo: “Osmosis” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Mwendo wa molekuli za maji sio yenyewe umewekwa na seli, kwa hiyo ni muhimu kwamba seli ziwe wazi kwa mazingira ambayo mkusanyiko wa solutes nje ya seli (katika maji ya ziada) ni sawa na mkusanyiko wa solutes ndani ya seli (katika cytoplasm). Ufumbuzi mbili ambazo zina mkusanyiko sawa wa solutes zinasemekana kuwa isotonic (mvutano sawa). Wakati seli na mazingira yao ya ziada ya seli ni isotonic, mkusanyiko wa molekuli za maji ni sawa nje na ndani ya seli, na seli huhifadhi sura yao ya kawaida (na kazi).

Osmosis hutokea wakati kuna usawa wa solutes nje ya seli dhidi ya ndani ya seli. Suluhisho ambalo lina mkusanyiko mkubwa wa solutes kuliko suluhisho lingine linasemekana kuwa hypertonic, na molekuli za maji huwa na kuenea katika suluhisho la hypertonic (Kielelezo\(\PageIndex{8}\)). Viini katika suluhisho la hypertonic zitapungua kama maji yanaacha kiini kupitia osmosis. Kwa upande mwingine, suluhisho ambalo lina mkusanyiko wa chini wa solutes kuliko suluhisho lingine linasemekana kuwa hypotonic, na molekuli za maji huwa na kuenea nje ya suluhisho la hypotonic. Viini katika ufumbuzi wa hypotonic itachukua maji mengi na kuvimba, na hatari ya hatimaye kupasuka. Kipengele muhimu cha homeostasis katika vitu vilivyo hai ni kujenga mazingira ya ndani ambayo seli zote za mwili ziko katika suluhisho la isotonic. Mifumo mbalimbali ya chombo, hasa figo, hufanya kazi ili kudumisha homeostasis hii.

Kielelezo\(\PageIndex{8}\): Mkazo wa Solutions. Suluhisho la hypertonic lina mkusanyiko wa solute zaidi kuliko suluhisho lingine. Suluhisho la isotonic lina mkusanyiko wa solute sawa na suluhisho lingine. Suluhisho la hypotonic lina mkusanyiko wa solute chini kuliko suluhisho lingine. (Image mikopo: “Mkusanyiko wa Solutions” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Njia nyingine badala ya kutenganishwa kwa vifaa vya usafiri wa passively kati ya vyumba ni filtration Tofauti na utbredningen wa dutu kutoka ambapo ni zaidi kujilimbikizia kwa chini kujilimbikizia, filtration inatumia shinikizo hydrostatic gradient kwamba inasumaji na solutes ndani yake-kutoka eneo la shinikizo la juu hadi eneo la chini la shinikizo. Filtration ni mchakato muhimu sana katika mwili. Kwa mfano, mfumo wa mzunguko hutumia filtration kuhamisha plasma na vitu katika bitana endothelial ya capillaries na ndani ya tishu zinazozunguka, kusambaza seli na virutubisho. Vivyo hivyo, shinikizo la filtration katika figo hutoa utaratibu wa kuondoa taka kutoka kwenye damu.

Active Usafiri

Kwa njia zote za usafiri zilizoelezwa hapo juu kama usafiri wa passive, kiini haitumii nishati. Protini za membrane ambazo zinasaidia katika usafiri passiv wa vitu hufanya hivyo bila matumizi ya ATP. Wakati wa usafiri wa kazi hata hivyo, ATP inahitajika kuhamisha dutu katika utando. Wakati wowote ATP inapotumiwa kuhamisha vitu ndani au nje ya seli, protini moja au zaidi ya membrane itahusika katika mchakato wa usafiri.

Moja ya aina ya kawaida ya usafiri wa kazi inahusisha protini ambazo hutumika kama pampu. Neno “pampu” pengine linajumuisha mawazo ya kutumia nishati kusubu tairi ya baiskeli au mpira wa kikapu, wakati nishati inatumiwa kusonga hewa dhidi ya gradient ya shinikizo na kuingiza tairi au mpira. Vilevile, nishati kutoka ATP inahitajika kwa protini hizi za utando kusafirisha dutu—molekuli au ions—kote utando, kwa kawaida dhidi ya mkusanyiko wao gradients (kutoka eneo la mkusanyiko mdogo hadi eneo la mkusanyiko wa juu).

Pampu ya sodiamu-potasiamu, ambayo pia huitwa Na ⁺ /K ⁺ ATPase, husafirisha sodiamu nje ya seli huku ikisonga potasiamu ndani ya seli. Pampu ya Na ⁺ /K ⁺ ni pampu muhimu ya ion inayopatikana katika utando wa aina nyingi za seli. Pampu hizi ni nyingi sana katika seli za ujasiri, ambazo zinajitokeza mara kwa mara ions za sodiamu na kuvuta katika ions za potasiamu ili kudumisha gradient ya umeme kwenye membrane zao Gradient umeme ni tofauti katika malipo ya umeme katika nafasi. Katika kesi ya seli za ujasiri, kwa mfano, gradient ya umeme ipo kati ya ndani na nje ya seli, na ndani ya kuwa na kushtakiwa vibaya (karibu -70 mV) kuhusiana na nje. hasi umeme gradient ni iimarishwe kwa sababu kila Na ^{+ /K +} pampu hatua tatu Na ⁺ ions nje ya seli na mbili K ⁺ ions katika kiini kwa kila molekuli ATP ambayo hutumiwa (Kielelezo\(\PageIndex{9}\) ). Utaratibu huu ni muhimu sana kwa seli za ujasiri kwamba ni akaunti kwa ajili ya wengi wa matumizi yao ATP.

Kielelezo\(\PageIndex{9}\): Pump ya Sodium-Potasi Pampu ya sodiamu-potasiamu inapatikana katika membrane nyingi za seli (plasma). Inaendeshwa na ATP, pampu huenda ioni za sodiamu na potasiamu kwa njia tofauti, kila mmoja dhidi ya mkusanyiko wake wa ukolezi. Katika mzunguko mmoja wa pampu, ions tatu za sodiamu hutolewa kutoka na ions mbili za potasiamu zinaingizwa ndani ya seli. (Image mikopo: “Sodium Potassium Pump” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Pampu za usafiri za kazi zinaweza pia kufanya kazi pamoja na mifumo mingine ya usafiri au isiyo ya kawaida ili kuhamisha vitu kwenye membrane. Kwa mfano, pampu ya sodiamu-potasiamu inao mkusanyiko mkubwa wa ions za sodiamu nje ya seli. Kwa hiyo, ikiwa kiini kinahitaji ions za sodiamu, yote inayo kufanya ni kufungua kituo cha sodiamu cha passiv, kama gradient ya mkusanyiko wa ions ya sodiamu itawafukuza kueneza ndani ya seli. Kwa njia hii, hatua ya pampu ya usafiri ya kazi (pampu ya sodiamu-potasiamu) inasababisha usafiri wa passiv wa ions za sodiamu kwa kuunda gradient ya mkusanyiko. Wakati usafiri wa kazi unawezesha usafiri wa dutu nyingine kwa njia hii, inaitwa usafiri wa sekondari wa kazi.

Wafanyabiashara ni wasafirishaji wa sekondari ambao huhamisha vitu viwili katika mwelekeo huo. Kwa mfano, symporter ya sodiamu-glucose hutumia ioni za sodiamu ili “kuvuta” molekuli ya glucose ndani ya seli. Kwa sababu seli kuhifadhi glucose kwa nishati, glucose ni kawaida katika mkusanyiko juu ndani ya seli kuliko nje. Hata hivyo, kutokana na hatua ya pampu ya sodiamu-potasiamu, ions za sodiamu zitaenea kwa urahisi ndani ya seli wakati mshindani anafunguliwa. Mafuriko ya ions ya sodiamu kwa njia ya symporter hutoa nishati ambayo inaruhusu glucose kuhamia kupitia symporter na ndani ya seli, dhidi ya gradient yake ya ukolezi.

Kinyume chake, antiporters ni mifumo ya usafiri wa sekondari ambayo husafirisha vitu kwa njia tofauti. Kwa mfano, antiporter ya sodiamu-hidrojeni ion hutumia nishati kutoka kwa mafuriko ya ndani ya ions ya sodiamu kuhamisha ions hidrojeni (H ⁺) nje ya seli. Antiporter ya sodiamu-hidrojeni hutumiwa kudumisha pH ya mambo ya ndani ya seli.

Aina nyingine za usafiri wa kazi hazihusisha flygbolag za membrane. Endocytosis (kuleta “ndani ya seli”) ni mchakato wa vifaa vya kumeza seli kwa kuifunika katika sehemu ya membrane yake ya seli, na kisha kunyosha sehemu hiyo ya membrane (Kielelezo\(\PageIndex{10}\)). Mara baada ya kufungwa, sehemu ya membrane na yaliyomo yake inakuwa huru, intracellular vesicle. Kilengelenge ni sac ya membranous-organelle ya mviringo na mashimo iliyofungwa na utando wa lipid bilayer. Endocytosis mara nyingi huleta vifaa ndani ya seli ambayo inapaswa kuvunjika au kupunguzwa. Phagocytosis (“kula kiini”) ni endocytosis ya chembe kubwa. Seli nyingi za kinga hushiriki katika phagocytosis ya vimelea vya kuvamia. Kama PAC-wanaume wadogo, kazi yao ni doria tishu mwili kwa jambo zisizohitajika, kama vile kuvamia seli za bakteria, phagocytize yao, na kuchimba yao. Tofauti na phagocytosis, pinocytosis (“kunywa kiini”) huleta maji yaliyo na vitu vilivyoharibika ndani ya seli kupitia vidonda vya membrane.

Kielelezo\(\PageIndex{10}\): Aina tatu za Endocytosis. Endocytosis ni aina ya usafiri wa kazi ambayo kiini kinashughulikia vifaa vya ziada kwa kutumia membrane yake ya seli. (a) Katika phagocytosis, ambayo ni kiasi nonselective, seli inachukua katika chembe kubwa. (b) Katika pinocytosis, kiini huchukua chembe ndogo katika maji. (c) Kwa upande mwingine, endocytosis iliyopatanishwa na receptor-mediated ni kuchagua kabisa. Wakati receptors nje kumfunga ligand maalum, kiini hujibu kwa endocytosing ligand. (Mikopo ya picha: “Aina tatu za Endocytosis” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Phagocytosis na pinocytosis huchukua sehemu kubwa za vifaa vya ziada, na kwa kawaida sio kuchagua sana katika vitu vinavyoleta. Viini hudhibiti endocytosis ya vitu maalum kupitia endocytosis iliyopatanishwa na receptor-mediated. Endocytosis ya mpokeaji ni endocytosis kwa sehemu ya membrane ya seli ambayo ina receptors nyingi ambazo ni maalum kwa dutu fulani. Mara baada ya receptors uso wamefungwa kiasi cha kutosha cha dutu maalum (ligand receptor), kiini endocytose sehemu ya utando wa seli zenye receptor-ligand complexes. Iron, sehemu inayohitajika ya hemoglobin, inakabiliwa na seli nyekundu za damu kwa njia hii. Iron imefungwa kwa protini inayoitwa transferrin katika damu. Vipokezi maalum vya transferrin kwenye nyuso nyekundu za seli za damu hufunga molekuli za chuma-transferrin, na seli endocytoses complexes receptor-ligand.

Tofauti na endocytosis, exocytosis (kuchukua “nje ya seli”) ni mchakato wa vifaa vya kusafirisha seli kwa kutumia usafiri wa vesicular (Kielelezo\(\PageIndex{11}\)). Seli nyingi hutengeneza vitu ambavyo vinapaswa kufichwa, kama kiwanda kinachotengeneza bidhaa kwa ajili ya kuuza nje. Dutu hizi ni kawaida vifurushi katika vesicles membrane-amefungwa ndani ya seli. Wakati utando wa vesicle unafanya fuses na membrane ya seli, vesicle hutoa yaliyomo ndani ya maji ya maji. Mbinu ya vesicle kisha inakuwa sehemu ya membrane ya seli. Viini vya tumbo na kongosho huzalisha na kuzalisha enzymes za utumbo kupitia exocytosis (Kielelezo\(\PageIndex{12}\)). Seli Endocrine kuzalisha na secrete homoni kwamba ni alimtuma katika mwili, na baadhi ya seli kinga kuzalisha na secrete kiasi kikubwa cha histamine, kemikali muhimu kwa ajili ya majibu ya kinga.

Kielelezo\(\PageIndex{11}\): Exocytosis. Exocytosis ni sawa na endocytosis kwa reverse. Nyenzo zinazopelekwa kwa ajili ya kuuza nje ni vifurushi ndani ya vesicle ndani ya seli. Mbinu ya fuses ya vesicle na membrane ya seli, na yaliyomo hutolewa kwenye nafasi ya ziada. (Image mikopo: “Exocytosis” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0)

Kielelezo\(\PageIndex{12}\): Pancreatic seli 'Enzyme Bidhaa. Seli za acinar za kongosho huzalisha na kuzalisha enzymes nyingi zinazochimba chakula. Vidogo vidogo vidogo vidogo katika micrograph hii ya elektroni ni vidonda vya siri vilivyojaa enzymes ambazo zitatolewa kutoka seli kupitia exocytosis. LM × 2900. (Image mikopo: “Pancreatic seli Micrograph” na OpenStax ni leseni chini ya CC BY 4.0/Micrograph zinazotolewa na Regents ya Chuo Kikuu cha Michigan Medical School © 2012)

MAGONJWA YA KIINI: Fibrosis ya Cystic

Fibrosis ya cystic (CF) huathiri takriban watu 30,000 nchini Marekani, huku takriban kesi 1,000 mpya zinaripotiwa kila mwaka. Ugonjwa wa maumbile unajulikana sana kwa uharibifu wake kwa mapafu, na kusababisha matatizo ya kupumua na maambukizi sugu ya mapafu, lakini pia huathiri ini, kongosho, na matumbo. Miaka 50 tu iliyopita, ubashiri kwa watoto waliozaliwa na CF ulikuwa mbaya sana-kuishi mara chache zaidi ya miaka 10. Leo, pamoja na maendeleo katika matibabu, wastani wa kuishi kwa wagonjwa wa CF ni mwishoni mwa miaka ya 30 na wengi wanaishi muda mrefu.

Dalili za CF zinatokana na kituo cha ion cha utando kisicho na kazi kinachoitwa mdhibiti wa cystic fibrosis transmembrane upitishaji, au CFTR. Katika watu wenye afya, protini ya CFTR ni protini muhimu ya utando ambayo husafirisha ioni za kloridi (Cl ^-) nje ya seli. Katika mtu ambaye ana CF, jeni kwa CFTR ni mutated, hivyo, kiini tillverkar mbovu channel protini ambayo kwa kawaida si kuingizwa katika utando, lakini badala yake kuharibiwa na seli.

CFTR inahitaji ATP ili kufanya kazi, kufanya Cl yake ^— usafiri aina ya usafiri hai. Tabia hii puzzled watafiti kwa muda mrefu kwa sababu Cl ^- ions ni kweli inapita chini ya mkusanyiko wao gradient wakati kusafirishwa nje ya seli. Usafiri wa kazi kwa ujumla hupiga ions dhidi ya gradient yao ya ukolezi, lakini CFTR inatoa ubaguzi kwa sheria hii.

Katika tishu za kawaida za mapafu, mwendo wa Cl ^— nje ya seli huhifadhi mazingira ya Cl ^— -tajiri, yenye kushtakiwa vibaya mara moja nje ya seli. Hii ni muhimu hasa katika kitambaa cha epithelial cha mfumo wa kupumua. Siri za epithelial za kupumua hutoa kamasi, ambayo hutumikia mtego wa vumbi, bakteria, na uchafu mwingine. Cilium (wingi = cilia) ni mojawapo ya appendages kama nywele zilizopatikana kwenye seli fulani. Cilia juu ya seli epithelial hoja kamasi na chembe zake trapped juu ya hewa mbali na mapafu na kuelekea nje. Ili kuhamishwa kwa ufanisi juu, kamasi haiwezi kuwa mno mno; badala yake ni lazima iwe na msimamo mwembamba, wa maji. Usafiri wa Cl ^— na matengenezo ya mazingira ya electronegative nje ya seli huvutia ions chanya kama vile Na ⁺ kwenye nafasi ya ziada. Mkusanyiko wa wote Cl ^— na Na ⁺ ions katika nafasi ya ziada hujenga kamasi ya tajiri ya soluti-tajiri, ambayo ina mkusanyiko mdogo wa molekuli za maji. Matokeo yake, kwa njia ya osmosis, maji hutoka kwenye seli na tumbo la ziada ndani ya kamasi, “kuponda” nje. Hii ndio jinsi, katika mfumo wa kupumua wa kawaida, kamasi inachukuliwa kwa kutosha kumwagili-chini ili kufukuzwa nje ya mfumo wa kupumua.

Kama kituo cha CFTR haipo, Cl ^— ions hazipelewi nje ya seli kwa idadi ya kutosha, hivyo kuzuia yao kutoka kuchora ions chanya. Ukosefu wa ions katika kamasi iliyofichwa husababisha ukosefu wa gradient ya kawaida ya mkusanyiko wa maji. Kwa hiyo, hakuna shinikizo la osmotic linalounganisha maji ndani ya kamasi. Kamasi inayosababisha ni nene na yenye fimbo, na epithelia ya ciliated haiwezi kuiondoa kwa ufanisi kutoka kwenye mfumo wa kupumua. Njia za mapafu zimezuiwa na kamasi, pamoja na uchafu unaobeba. Maambukizi ya bakteria hutokea kwa urahisi zaidi kwa sababu seli za bakteria hazichukuliwe kwa ufanisi kutoka kwenye mapafu.

Mapitio ya dhana

Mbinu ya seli hutoa kizuizi karibu na seli, ikitenganisha vipengele vyake vya ndani kutoka kwenye mazingira ya ziada. Inajumuisha bilayer ya phospholipid, na hydrophobic ndani ya lipid “mikia” na hydrophilic nje phosphate “vichwa.” Protini mbalimbali za membrane zinatawanyika katika safu mbili, zote zimeingizwa ndani yake na zimeunganishwa kwa pembeni. Mbinu ya seli huchaguliwa kwa urahisi, kuruhusu tu idadi ndogo ya vifaa kueneza kwa njia ya bilayer yake ya lipid. Vifaa vyote vinavyovuka membrane hufanya hivyo kwa kutumia passive (yasiyo ya nishati inayohitaji) au michakato ya usafiri (inayohitaji nishati). Wakati wa usafiri passiv, vifaa hoja kwa utbredningen rahisi au kwa kuwezeshwa utbredningen kupitia utando, chini ya mkusanyiko wao Maji hupita kupitia membrane katika mchakato wa kutenganishwa unaoitwa osmosis. Wakati wa usafiri wa kazi, nishati hutumiwa kusaidia harakati za nyenzo kwenye membrane. Usafiri wa kazi unaweza kufanyika kwa msaada wa pampu za protini au kupitia matumizi ya viatu.

Mapitio ya Maswali

Swali: Kwa sababu zimeingizwa ndani ya utando, njia za ion ni mifano ya ________.

A. protini za receptor

B. protini muhimu

C. protini za pembeni

D. glycoproteins

Jibu

Jibu: B

Swali: Kutenganishwa kwa vitu ndani ya suluhisho huelekea kuhamisha vitu hivi ________ yao ________ gradient.

A. up; ukolezi

B. up; electrochemical

C. chini; shinikizo

D. chini; ukolezi

Jibu

Jibu: D

Swali: Pampu za Ion na phagocytosis ni mifano yote ya ________.

A. endocytosis

B. usafiri wa passiv

C. usafiri wa kazi

D. kuwezeshwa usambazaji

Jibu

Jibu: C

Swali: Chagua jibu linalofaa kukamilisha mlinganisho wafuatayo: Diffusion ni ________ kama endocytosis ni ________.

A. filtration; phagocytosis

B. osmosis; pinocytosis

C. solutes; maji

D. gradient; nishati ya kemikali

Jibu

Jibu: B

Maswali muhimu ya kufikiri

Swali: Vifaa gani vinaweza kuenea kwa urahisi kupitia bilayer ya lipid, na kwa nini?

Jibu

A. vifaa tu kwamba ni ndogo na nonpolar urahisi kueneza kwa njia ya lipid bilayer. Chembe kubwa haziwezi kupatana kati ya phospholipids ya mtu binafsi ambazo zimejaa pamoja, na molekuli za polar zinasumbuliwa na lipidi za hydrophobic/zisizo za polar zinazolingana ndani ya bilayer.

Swali: Kwa nini endocytosis iliyopatanishwa na receptor inasemekana kuwa ya kuchagua zaidi kuliko phagocytosis au pinocytosis?

Jibu

E. receptor-mediated endocytosis ni zaidi ya kuchagua kwa sababu dutu kwamba ni kuletwa ndani ya seli ni ligands maalum ambayo inaweza kumfunga kwa receptors kuwa endocytosed. Phagocytosis au pinocytosis, kwa upande mwingine, hawana maalum ya receptor-ligand, na kuleta vifaa vyovyote vinavyotokea kuwa karibu na utando wakati umefunikwa.

Swali: Je, osmosis, utbredningen, filtration, na harakati ya ions mbali na malipo kama wote wana sawa? Wanatofautiana kwa njia gani?

Jibu

A. matukio haya manne ni sawa kwa maana kwamba wao kuelezea harakati ya vitu chini ya aina fulani ya gradient. Osmosis na utbredningen huhusisha harakati za maji na vitu vingine chini ya gradients zao za ukolezi, kwa mtiririko huo. Filtration inaelezea harakati ya chembe chini ya shinikizo gradient, na harakati ya ions mbali na malipo kama inaelezea harakati zao chini gradient yao ya umeme.

faharasa

usafiri wa kazi

aina ya usafiri katika utando wa seli ambayo inahitaji pembejeo ya nishati ya mkononi

amphipathic

inaelezea molekuli inayoonyesha tofauti katika polarity kati ya mwisho wake wawili, na kusababisha tofauti katika umumunyifu wa maji

membrane ya seli

utando unaozunguka seli zote za wanyama, linajumuisha bilayer ya lipid inayoingizwa na molekuli mbalimbali; pia inajulikana kama utando wa plasma

protini ya channel

utando Guinea protini ambayo ina pore ndani ambayo inaruhusu kifungu cha dutu moja au zaidi

cilia

kipande kidogo kwenye seli fulani zilizoundwa na microtubules na zimebadilishwa kwa ajili ya harakati za vifaa kwenye uso wa seli

mkusanyiko gradient

tofauti katika mkusanyiko wa dutu kati ya mikoa miwili

kuenea

harakati ya dutu kutoka eneo la ukolezi wa juu kwa moja ya ukolezi wa chini

gradient ya umeme

tofauti katika malipo ya umeme (uwezo) kati ya mikoa miwili

endocytosis

kuagiza nyenzo ndani ya seli kwa kuundwa kwa kilengelenge kilichofungwa na membrane

exocytosis

mauzo ya nje ya dutu nje ya seli na malezi ya kilengelenge utando amefungwa

maji ya ziada (ECF)

nje ya maji kwa seli; inajumuisha maji ya maji, plasma ya damu, na maji yaliyopatikana katika mabwawa mengine katika mwili

kuwezeshwa usambazaji

usambazaji wa dutu kwa msaada wa protini ya membrane

flagellum

appendage juu ya seli fulani sumu na microtubules na kubadilishwa kwa ajili ya harakati

glycocalyx

mipako ya molekuli ya sukari inayozunguka utando wa seli

glycoprotein

protini ambayo ina wanga moja au zaidi masharti

hydrofiliki

inaelezea dutu au muundo wa kuvutia na maji

haidrofobu

inaelezea dutu au muundo uliochanganywa na maji

hypertonic

inaelezea mkusanyiko ufumbuzi kwamba ni kubwa kuliko mkusanyiko kumbukumbu

hypotonic

inaelezea mkusanyiko ufumbuzi kwamba ni ya chini kuliko mkusanyiko kumbukumbu

protini muhimu

protini zinazohusiana na membrane kwamba spans upana mzima wa bilayer lipid

maji ya kiungo (IF)

maji katika nafasi ndogo kati ya seli si zilizomo ndani ya mishipa ya damu

maji ya intracellular (ICF)

maji katika cytosol ya seli

isotoniki

inaelezea mkusanyiko ufumbuzi kwamba ni sawa na mkusanyiko kumbukumbu

ligandi

molekuli kwamba kumfunga na maalum kwa molekuli maalum receptor

microvilli

folds ndogo katika utando plasma kwamba kusaidia kuongeza eneo la uso

osmosis

utbredningen ya molekuli chini mkusanyiko wao katika utando selectively permi

usafiri wa passiv

aina ya usafiri katika utando wa seli ambayo hauhitaji pembejeo ya nishati ya mkononi

protini ya pembeni

protini inayohusiana na membrane ambayo haina span upana wa bilayer lipid, lakini ni masharti ya ndani au nje ya utando kwa njia ya protini muhimu, lipids membrane, au sehemu nyingine ya utando

phagocytosis

endocytosis ya chembe kubwa

pinocytosis

endocytosis ya maji

kipokezi

molekuli ya protini ambayo ina tovuti ya kumfunga kwa molekuli nyingine maalum (inayoitwa ligand)

endocytosis iliyopatanishwa na receptor-mediated

endocytosis ya ligands zilizounganishwa na receptors zilizofungwa na membrane

upenyezaji wa kuchagua

hulka ya kizuizi chochote ambayo inaruhusu dutu fulani kuvuka, lakini haihusishi wengine.

pampu ya sodiamu-pot

(pia, Na ⁺ /K ⁺ ATP-ase) membrane-iliyoingia protini pampu ambayo inatumia ATP hoja Na ⁺ nje ya seli na K ⁺ ndani ya seli

kilengelenge

utando amefungwa muundo ambayo ina vifaa ndani au nje ya seli

Wachangiaji na Majina

• Template:ContribOpenStaxAP