จากนี้สรุปได้ว่าเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วยโมเลกุลของไขมันที่จัดเรียงเป็นสองชั้น แบบจำลองไขมันเมมเบรน “การจัดระเบียบโมเลกุลของเยื่อหุ้มชีวภาพ”
11 สถาบันการศึกษางบประมาณของรัฐสำหรับการศึกษาวิชาชีพชั้นสูง “มหาวิทยาลัยการแพทย์แห่งรัฐ Saratov ตั้งชื่อตาม วี.ไอ. Razumovsky กระทรวงสาธารณสุขของรัสเซีย"
1. สรีรวิทยาปกติ: หนังสือเรียน / Ed. เอ.วี. Zavyalova, V.M. สมีร์โนวา, 2011. – 368 หน้า
2. สรีรวิทยาปกติ: หนังสือเรียน [N.A. อากัดจานยาน, N.A. บาราแบช, A.F. Belov และคณะ] / เอ็ด ศาสตราจารย์ วี.เอ็ม. สมีร์โนวา. – ฉบับที่ 3 – อ.: ศูนย์สำนักพิมพ์ “Academy”, 2010. – 480 น.
3. สรีรวิทยาของมนุษย์ / V.F. คีรีชุก อ. อันติโปวา, N.E. Babichenko, V.M. Golovchenko, E.V. โพนูคาลินา, I.V. Smyshleeva, L.K. Tokaev / เรียบเรียงโดย V.F. คีรีชุก. – ฉบับที่ 2 – Saratov: สำนักพิมพ์ของ Saratov Medical University, 2009. – 343 หน้า
4. สรีรวิทยาและพยาธิสรีรวิทยาของเลือดแดง: หนังสือเรียน เบี้ยเลี้ยง / N.P. เชสโนโควา, V.V. มอร์ริสัน อี.วี. โพนูคาลินา, ที.เอ. เนฟวาไซย์; ภายใต้ทั่วไป เอ็ด ศาสตราจารย์ เอ็น.พี. เชสโนโควา. – Saratov: สำนักพิมพ์ Sarat. น้ำผึ้ง. มหาวิทยาลัย 2556 – 20 น.
5. แผนที่ทางโลหิตวิทยา / S. Lugovskaya, M.E. บุรุษไปรษณีย์. ฉบับที่ 3. – มอสโก – ตเวียร์: Triada Publishing House LLC, 2011. – หน้า 3–23.
6. กลไกระดับเซลล์และโมเลกุลในการควบคุมระบบห้ามเลือดในสุขภาพและพยาธิวิทยา: เอกสาร / B.I. คุซนิค. – Chita: Express Publishing House, 2010. – หน้า 261–368.
7. โลหิตวิทยา / เรียบเรียงโดย ศ. โอเอ อ.รักวิทย์สินา พาฟโลวา, E.F. Morshchakova และคนอื่น ๆ - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก: LLC "D.P. ", 2550 - หน้า 29–34
คุณสมบัติของการจัดระเบียบโครงสร้างของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง
เซลล์เม็ดเลือดแดงล้อมรอบด้วยพลาสมาเมมเบรน ซึ่งมีการศึกษาโครงสร้างอย่างดีและเหมือนกับเซลล์อื่นๆ เยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมของเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วยฟอสโฟลิพิดสองชั้น ในขณะที่โปรตีนจะ "ลอย" บนพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์หรือแทรกซึมเข้าไปในไขมัน ทำให้เกิดความแข็งแรงและความหนืดแก่เยื่อหุ้มเซลล์ พื้นที่เยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงหนึ่งเซลล์มีค่าประมาณ 140 µm2
โปรตีนมีสัดส่วนประมาณ 49%, ไขมัน - 44%, คาร์โบไฮเดรต -7% คาร์โบไฮเดรตมีพันธะทางเคมีกับโปรตีนหรือลิพิด และเกิดเป็นไกลโคโปรตีนและไกลโคลิพิดตามลำดับ
ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงคือไขมัน รวมถึงคอเลสเตอรอลสูงถึง 48%, ฟอสโฟทิดิลโคลีน 17-28%, สฟิงโกไมอีลิน 13-25% และฟอสโฟลิปิดอื่น ๆ อีกจำนวนหนึ่ง
ฟอสโฟทิดิลโคลีนของเมมเบรนเม็ดเลือดแดงมีประจุเป็นกลางและในทางปฏิบัติแล้วจะไม่ทำปฏิกิริยากับช่อง Ca2+ ที่มีประจุบวก ดังนั้นจึงรับประกันการเกิดภาวะลิ่มเลือดอุดตันของเม็ดเลือดแดง เนื่องจากคุณสมบัติต่างๆ เช่น ความลื่นไหลและความเป็นพลาสติก เซลล์เม็ดเลือดแดงจึงสามารถผ่านเส้นเลือดฝอยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ ~ 3 μm ได้
โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงแบ่งออกเป็นส่วนต่อพ่วงและอินทิกรัล โปรตีนส่วนปลาย ได้แก่ สเปคตริน, แองไคริน, โปรตีน 4.1, โปรตีน p55, อะดูซิน ฯลฯ กลุ่มของโปรตีนอินทิกรัลประกอบด้วยเศษส่วน 3 เช่นเดียวกับไกลโคโฟริน A, B, C, O, E. แองคีรินก่อตัวเป็นสารประกอบที่มี p-spectrin พบเมมเบรนประมาณ 340 ตัวและโปรตีนที่ละลายน้ำได้ 250 ชนิดในเม็ดเลือดแดง
ความเป็นพลาสติกของ RBC สัมพันธ์กับฟอสโฟรีเลชั่นของโปรตีนเมมเบรน โดยเฉพาะโปรตีนแบนด์ 4.1
เศษส่วนโปรตีน 4.2 - Pallidin ช่วยให้มั่นใจว่าการรวมตัวของ spectrin-actin-ankyrin complex กับเศษส่วน 3 อยู่ในกลุ่มของโปรตีน transglutaminase
โปรตีนที่หดตัวของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง ได้แก่ p-actin, tropomodulin, stromatin และ tropomyosin
ไกลโคโฟรินเป็นโปรตีนสำคัญของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงที่กำหนดประจุลบที่ส่งเสริมการผลักกันของเม็ดเลือดแดงจากกันและกันและจากเอ็นโดทีเลียมของหลอดเลือด
โปรตีน 3 เป็นโปรตีนแอกตินหลักที่ควบคุมการลดระดับฟอสโฟรีเลชั่นของเม็ดเลือดแดง
ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้น เยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงเป็นสิ่งที่ซับซ้อน ซึ่งรวมถึงไขมัน โปรตีน และคาร์โบไฮเดรตที่จัดเรียงในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ซึ่งก่อตัวเป็นชั้นนอก กลาง และชั้นในของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง
เกี่ยวกับการจัดเรียงเชิงพื้นที่ของส่วนประกอบทางเคมีต่าง ๆ ของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงควรสังเกตว่าชั้นนอกนั้นถูกสร้างขึ้นโดยไกลโคโปรตีนที่มีสารประกอบเชิงซ้อนของโอลิโกแซ็กคาไรด์ที่แตกแขนงซึ่งเป็นส่วนปลายของแอนติเจนในเลือดกลุ่ม ส่วนประกอบของไขมันในชั้นนอก ได้แก่ ฟอสฟาติดิลโคลีน สฟิงโกไมอีลิน และโคเลสเตอรอลที่ไม่ผ่านกระบวนการ ไขมันในชั้นนอกของเมมเบรนของเม็ดเลือดแดงมีบทบาทสำคัญในการรับประกันความสม่ำเสมอของโครงสร้างเมมเบรนและการเลือกความสามารถในการซึมผ่านของสารตั้งต้นและไอออนต่างๆ เมื่อใช้ร่วมกับฟอสโฟลิพิด คอเลสเตอรอลจะควบคุมการทำงานของเอนไซม์ที่จับกับเมมเบรนโดยการเปลี่ยนความหนืดของเมมเบรน และยังมีส่วนร่วมในการปรับเปลี่ยนโครงสร้างรองของเอนไซม์ด้วย อัตราส่วนโมลาร์ของคอเลสเตอรอล/ฟอสโฟไลปิดในเยื่อหุ้มเซลล์ในมนุษย์และสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมจำนวนมากคือ 0.9 การเปลี่ยนแปลงที่เพิ่มขึ้นของอัตราส่วนนี้พบได้ในวัยชราเช่นเดียวกับในโรคบางชนิดที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญคอเลสเตอรอลที่บกพร่อง
การลดลงของความลื่นไหลของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงและการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของมันก็สังเกตได้จากการเพิ่มขึ้นของเนื้อหาของสฟิงโกไมอีลิน
ชั้นกลางของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงแสดงโดย "หาง" ที่ไม่ชอบน้ำของไขมันขั้วโลก ไขมัน bilayer มีความลื่นไหลเด่นชัดซึ่งมั่นใจได้ในอัตราส่วนที่แน่นอนระหว่างกรดไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัวของส่วนที่ไม่ชอบน้ำของ bilayer โปรตีนอินทิกรัลซึ่งรวมถึงเอนไซม์ ตัวรับ และโปรตีนขนส่ง จะแอคทีฟก็ต่อเมื่ออยู่ในส่วนที่ไม่ชอบน้ำของชั้นสองชั้น ซึ่งพวกมันได้รับโครงสร้างเชิงพื้นที่ที่จำเป็นสำหรับกิจกรรม ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในองค์ประกอบของไขมันของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของความลื่นไหลและการหยุดชะงักของการทำงานของโปรตีนอินทิกรัล
ชั้นในของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงซึ่งหันหน้าไปทางไซโตพลาสซึมประกอบด้วยโปรตีนสเปคตรินและแอคติน Spectrin เป็นโปรตีนเฉพาะของเม็ดเลือดแดง โมเลกุลที่ยืดออกและยืดหยุ่นได้ จับกับไมโครฟิลาเมนต์ของแอคตินและไขมันของพื้นผิวด้านในของเมมเบรน ก่อตัวเป็นโครงกระดูกของเม็ดเลือดแดง เปอร์เซ็นต์เล็กน้อยของไขมันในชั้นในของเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงคือฟอสฟาติดิลเอทานอลเอมีนและฟอสฟาติดิลซีรีน การเคลื่อนที่ของโปรตีนที่ยึดไลปิดไบเลเยอร์นั้นขึ้นอยู่กับการมีอยู่ของสเปคตริน
ไกลโคโปรตีนที่สำคัญอย่างหนึ่งคือไกลโคโฟรินซึ่งมีอยู่บนพื้นผิวทั้งด้านนอกและด้านในของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง ไกลโคโฟรินมีกรดเซียลิกจำนวนมากและมีประจุลบจำนวนมาก ตั้งอยู่ไม่สม่ำเสมอในเมมเบรนและสร้างพื้นที่ที่ยื่นออกมาจากเมมเบรนซึ่งเป็นพาหะของปัจจัยกำหนดทางภูมิคุ้มกัน
โครงสร้างและสภาพของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงซึ่งมีความหนืดต่ำของฮีโมโกลบินปกติทำให้เม็ดเลือดแดงมีคุณสมบัติทางพลาสติกที่สำคัญ ต้องขอบคุณเม็ดเลือดแดงที่ไหลผ่านเส้นเลือดฝอยได้อย่างง่ายดายซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางครึ่งหนึ่งของเซลล์เองและสามารถรับได้หลากหลาย รูปร่าง โปรตีนเมมเบรนส่วนปลายอีกชนิดหนึ่งของเม็ดเลือดแดงคือแอนไครินซึ่งก่อตัวเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุล P-spectrin
หน้าที่ของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง
เมมเบรนของเม็ดเลือดแดงช่วยควบคุมสมดุลของอิเล็กโทรไลต์ของเซลล์ เนื่องจากการลำเลียงอิเล็กโทรไลต์โดยอาศัยพลังงานหรือการแพร่กระจายของสารประกอบแบบพาสซีฟตามแนวไล่ระดับออสโมติก
เมมเบรนของเม็ดเลือดแดงมีช่องไอออนที่สามารถซึมผ่านได้สำหรับไอออนบวกของ Na+, K+ สำหรับ O2, CO2, Cl- HCO3-
การเคลื่อนย้ายอิเล็กโทรไลต์ผ่านเมมเบรนของเม็ดเลือดแดงและการรักษาศักยภาพของเมมเบรนนั้นทำได้โดยระบบ Na+, K+, Ca2+ - ATPase ที่ขึ้นกับพลังงาน
เมมเบรนของเม็ดเลือดแดงสามารถซึมผ่านน้ำได้สูงโดยมีส่วนร่วมของสิ่งที่เรียกว่าวิถีโปรตีนและไขมัน เช่นเดียวกับแอนไอออน สารประกอบที่เป็นก๊าซ และซึมผ่านได้ไม่ดีกับไอออนบวกของโพแทสเซียมและโซเดียมแบบโมโนวาเลนต์
ทางเดินโปรตีนของการถ่ายโอนน้ำของเมมเบรนนั้นมั่นใจได้ด้วยการมีส่วนร่วมของโปรตีนที่ทอดผ่านเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง "แบนด์ 3" เช่นเดียวกับไกลโคโฟริน
ลักษณะทางโมเลกุลของวิถีทางไขมันในการลำเลียงน้ำผ่านเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงนั้นยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด การผ่านของโมเลกุลของโนอิเล็กโตรไลต์ที่ชอบน้ำขนาดเล็กผ่านเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงนั้นดำเนินการในลักษณะเดียวกับการถ่ายโอนน้ำเนื่องจากวิถีทางของโปรตีนและไขมัน การถ่ายโอนยูเรียและกลีเซอรอลผ่านเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงนั้นเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาของเอนไซม์
คุณลักษณะเฉพาะของเมมเบรนเม็ดเลือดแดงคือการมีระบบขนส่งแอคทีฟที่ทรงพลังสำหรับไอออนโมโนวาเลนต์ (คลอรีนและฟลูออรีน) และแอนไอออนไดวาเลนต์ (SO42-, PO42-) เนื่องจากโปรตีนพาหะ
มั่นใจได้ถึงการขนส่งแอนไอออนอินทรีย์ผ่านเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง เช่นเดียวกับการขนส่งแอนไอออนอนินทรีย์ โดยมีส่วนร่วมของโปรตีน "แบนด์ 3"
เมมเบรนของเม็ดเลือดแดงให้การขนส่งกลูโคสอย่างแข็งขันซึ่งจลนพลศาสตร์ที่มั่นใจได้โดยการพึ่งพา Michaelis-Menten มีบทบาทสำคัญในการลำเลียงกลูโคสผ่านเมมเบรนของเม็ดเลือดแดงถูกกำหนดให้กับโพลีเปปไทด์ย่านความถี่ 4.5 (โปรตีนที่มี MW 55 kD เป็นผลิตภัณฑ์จากการสลายที่เป็นไปได้ของโพลีเปปไทด์ย่านความถี่ 3) มีการเสนอว่าโปรตีนที่ขนส่งน้ำตาลในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงมีสภาพแวดล้อมของไขมันจำเพาะ
การกระจายไอออนบวกแบบโมโนวาเลนต์ที่ไม่สม่ำเสมอในระบบพลาสมาของเม็ดเลือดแดง-เลือดจะคงอยู่โดยการมีส่วนร่วมของปั๊ม Na+ ที่ขึ้นกับพลังงาน ซึ่งดำเนินการแลกเปลี่ยนเมมเบรนของไอออนของเม็ดเลือดแดง Na+ กับไอออน K+ ในพลาสมาในเลือดในอัตราส่วน 3:2 นอกเหนือจากการแลกเปลี่ยนเมมเบรน Na+/K+ ที่ระบุแล้ว ปั๊ม Na+ ยังดำเนินกระบวนการขนส่งเพิ่มเติมอีกอย่างน้อยสี่กระบวนการ: Na+ → การแลกเปลี่ยน Na+; K+→K+แลกเปลี่ยน; อินพุตเดี่ยวของ Na+ ไอออนควบคู่กับเอาต์พุตของ K+
พื้นฐานระดับโมเลกุลของปั๊ม Na+ คือเอนไซม์ Na+, K+ -ATPase ซึ่งเป็นโปรตีนสำคัญที่เกี่ยวข้องกับไขมันของเมมเบรนอย่างแน่นหนา ประกอบด้วยหน่วยย่อยโพลีเปปไทด์ 2 หน่วยที่มี MW 80-100 kDa
ระบบการขนส่งมีจุดศูนย์กลาง 3 จุดที่จับไอออน Na+ ซึ่งอยู่ที่ด้านไซโตพลาสซึมของเมมเบรน ที่ด้านนอกของเมมเบรนในระบบขนส่งจะมีจุดรวม 2 จุดสำหรับ K+ ไอออน เมมเบรนฟอสโฟลิพิดมีบทบาทสำคัญในการรักษาการทำงานของเอนไซม์ในระดับสูง
รับประกันการทำงานของปั๊ม Ca2+ ด้วยนิวคลีโอไทด์ เช่นเดียวกับสารประกอบพลังงานสูง ซึ่งส่วนใหญ่เป็น ATP, CTP, GTP และ GTP และ CTP ในระดับที่น้อยกว่า
เช่นเดียวกับในกรณีของปั๊ม Na+ การทำงานของปั๊ม Ca2+ ในเม็ดเลือดแดงมีความเกี่ยวข้องกับการแสดงออกฤทธิ์ของ Ca2+, Mg2+ -ATPase Ca2+, Mg2+ -ATPase ประมาณ 700 โมเลกุลพบได้ในเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงหนึ่งเม็ด
นอกเหนือจากฟังก์ชันกั้นและการขนส่งแล้ว เมมเบรนของเม็ดเลือดแดงยังทำหน้าที่รับอีกด้วย
การทดลองพบว่ามีตัวรับอินซูลิน, เอนโดเทลิน, เซรูโลพลาสมิน, a2-macroglobulin, α-และβ-adrenergic บนเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดง บนพื้นผิวของเซลล์เม็ดเลือดแดงมีตัวรับไฟบริโนเจนซึ่งมีความจำเพาะค่อนข้างสูง เซลล์เม็ดเลือดแดงยังมีตัวรับฮิสตามีน TxA2 และพรอสตาไซคลินบนเยื่อหุ้มเซลล์
ตัวรับของ catecholamines ซึ่งลดการเคลื่อนไหวจะพบได้ในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง กรดไขมันไขมันของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงตลอดจนเสถียรภาพออสโมติกของเม็ดเลือดแดง
มีการสร้างการปรับโครงสร้างโครงสร้างเมมเบรนของเม็ดเลือดแดงภายใต้อิทธิพลของอินซูลินความเข้มข้นต่ำ ฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์ และพรอสตาแกลนดิน E และ E2
ในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง กิจกรรมของ c-AMP ก็สูงเช่นกัน ด้วยความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของ c-AMP ในเม็ดเลือดแดง (สูงถึง 10-6 M) กระบวนการของโปรตีนฟอสโฟรีเลชั่นจะเข้มข้นขึ้น ซึ่งจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงระดับของฟอสโฟรีเลชั่นและการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงเป็นไอออน Ca2+
เยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงประกอบด้วยไอโซแอนติเจน ระบบต่างๆปฏิกิริยาทางภูมิคุ้มกันที่กำหนดกลุ่มความร่วมมือของเลือดมนุษย์ตามระบบเหล่านี้
โครงสร้างแอนติเจนของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง
เยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วยแอนติเจนหลากหลายชนิด กลุ่ม และความจำเพาะของแต่ละบุคคล isoantigens ของเม็ดเลือดแดงมีสองประเภทที่กำหนดความจำเพาะของกลุ่มเลือดมนุษย์ - agglutinogens A และ B ดังนั้นจึงพบ isoantibodies สองประเภทในพลาสมาหรือซีรั่ม - agglutinins α และ β เลือดมนุษย์ไม่มีแอกกลูติโนเจนและแอกกลูตินินเหมือนกัน การประชุมและการมีปฏิสัมพันธ์ของพวกเขาสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการถ่ายเลือดของกลุ่มเลือดที่เข้ากันไม่ได้ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาของการเกาะติดกันและภาวะเม็ดเลือดแดงแตกของเซลล์เม็ดเลือดแดง
ดังที่ทราบกันดีว่ากลุ่มเลือด I (0) มีลักษณะเฉพาะคือไม่มี agglutinogens A และ B ในเม็ดเลือดแดงโดยมี agglutinins α และ β ในพลาสมาหรือซีรัม โดยเกิดขึ้นใน 40-50% ของคนในประเทศยุโรปกลาง
หมู่เลือด II (A) มีลักษณะเฉพาะคือการมี agglutinogen A ในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง ในขณะที่พลาสมาในเลือดประกอบด้วย β agglutinins กรุ๊ปเลือดนี้พบได้บ่อยในคน 30-40%
กลุ่มเลือด III (B) มีลักษณะเฉพาะคือการมี agglutinogen B ในเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงและในพลาสมาหรือซีรั่ม - โดยมีประเภทα agglutinins กรุ๊ปเลือดนี้เกิดขึ้นในประมาณ 10% ของประชากร
หมู่เลือด IV (AB) มีลักษณะเฉพาะคือการมี agglutinogens A และ B คงที่ในเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง ในขณะที่ไม่มี agglutinins α และ β ตามธรรมชาติในพลาสมาหรือซีรั่มในเลือด กรุ๊ปเลือดนี้เกิดขึ้นใน 6% ของประชากร
การควบคุมทางพันธุกรรมของระบบแอนติเจน A, B, O ของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงนั้นแสดงโดยยีน O, H, A, B ซึ่งแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในแขนยาวของโครโมโซมคู่ที่ 9
Agglutinins α และ β อยู่ในคลาส Ig M ซึ่งเป็นแอนติบอดีตามธรรมชาติเกิดขึ้นในเด็กในปีแรกของชีวิต โดยมีอายุสูงสุด 8 - 10 ปี
อันดับที่สองในบรรดาคุณสมบัติของแอนติเจนของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงในความสำคัญทางคลินิกนั้นถูกครอบครองโดยระบบ Rh - Hr ปัจจัย Rh ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 1940 โดย K. Landsteiner และ A. Wiener พบในเซลล์เม็ดเลือดแดงใน 85% ของคนผิวขาว 15% ของคนขาดแอนติเจนของเม็ดเลือดแดงเหล่านี้ ปัจจุบันลักษณะไลโปโปรตีนของแอนติเจนของระบบนี้ถูกสร้างขึ้นแล้ว มีประมาณ 20 ชนิด พวกมันก่อตัวรวมกันหลายแบบในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง แอนติเจนจำพวกที่พบมากที่สุดคือ 6 สายพันธุ์: Rh0 (D), rh’ (C), rh’’ (E), Hr0 (d), hr’ (c), hr’’ (e) แอนติเจนที่ทรงพลังที่สุดของกลุ่มนี้คือ Rh0 (D)
แอนติบอดีของระบบ Rh และ Hr - ได้รับ anti-rhesusagglutinins, ภูมิคุ้มกัน, ขาดในเลือดของคน Rh (-) ตั้งแต่ช่วงแรกเกิด, ถูกสังเคราะห์ขึ้นในระหว่างการถ่ายเลือด Rh (+) ครั้งแรกไปยัง Rh (- ) ผู้รับตลอดจนในระหว่างตั้งครรภ์ครั้งแรกของผลไม้ผู้หญิง Rh (-) (+) ในระหว่างการตั้งครรภ์ครั้งแรก แอนติบอดีเหล่านี้จะถูกสังเคราะห์อย่างช้าๆ เป็นเวลาหลายเดือนด้วยระดับไทเทอร์เล็กๆ โดยไม่ก่อให้เกิดโรคแทรกซ้อนร้ายแรงในมารดาและทารกในครรภ์ เมื่อบุคคล Rh-negative สัมผัสซ้ำกับเซลล์เม็ดเลือดแดง Rh-positive อาจเกิดความขัดแย้งระหว่าง Rh ได้ แอนติบอดีของระบบ Rh - Hr อยู่ในคลาส Ig G ดังนั้นพวกมันจึงเจาะทะลุสิ่งกีดขวางรกได้อย่างง่ายดายทำให้เกิดปฏิกิริยาการเกาะติดกันและภาวะเม็ดเลือดแดงแตกของเม็ดเลือดแดงของทารกในครรภ์ซึ่งมาพร้อมกับการพัฒนาของโรคดีซ่านจากเม็ดเลือดแดงในทารกแรกเกิด ในกรณีที่มีการถ่ายเลือดของผู้บริจาคและผู้รับที่ไม่เข้ากันกับแอนติเจน Rh ซ้ำหลายครั้ง อาจเกิดการช็อกจากการถ่ายเลือดได้
ลิงค์บรรณานุกรม
Chesnokova N.P. , Ponukalina E.V. , Bizenkova M.N. การบรรยาย 2. คุณสมบัติของโครงสร้างและหน้าที่ของเมมเบรนของเม็ดเลือดแดง // ความก้าวหน้าในวิทยาศาสตร์ธรรมชาติสมัยใหม่ – พ.ศ. 2558 – ลำดับที่ 1-2. – หน้า 328-331;URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=34842 (วันที่เข้าถึง: 25/10/2019) เรานำเสนอนิตยสารที่คุณจัดพิมพ์โดยสำนักพิมพ์ "Academy of Natural Sciences"
ไลโปโซมหรือถุงฟอสโฟลิพิด (ตุ่ม) มักได้มาโดยการทำให้ฟอสโฟลิพิดแห้งบวมน้ำหรือโดยการฉีดสารละลายของลิพิดลงในน้ำ ในกรณีนี้จะเกิดการประกอบตัวเองของเยื่อหุ้มไขมันสองโมเลกุล พลังงานกิ๊บส์ขั้นต่ำสอดคล้องกับรูปร่างลาเมลลาร์เดี่ยวทรงกลมปิดของเมมเบรน ในกรณีนี้ หางที่ไม่ชอบน้ำแบบมีขั้วทั้งหมดจะอยู่ภายในเมมเบรน และไม่มีหางใดสัมผัสกับโมเลกุลของน้ำขั้วโลก (รูปที่ 1.11) อย่างไรก็ตามไลโปโซมหลายชั้นที่ไม่ใช่ทรงกลมซึ่งประกอบด้วยชั้นสองโมเลกุลหลายชั้นมักได้รับมากกว่า - ไลโปโซมหลายชั้น
ข้าว. 1.11.โครงร่างโครงสร้างของไลโปโซมชั้นเดียว
ชั้นสองโมเลกุลแต่ละชั้นของไลโปโซมหลายชั้นจะถูกแยกออกจากกันด้วยตัวกลางที่เป็นน้ำ ความหนาของชั้นไขมันนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะของไขมันคือ 6.5 - 7.5 นาโนเมตร และระยะห่างระหว่างพวกมันคือ 1.5 - 2 นาโนเมตร เส้นผ่านศูนย์กลางของไลโปโซมหลายชั้นมีตั้งแต่ 60 นาโนเมตรถึง 400 นาโนเมตรหรือมากกว่า
ไลโปโซมชั้นเดียวสามารถหาได้จากวิธีการต่างๆ เช่น จากการแขวนลอยของไลโปโซมหลายชั้นโดยการรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ เส้นผ่านศูนย์กลางของไลโปโซมชั้นเดียวที่ได้จากวิธีนี้คือ 25-30 นาโนเมตร นอกจากนี้ ยังมีการพัฒนาวิธีการอื่นๆ ในการผลิตไลโปโซมชั้นเดียว รวมถึงวิธีที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงถึง 400 นาโนเมตรขึ้นไป
ไลโปโซมถือเป็นต้นแบบของเซลล์ในทางใดทางหนึ่ง ทำหน้าที่เป็นต้นแบบในการศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ของเยื่อหุ้มเซลล์
ไลโปโซมพบการประยุกต์ใช้ในทางการแพทย์โดยตรง ตัวอย่างเช่น ยาสามารถถูกห่อหุ้มไว้ภายในไลโปโซมและใช้เป็นไมโครแคปซูลฟอสโฟไลปิดเพื่อส่งยาไปยังอวัยวะและเนื้อเยื่อจำเพาะ ไลโปโซมไม่เป็นพิษ (ด้วยการเลือกไขมันที่ถูกต้อง) ถูกร่างกายดูดซึมได้อย่างสมบูรณ์ และสามารถเอาชนะอุปสรรคทางชีวภาพบางประการได้ ดังนั้นอินซูลินที่อยู่ในไลโปโซมจึงได้รับการปกป้องจากการทำงานของเอนไซม์ย่อยอาหาร ปัจจุบัน มีการสำรวจความเป็นไปได้ในการใช้ยานี้ในไลโปโซมทางปาก ซึ่งสามารถช่วยผู้ป่วยโรคเบาหวานจากความจำเป็นในการฉีดยาอย่างเป็นระบบ งานอยู่ระหว่างการพัฒนาวิธีการรักษาด้วยไลโปโซมสำหรับเนื้องอก การขาดเอนไซม์ และโรคหลอดเลือด กำลังศึกษาความเป็นไปได้ของการส่งมอบยาที่กำหนดเป้าหมายซึ่งอยู่ในไลโปโซมไปยังอวัยวะที่เป็นโรคหรือแม้กระทั่งไปยังบริเวณที่เป็นโรค (โดยเฉพาะไปยังบริเวณที่ได้รับผลกระทบจากหัวใจ)
เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้แนบกับไลโปโซม โมเลกุลโปรตีน- แอนติบอดีต่อแอนติเจนของเมมเบรนที่สอดคล้องกันของอวัยวะเป้าหมาย ไลโปโซมจะถูกส่งผ่านกระแสเลือดไปทั่วร่างกาย และจะคงอยู่เมื่ออยู่ใกล้อวัยวะเป้าหมาย
แม้จะมีโอกาสที่น่าสนใจในการบำบัดด้วยไลโปโซม แต่ก็ยังมีคำถามที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขอีกมากมาย
ข้าว. 1.12.การก่อตัวของเยื่อหุ้มไขมันสองชั้นแบบแบน
เยื่อไขมันสองชั้นแบบแบน (BLM) -เมมเบรนอีกประเภทหนึ่ง เมมเบรนดังกล่าวผลิตขึ้นบนรูเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 1 มม. ในแผ่นพลาสติก (เช่น ฟลูออโรเรซิ่น) ที่แช่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ หยดสารละลายไขมัน (ในแอลกอฮอล์ คลอโรฟอร์ม เฮปเทน หรือตัวทำละลายอื่นๆ) ลงบนรู ตัวทำละลายจะกระจายจากสารละลายลงสู่น้ำ โดยทิ้งฟิล์มไขมันไว้บนรู ฟิล์มนี้จะบางลงเองตามธรรมชาติจนกระทั่งเกิดชั้นไบโมเลกุลที่มีความหนาประมาณ 6 นาโนเมตร ไขมันส่วนเกินจะสะสมในรูปของขอบพรูที่ขอบรู (รูปที่ 1.12)
เยื่อหุ้มไขมันในแนวระนาบพร้อมกับไลโปโซม ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นแบบจำลองในการศึกษาคุณสมบัติทางไฟฟ้าของเมมเบรน การซึมผ่านของเมมเบรน และการศึกษาทางวิทยาศาสตร์อื่นๆ เมื่อใช้แบบจำลองเมมเบรน มีการศึกษาฟังก์ชันต่างๆ ของเมมเบรนชีวภาพ รวมถึงฟังก์ชันของสิ่งกีดขวาง (เช่น การเลือกความสามารถในการซึมผ่าน - การซึมผ่านที่ดีของน้ำและการซึมผ่านของไอออนต่ำ) การขนส่งทางชีวภาพสามารถจำลองได้ด้วยการแนะนำ เมมเบรนรุ่นโมเลกุลพาหะ
คำถามทดสอบ, งาน, การมอบหมายงาน
1. ความจุไฟฟ้าจำเพาะของเมมเบรนแอกซอนซึ่งวัดโดยไมโครอิเล็กโทรดในเซลล์มีค่าเท่ากับ 0.5 ไมโครฟารัด/ซม.2 ใช้สูตรของตัวเก็บประจุแบบแบนประมาณความหนาของชั้นที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรนโดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กทริกเท่ากับ 2
2. โมเลกุลฟอสโฟไลปิดเดินทางบนพื้นผิวของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงใน 1 วินาทีเป็นระยะทางเท่าใดอันเป็นผลมาจากการแพร่กระจายด้านข้าง ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายด้านข้างจะอยู่ที่ 10~ 12 m 2 /s เปรียบเทียบกับเส้นรอบวงเม็ดเลือดแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 ไมครอน
3. ในระหว่างการเปลี่ยนเฟสของเมมเบรนฟอสโฟลิพิดจากสถานะผลึกเหลวเป็นเจล ความหนาของชั้นสองชั้นจะเปลี่ยนไป ความจุไฟฟ้าของเมมเบรนจะเปลี่ยนไปอย่างไร? ความตึงเครียดจะเปลี่ยนไปขนาดไหน สนามไฟฟ้าในเมมเบรนเหรอ?
4. การใช้โมเลกุลฟอสโฟไลปิดที่มีฉลากหมุน ทำให้เกิดการไล่ระดับความหนืดทั่วทั้งความหนาของเมมเบรน อธิบายการทดลอง ความหนืดจะสูงกว่าตรงไหน: ที่พื้นผิวของเมมเบรนหรือตรงกลาง
การทดสอบการควบคุมกระแสไฟฟ้ามาตรฐาน
1.1. ความหนาของเยื่อชีวภาพ:
1. 10 แอมป์ 3.0.1 µm
2. 10 นาโนเมตร 4. 10 ไมโครเมตร
1.2. แบบจำลองโมเสกของเหลวของเมมเบรนชีวภาพประกอบด้วย:
1.ชั้นโปรตีน โพลีแซ็กคาไรด์ และไขมันบนพื้นผิว!
2. ไขมัน monolayer และคอเลสเตอรอล
3. ลิพิด ไบเลเยอร์ โปรตีน ไมโครฟิลาเมนต์
4. ลิพิด ไบเลเยอร์
1.3. ส่วนไขมันของเยื่อหุ้มชีวภาพมีสถานะทางกายภาพดังต่อไปนี้:
1. สัณฐานของเหลว
2. ผลึกแข็ง
3. ของแข็งไม่มีรูปร่าง
4.คริสตัลเหลว
1.4. ความจุไฟฟ้าจำเพาะของเมมเบรนแอกซอน:
1. 0.5 10 -4 F/ม. 2 3. 0.5 10 -2 F/ซม. 2
2. 0.5 Yu -2 F/ม. 2 4. 0.5 10 -12 F/ม. 2
1.5. เวลาที่เป็นลักษณะเฉพาะของการถ่ายโอนโมเลกุลฟอสโฟไลปิดจากตำแหน่งสมดุลหนึ่งไปยังอีกตำแหน่งหนึ่งระหว่างการแพร่กระจาย:
ฟลิปฟล็อปด้านข้าง
1. 10 -7 – 10 -8 ~1 ชั่วโมง
2. 10 -10 – 10 -12 10 -7 – 10 -8 วินาที
3. 1 – 2 ชั่วโมง 10 – 50 วิ
1.6. การเปลี่ยนเฟสของไขมัน bilayer ของเมมเบรนจากสถานะผลึกเหลวไปเป็นเจลจะมาพร้อมกับ:
1. การผอมบางของเมมเบรน
2. ความหนาของเมมเบรนไม่เปลี่ยนแปลง
3. ความหนาของเมมเบรน
บทที่ 2 การขนส่งสารผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพ
ระบบการดำรงชีวิตในทุกระดับขององค์กร - ระบบเปิด- ดังนั้นการลำเลียงสารผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพจึงเป็น สภาพที่จำเป็นชีวิต. กระบวนการเมแทบอลิซึมของเซลล์, กระบวนการพลังงานชีวภาพ, การก่อตัวของศักยภาพทางชีวภาพ, การสร้างแรงกระตุ้นของเส้นประสาท ฯลฯ เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ การละเมิดการขนส่งของสารผ่านไบโอเมมเบรนทำให้เกิดโรคต่างๆ การรักษามักเกี่ยวข้องกับการแทรกซึมของยาผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ประสิทธิผลของยาส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความสามารถในการซึมผ่านของเมมเบรน
คุ้มค่ามากเพื่ออธิบายการขนส่งสารมีแนวคิดเกี่ยวกับศักยภาพทางเคมีไฟฟ้า
ศักยภาพทางเคมีของสารที่กำหนด μk คือค่าในเชิงตัวเลขเท่ากับพลังงานกิ๊บส์ต่อหนึ่งโมลของสารนี้ ในทางคณิตศาสตร์ ศักย์เคมีถูกกำหนดให้เป็นอนุพันธ์ย่อยของพลังงานกิ๊บส์ G เทียบกับปริมาณ k-ro ของสาร ที่อุณหภูมิคงที่ T ความดัน P และปริมาณของสารอื่นๆ ทั้งหมด m 1 (l≠k):
สำหรับสารละลายเจือจางความเข้มข้นของสาร C:
โดยที่ μ Q คือศักย์เคมีมาตรฐาน ซึ่งเท่ากับตัวเลขของศักย์เคมีของสารที่กำหนดที่ความเข้มข้น 1 โมล/ลิตรในสารละลาย
ศักย์ไฟฟ้าเคมี μ คือค่าในเชิงตัวเลขเท่ากับพลังงานกิ๊บส์ G ต่อหนึ่งโมลของสารที่กำหนดที่วางอยู่ในสนามไฟฟ้า
สำหรับสารละลายเจือจาง
โดยที่ F = 96500 C/mol คือเลขฟาราเดย์ Z คือประจุของอิเล็กโทรไลต์ไอออน (ในหน่วยประจุพื้นฐาน) φ คือศักย์ของสนามไฟฟ้า T [K] คืออุณหภูมิ
การเคลื่อนย้ายสารผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทหลัก ๆ ได้แก่ แบบพาสซีฟและแอคทีฟ
การขนส่งที่ใช้งานอยู่ - การถ่ายโอนโมเลกุลและไอออนซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับการใช้พลังงานเคมีไปในทิศทางจากค่าเล็กไปหาค่ามากขึ้น.
ในกรณีนี้โมเลกุลที่เป็นกลางจะถูกถ่ายโอนไปยังพื้นที่ที่มีความเข้มข้นสูงกว่าและไอออนจะถูกถ่ายโอนจากแรงที่กระทำต่อพวกมันจากสนามไฟฟ้า ดังนั้นการขนส่งแบบแอคทีฟจะดำเนินการถ่ายโอนสารในทิศทางตรงกันข้ามกับการขนส่งซึ่งควรเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการไล่ระดับสี (ความเข้มข้นหลักและไฟฟ้า) พลังงานได้มาจากการไฮโดรไลซิสของโมเลกุลของสารประกอบเคมีพิเศษ - adenosine triphosphoric acid (ATP) มีการทดลองพบว่าพลังงานสลายตัวของโมเลกุล ATP หนึ่งโมเลกุลเพียงพอที่จะกำจัดโซเดียมไอออน 3 ไอออนภายนอกและนำโพแทสเซียมไอออน 2 ไอออนเข้าไปในเซลล์ แผนภาพของการขนส่งที่ใช้งานอยู่แสดงไว้ในรูปที่ 13
เมื่อจับโพแทสเซียมไอออนจากสภาพแวดล้อมภายนอกด้วยศูนย์แอคทีฟหนึ่งแห่ง และโซเดียมไอออนจากสภาพแวดล้อมภายในด้วยอีกจุดหนึ่ง ระบบซึ่งใช้ ATP จะหมุน 180° ภายในเมมเบรน โซเดียมไอออนจบลงนอกเซลล์และถูกแยกออกจากกันที่นั่น และโพแทสเซียมไอออนจะเข้าไปข้างในและถูกปล่อยออกมาเช่นกัน หลังจากนั้นโมเลกุลโปรตีนจะเข้าสู่ตำแหน่งเดิม และทุกอย่างเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง
เนื่องจากการขนส่งแบบแอคทีฟ เซลล์จึงรักษาความเข้มข้นของโพแทสเซียมในระดับสูงและโซเดียมที่มีความเข้มข้นต่ำไว้ภายในตัวมันเอง ในกรณีนี้ ไอออนสามารถเคลื่อนที่สวนทางกับการไล่ระดับความเข้มข้นได้ (การเปรียบเทียบกับแก๊ส: การสูบก๊าซจากถังที่มีความดันต่ำไปยังถังที่มีแรงดันสูง)
มะเดื่อ 13.โครงการขนส่งที่ใช้งานอยู่
การเคลื่อนย้ายสารอย่างแข็งขันผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากการขนส่งแบบแอคทีฟ การไล่ระดับความเข้มข้น การไล่ระดับศักย์ไฟฟ้า การไล่ระดับความดัน ฯลฯ ถูกสร้างขึ้นในร่างกายที่รองรับกระบวนการชีวิต เช่น จากมุมมองของอุณหพลศาสตร์ การขนส่งแบบแอคทีฟทำให้ร่างกายอยู่ในสถานะไม่สมดุลและสนับสนุน ชีวิต.
การดำรงอยู่ของการขนส่งสารแบบแอคทีฟผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพได้รับการพิสูจน์ครั้งแรกในการทดลองของ Ussing (1949) โดยใช้ตัวอย่างการถ่ายโอนโซเดียมไอออนผ่านผิวหนังของกบ (รูปที่ 14)
ข้าว. 14- โครงการทดลองของ Ussing (A - แอมมิเตอร์, V - โวลต์มิเตอร์, B - แบตเตอรี่, P - โพเทนชิออมิเตอร์)
ห้องทดลองของ Ussing ซึ่งเต็มไปด้วยสารละลายของริงเกอร์ปกติ ถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนด้วยหนังกบที่แยกออกมาใหม่ ในรูปที่ 14 ทางด้านซ้ายคือพื้นผิวเยื่อเมือกด้านนอกของผิวหนัง ทางด้านขวาคือเซรุ่มด้านใน สังเกตการไหลของไอออนโซเดียมผ่านผิวหนังของกบ: จากซ้ายไปขวาจากด้านนอกสู่พื้นผิวด้านในและจากขวาไปซ้าย - จากด้านในสู่พื้นผิวด้านนอก
ความแตกต่างที่เป็นไปได้เกิดขึ้นบนผิวหนังกบที่แบ่งสารละลายของริงเกอร์ โดยด้านในของผิวหนังมีศักยภาพเชิงบวกเมื่อเทียบกับด้านนอก การติดตั้งมีหน่วยชดเชยแรงดันไฟฟ้า โดยตั้งค่าความต่างศักย์บนผิวหนังของกบเป็นศูนย์ ซึ่งควบคุมโดยโวลต์มิเตอร์ นอกจากนี้ความเข้มข้นของไอออนยังคงเดิมทั้งด้านนอกและด้านใน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ หากการขนส่งโซเดียมไอออนผ่านผิวหนังของกบถูกกำหนดโดยการขนส่งแบบพาสซีฟเท่านั้น การไหลของโซเดียมไอออนควรจะเท่ากันและจะไม่มีกระแสไฟฟ้าในวงจร
อย่างไรก็ตาม พบว่าภายใต้สภาวะการทดลอง (ไม่มีการไล่ระดับของศักย์ไฟฟ้าและความเข้มข้น) ไหลผ่านผิวหนังของกบ กระแสไฟฟ้าดังนั้นจึงเกิดการถ่ายโอนอนุภาคที่มีประจุทางเดียว เป็นที่ยอมรับกันว่ากระแสไหลผ่านผิวหนังจากภายนอกสู่สภาพแวดล้อมภายใน เมื่อใช้วิธีการแท็กอะตอม พบว่าฟลักซ์ขาเข้าของโซเดียมมากกว่าฟลักซ์ภายนอก
ในการทำเช่นนี้ ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี Na 22 ถูกรวมไว้ในสารละลายด้านซ้ายของห้องทดลอง และ Na 24 อยู่ในสารละลายที่ถูกต้อง ไอโซโทป Na 22 สลายตัวเมื่อมีการปล่อยฮาร์ดควอนตัมγ การสลายของ Na 24 จะมาพร้อมกับรังสีบีตาอ่อนๆ การลงทะเบียนการแผ่รังสี γ - และ β - แสดงให้เห็นว่าฟลักซ์ Na 22 มากกว่าฟลักซ์ Na 24 ข้อมูลการทดลองเหล่านี้เป็นหลักฐานที่หักล้างไม่ได้ว่าการขนส่งไอออนโซเดียมผ่านผิวหนังของกบไม่เป็นไปตามสมการการขนส่งแบบพาสซีฟ ดังนั้นจึงมีการถ่ายโอนที่ใช้งานอยู่การทดลองเพิ่มเติมแสดงให้เห็นว่าการสูญเสีย ATP สำรองในผิวหนังของกบทำให้ไอออนโซเดียมหยุดไหลในทิศทางเดียวโดยสมบูรณ์
3. วัตถุประสงค์ของกิจกรรมของนักเรียนในชั้นเรียน:
นักเรียนจะต้องรู้:
1. บทบาทของเมมเบรนในการทำงานของเซลล์
2. โครงสร้าง โครงสร้าง และแบบจำลองของเมมเบรน
3.หน้าที่ของเมมเบรน
4. คุณสมบัติทางกายภาพของเมมเบรน
5. สมการของฟิค
6. สมการเนิร์สต์-พลังค์
7. ประเภทของการขนส่งอนุภาคแบบพาสซีฟผ่านเมมเบรน
8. การเคลื่อนย้ายอนุภาคผ่านเมมเบรน
นักเรียนจะต้องสามารถ:
1. อธิบายโครงสร้างของเมมเบรน
2. อธิบายแบบจำลองเมมเบรนเทียม
3. อธิบายกลไกการเคลื่อนย้ายแบบพาสซีฟผ่านเมมเบรน
4. อธิบายกลไกการเคลื่อนย้ายแบบแอคทีฟผ่านเมมเบรน
5. แก้ไขปัญหาสถานการณ์
1. โครงสร้างของเยื่อหุ้มชีวภาพ
2. แบบจำลองโมเสคเหลวของเมมเบรน
3. แบบจำลองเมมเบรนเทียม
4. หน้าที่พื้นฐานของเยื่อหุ้มเซลล์
5. คุณสมบัติทางกายภาพของเมมเบรน
6. การถ่ายเทโมเลกุล (อะตอม) ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ สมการของฟิค
7. การถ่ายโอนไอออนผ่านเมมเบรน สมการเนิร์นสต์-พลังค์
8. ประเภทของการขนส่งโมเลกุลและไอออนแบบพาสซีฟผ่านเยื่อหุ้มเซลล์
9. การขนส่งที่ใช้งานอยู่ ประสบการณ์การใช้งาน.
10. การแก้ปัญหาสถานการณ์
5.รายการคำถามเพื่อตรวจสอบระดับความรู้เบื้องต้น:
1. เยื่อหุ้มชีวภาพคืออะไร?
2. พื้นฐานของเมมเบรนคืออะไร?
3. เหตุใดจึงใช้แบบจำลองเมมเบรนเคมีกายภาพ (เทียม)
4. อธิบายแบบจำลองโมเสกเหลวของเมมเบรน
5. การแพร่กระจายด้านข้างคืออะไร? การเปลี่ยนแปลงแบบ flop-flop?
6. หน้าที่หลักของเมมเบรนคืออะไร และมีหน้าที่อะไรบ้าง?
7. เขียนสมการ Fick และ Nernst-Planck พวกเขาอธิบายกระบวนการอะไร?
8. ความคล่องตัวเรียกว่าอะไร?
9. การขนส่งแบบพาสซีฟคืออะไร? การขนส่งแบบพาสซีฟประเภทใดบ้าง?
10. การขนส่งแบบแอคทีฟคืออะไร? สำเร็จได้อย่างไร?
11. การขนส่งสารเชิงรุกมีความสำคัญอย่างไร?
12. อธิบายปรากฏการณ์การถ่ายโอนสสารและประจุผ่านเมมเบรน
13. จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเซลล์ถูกวางในน้ำสะอาด?
6 . รายการคำถามเพื่อตรวจสอบความรู้ขั้นสุดท้าย:
1. อธิบายแบบจำลองของเยื่อหุ้มไขมัน พวกเขาใช้ที่ไหน?
2. อธิบายคุณสมบัติทางกายภาพของเมมเบรน
3. ในระหว่างการเปลี่ยนเฟสของเมมเบรนฟอสโฟลิพิดจากสถานะผลึกเหลวเป็นเจล ความหนาของชั้นสองชั้นจะเปลี่ยนไป ความจุไฟฟ้าของเมมเบรนจะเปลี่ยนไปอย่างไร? ความแรงของสนามไฟฟ้าในเมมเบรนจะเปลี่ยนไปอย่างไร?
4. ใช้สมการของ Fick กับเยื่อหุ้มชีวภาพ
5. เขียนและอธิบายสมการเนิร์สต์-พลังค์
6. จงแสดงว่าสมการเนิร์นสต์-พลังค์ลดลงเหลือสมการฟิคสำหรับการแพร่ของอนุภาคที่ไม่มีประจุ
7. อธิบายประเภทของการขนส่งแบบพาสซีฟ
8. ความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์สำหรับโมเลกุลของน้ำนั้นสูงกว่าไอออนประมาณ 10 เท่า จะเกิดอะไรขึ้นหากความเข้มข้นของสารออกฤทธิ์ออสโมติก (เช่น Na+ ไอออน) เพิ่มขึ้นในสารละลายน้ำไอโซโทนิกที่มีเซลล์เม็ดเลือดแดง
9. บรรยายประสบการณ์ของ Ussing
7. แก้ไขปัญหา:
1. โมเลกุลฟอสโฟลิพิดเดินทางบนพื้นผิวของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงในระยะทางเท่าใดใน 1 วินาทีอันเป็นผลมาจากการแพร่กระจายด้านข้าง ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายด้านข้างมีค่าเท่ากับ 10 -12 m 2 /s เปรียบเทียบกับเส้นรอบวงเม็ดเลือดแดงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 ไมครอน
2. ความจุไฟฟ้าจำเพาะของเมมเบรนแอกซอนซึ่งวัดโดยไมโครอิเล็กโทรดในเซลล์มีค่าเท่ากับ 0.5 μF/cm 2 ใช้สูตรสำหรับตัวเก็บประจุแบบแบนประมาณความหนาของชั้นที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรนโดยมีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกเท่ากับ 2
3. ความหนาของชั้นสองชั้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างเมมเบรนและอิเล็กโทรไลต์นั้นมีลักษณะเฉพาะคือรัศมี Debye δ - กำหนด δ สำหรับกรณีที่สารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่อยู่รอบเมมเบรนมีเพียงโพแทสเซียมไอออนที่มีความเข้มข้น 1) 10 -5 โมล/ลิตร; 2) 10 -2 โมล/ลิตร
4. ค้นหารัศมี Debye ของการคัดกรองที่สร้างโดยแคลเซียมไอออนที่มีอยู่ในสารละลายที่มีความเข้มข้น 10 -5 โมล/ลิตร และโซเดียมไอออนที่มีความเข้มข้น 10 -4 โมล/ลิตร มันจะเปลี่ยนไปขนาดไหน. δ, ถ้าสารละลายมีเพียงแคลเซียมไอออนที่ความเข้มข้น 10 -4 โมล/ลิตร?
5. รัศมีวิกฤติของรูพรุนของไขมันในเมมเบรนขึ้นอยู่กับความตึงของขอบของรูพรุน แรงตึงผิวของเมมเบรน และศักยภาพของเมมเบรน หาสูตรสำหรับรัศมีรูพรุนวิกฤติ คำนวณรัศมีรูพรุนวิกฤติในกรณีที่ไม่มีศักยภาพของเมมเบรน สมมติว่าความตึงของขอบของรูพรุนคือ 10 -11 N แรงตึงผิวของชั้นไลปิดคือ 0.3 mN/m
6. ความเข้มข้นของออกซิเจนในชั้นบรรยากาศ ด้วย= 9 โมล/ม. ออกซิเจนแพร่กระจายจากพื้นผิวลำตัวของแมลงเข้าด้านในผ่านท่อที่เรียกว่าหลอดลม ความยาวของหลอดลมโดยเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ ชม.= 2 มม. และพื้นที่หน้าตัด ส= 2∙10 -9 ตร.ม. สมมติว่าความเข้มข้นของออกซิเจนภายในแมลง ( กับ) คือครึ่งหนึ่งของความเข้มข้นของออกซิเจนในบรรยากาศ คำนวณฟลักซ์การแพร่ผ่านหลอดลม ค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายของออกซิเจน ดี= 10 -5 ม.2 /วินาที
7. ฟอสโฟไลปิดไบเลเยอร์เปรียบเสมือนเมมเบรนชีวภาพกับตัวเก็บประจุ สารเมมเบรนเป็นอิเล็กทริกที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กทริก ε = 4. ความต่างศักย์ระหว่างพื้นผิวเมมเบรน คุณ= 0.2 V ที่ความหนา ง= 10 นาโนเมตร คำนวณความจุไฟฟ้าของเมมเบรนขนาด 1 มม. 2 และความแรงของสนามไฟฟ้าในนั้น
8. พื้นที่ผิวของเซลล์มีค่าประมาณเท่ากับ ส=5∙10 -10 ม.2 ความจุไฟฟ้าจำเพาะของเมมเบรน (ความจุต่อหน่วยพื้นผิว) คือ ศาล= 10 -2 ฟุต/ตารางเมตร ในกรณีนี้ศักยภาพระหว่างเซลล์จะเท่ากับ คุณ= 70 มิลลิโวลต์ กำหนด: ก) ปริมาณประจุบนพื้นผิวของเมมเบรน; b) จำนวนไอออนโมโนวาเลนต์ที่ก่อตัวประจุนี้
9. เอนไซม์ Na + - K + - ATPase ในพลาสมาเมมเบรนของเม็ดเลือดแดงเสร็จสมบูรณ์หกรอบ ปริมาณโซเดียมและโพแทสเซียมไอออนถูกขนส่งอย่างแข็งขันเท่าใด? ในกรณีนี้จะใช้พลังงานไปเท่าใดหากการไฮโดรไลซิสของ ATP หนึ่งโมลมาพร้อมกับการปล่อย 33.6 kJ ประสิทธิภาพของกระบวนการเชื่อมต่อพลังงานถือว่า 100%
8. งานอิสระของนักศึกษา:
ใช้ตำราเรียนของ Antonov V.F. และคณะ (§ 15.4.) ทำความคุ้นเคยกับวิธีการทางกายภาพในการกำหนดความหนาของเมมเบรน
9. โครโนกราฟของเซสชั่นการฝึกอบรม:
1. ช่วงเวลาขององค์กร – 5 นาที
2. การวิเคราะห์หัวข้อ – 50 นาที
3. การแก้ปัญหาสถานการณ์ – 40 นาที
4. การควบคุมความรู้ปัจจุบัน – 30 นาที
5. สรุปบทเรียน – 10 นาที
10. รายชื่อวรรณกรรมเพื่อการศึกษาสำหรับบทเรียน:
1.Remizov A.N., Maksina A.G., Potapenko A.Ya. ฟิสิกส์การแพทย์และชีววิทยา, M., Bustard, 2008, §§ 11.1, 11.2, 11.5, 11.6
เลือดและเม็ดเลือดแดง เรายังคงเผยแพร่เนื้อหาเกี่ยวกับเลือดต่อไป
เม็ดเลือดแดงมีลักษณะอย่างไร? ภายใต้สภาวะปกติทางสรีรวิทยาในกระแสเลือด เซลล์เม็ดเลือดแดงจะมีรูปร่างเว้าสองแฉกและมีความหนาสม่ำเสมอตามขอบ และส่วนที่สว่างกว่าตรงกลาง - สีซีด
ในการตรวจด้วยแสง เม็ดเลือดแดงปกติที่ย้อมด้วยสีย้อมที่เป็นกรดเป็นประจำจะมีรูปร่างเหมือนจานที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 6.9-7.7 และสูงถึง 9.0 ไมครอน เซลล์เม็ดเลือดแดงจะถูกแบ่งออกเป็นไมโครไซต์และแมคโครไซต์ ขึ้นอยู่กับขนาดของพวกเขา แต่ส่วนใหญ่จะแสดงด้วยนอร์โมไซต์/ดิสโคไซต์
คุณสมบัติทางสัณฐานวิทยาของเม็ดเลือดแดง
เม็ดเลือดแดงเป็นเซลล์ biconcave แบบนิวเคลียสที่มีปริมาตรเฉลี่ย 90.0 µm 3 และพื้นที่ 142 µm 2 ความหนาสูงสุดคือ 2.4 ไมครอน ขั้นต่ำคือ 1 ไมครอน
ในการเตรียมแบบแห้งขนาดเฉลี่ยของเซลล์เม็ดเลือดแดงคือ 7.55 ไมครอน ของแห้ง 95% มาจากโปรตีนฮีโมโกลบินที่มีธาตุเหล็ก และเพียง 5% จากสารอื่นๆ (โปรตีนและไขมันอื่นๆ) เซลล์ดังกล่าวเป็นตัวแทนของเซลล์เม็ดเลือดแดงส่วนใหญ่ - มากกว่า 85% ของคนที่มีสุขภาพแข็งแรง
รูปแบบนิวเคลียร์ของเชื้อสายเม็ดเลือดแดงสามารถแยกแยะได้ง่ายจากเซลล์ส่วนใหญ่ของเชื้อสายเม็ดเลือดขาวเนื่องจากการไม่มีแกรนูลในไซโตพลาสซึม (ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นได้เฉพาะเมื่อระบุเซลล์ระเบิดเท่านั้น) เม็ดเลือดแดงมีโครมาตินนิวเคลียร์ที่ละเอียดและหนาแน่นมากขึ้น
ช่องตรงกลาง (สีซีด) ของดิสก์เม็ดเลือดแดงคิดเป็น 35 ถึง 55% ของพื้นผิว และในส่วนตัดขวางเม็ดเลือดแดงมีรูปร่างของโดนัท ซึ่งในอีกด้านหนึ่งช่วยให้แน่ใจว่ามีการสงวนฮีโมโกลบินและในด้านหนึ่ง อื่นๆ ช่วยให้เม็ดเลือดแดงสามารถทะลุผ่านเส้นเลือดฝอยที่บางที่สุดได้ แบบจำลองโครงสร้างของเม็ดเลือดแดงที่มีอยู่ในปัจจุบันสอดคล้องกับแนวคิดเกี่ยวกับคุณสมบัติเฉพาะของเซลล์นี้โดยเฉพาะเปลือกของมันซึ่งแม้จะมีความไวต่อแรงกดที่เปลี่ยนรูป แต่ก็ต้านทานการโค้งงอและการเพิ่มขึ้นของพื้นผิวทั้งหมด
ข้อมูลวรรณกรรมระบุว่าขนาดและการเปลี่ยนรูปของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงเป็นลักษณะที่สำคัญที่สุดซึ่งสัมพันธ์กับการทำงานปกติของเซลล์เหล่านี้ รวมถึงความสามารถในการเคลื่อนย้ายสูง การมีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญ (โดยหลักคือการแลกเปลี่ยนออกซิเจน)
การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติไมโครอิลาสโตเมตริกของเม็ดเลือดแดงและ "การเปลี่ยนแปลง" ของดิสก์ไซต์ไปเป็นรูปแบบทางสัณฐานวิทยาอื่น ๆ อาจเกิดจากสารหลายชนิด ดังนั้นการปรากฏตัวของผลพลอยได้ของพื้นผิวทำให้ความยืดหยุ่นของเมมเบรนลดลงซึ่งอาจเกิดจากแรงต้านที่เกิดขึ้นในกระบวนการเปลี่ยนรูปของเม็ดเลือดแดง การเสียรูปจะเพิ่มขึ้นเมื่อความเข้มข้นของ ATP ในเซลล์ลดลง
หากความสมบูรณ์ของเยื่อหุ้มเซลล์ถูกละเมิด เม็ดเลือดแดงจะสูญเสียรูปร่างที่เป็นลักษณะเฉพาะและกลายเป็นสฟีโรพลาสต์ซึ่งในทางกลับกันก็จะทำให้เม็ดเลือดแดงแตก โครงสร้างของเมมเบรนของเม็ดเลือดแดง (ดิสโคไซต์) จะเหมือนกันตลอด; และแม้ว่าข้อเท็จจริงที่ว่าอาจมีรอยกดและนูนในส่วนต่างๆ ของมัน แต่การเปลี่ยนแปลงของความดันภายในหรือนอกเซลล์ที่มีการแพร่กระจาย ±15% ไม่ทำให้เกิดการหดตัวของทั้งเซลล์ เนื่องจากมี "ความสามารถในการต้านการเปลี่ยนรูป" สำรองไว้อย่างมีนัยสำคัญ . เยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงมีความยืดหยุ่นเพียงพอที่จะทนต่อผลกระทบของปัจจัยต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นระหว่างการไหลเวียนของเม็ดเลือดแดงผ่านกระแสเลือด
องค์ประกอบของเมมเบรนเม็ดเลือดแดงประกอบด้วย: ฟอสโฟไลปิด (36.3%), สฟิงโกไมอีลิน (29.6%), โคเลสเตอรอล (22.2%) และไกลโคไลปิด (11.9%) สององค์ประกอบแรกคือโมเลกุลของแอมฟิฟิลิกในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ซึ่งก่อตัวเป็นชั้นไขมันสองชั้นที่มีลักษณะเฉพาะ ซึ่งยังถูกแทรกซึมโดยโมเลกุลโปรตีนที่สำคัญซึ่งสัมพันธ์กันภายในเม็ดเลือดแดงกับโครงร่างโครงร่างของเซลล์
ลิพิดของเมมเบรนมีสถานะเป็นของเหลวและมีความหนืดต่ำ (มีความหนืดของน้ำเพียง 10-100 เท่า) ที่ผิวด้านนอกของเมมเบรนจะมีไขมัน กรดเซียลิก แอนติเจนโอลิโกแซ็กคาไรด์ และโปรตีนที่ถูกดูดซับ พื้นผิวด้านในของเมมเบรนแสดงด้วยเอนไซม์ไกลโคไลติก, โซเดียมและแคลเซียม, ATPase, ไกลโคโปรตีนและเฮโมโกลบิน
ไขมัน bilayer ของเมมเบรนทำหน้าที่สามอย่าง: ฟังก์ชั่นกั้นไอออนและโมเลกุล, โครงสร้างพื้นฐานสำหรับการทำงานของตัวรับและเอนไซม์ (โปรตีน, ไกลโคโปรตีน, ไกลโคลิปิด) และกลไกเชิงกล ในการใช้ฟังก์ชั่นระบบทางเดินหายใจแบบพิเศษ - การขนส่งออกซิเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์ - โปรตีนเมมเบรนมีบทบาทหลักซึ่ง "ในตัว" เข้าไปในชั้นไขมัน bilayer เซลล์เม็ดเลือดแดงที่โตเต็มวัยไม่สามารถสังเคราะห์กรดนิวคลีอิกและฮีโมโกลบินได้ ลักษณะของพวกเขา ระดับต่ำการแลกเปลี่ยนซึ่งทำให้เซลล์เหล่านี้มีอายุยืนยาวพอสมควร (120 วัน)
เมื่อเซลล์เม็ดเลือดแดงมีอายุมากขึ้น พื้นที่ผิวของมันจะลดลง ในขณะที่ปริมาณฮีโมโกลบินยังคงไม่เปลี่ยนแปลง เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในวัยที่ "โตเต็มที่" เซลล์เม็ดเลือดแดงจะคงที่เป็นเวลานาน องค์ประกอบทางเคมีแต่เมื่อเซลล์มีอายุมากขึ้น ปริมาณสารเคมีในเซลล์ก็จะค่อยๆ ลดลง โครงร่างเซลล์ของเม็ดเลือดแดงถูกสร้างขึ้นและควบคุมโดย "ตระกูล" โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับหลายยีนและเมมเบรนซึ่งจัดระเบียบโดเมนเมมเบรนเฉพาะทางที่สนับสนุนการทำงานและรูปแบบของเซลล์ที่มีความเชี่ยวชาญสูงนี้
ศักย์ไฟฟ้าของเม็ดเลือดแดง
เมมเบรนของเม็ดเลือดแดงประกอบด้วยโปรตีน 50% ไขมันสูงถึง 45% และคาร์โบไฮเดรตสูงถึง 10% บนพื้นผิวของเซลล์ที่ไม่บุบสลาย การกระจายประจุ "เครือข่าย" จะถูกกำหนดโดยไกลโคโปรตีนที่มีกรดเซียลิก (นิวทรามิก) ซึ่งกำหนดประจุลบบนพื้นผิวของเซลล์ได้มากถึง 62%
เชื่อกันว่าประจุไฟฟ้าแต่ละครั้งจะสอดคล้องกับกรดนี้ 1 โมเลกุล การสูญเสียกรดเซียลิกจากพื้นผิวของเม็ดเลือดแดงทำให้การเคลื่อนที่ด้วยไฟฟ้า (EPM) ลดลงและการยับยั้งการขนส่งไอออนบวก ดังนั้นบนพื้นผิวของเซลล์จึงมีประจุ "โมเสก" ที่กำหนดโดยกลุ่มประจุบวกและประจุลบซึ่งอัตราส่วนจะกำหนดประจุไฟฟ้าโดยรวมของเม็ดเลือดแดง
เพื่อรักษาสภาวะสมดุลที่เหมาะสม เซลล์เม็ดเลือดจะต้องมีประจุที่เสถียร รับประกันความเสถียรสูงของ EPP ด้วยกลไกการควบคุมที่ละเอียดอ่อน - ความสมดุลของกระบวนการ lipid peroxidation (LPO) ในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงและผลการปกป้องของระบบต้านอนุมูลอิสระ
เป็นที่ยอมรับในเชิงประจักษ์แล้วว่าตัวรับแอนติบอดีนั้นอยู่บนเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงและการมีอยู่ของพวกมันแม้แต่น้อยบนพื้นผิวก็สามารถรบกวนการทำงานทางสรีรวิทยาตามปกติในร่างกายและเปลี่ยน EFP ของเม็ดเลือดแดง สิ่งนี้อาจส่งผลต่อระดับฮีโมโกลบินในระยะหลังเนื่องจากเนื้อหาของฮีโมโกลบินและ EPP มีการประสานงานกันอย่างเคร่งครัด
ก็ต้องคำนึงด้วยว่าเมื่อไร การสัมผัสที่รุนแรงปัจจัยลบที่ส่งผลต่อร่างกาย ผลิตภัณฑ์ lipid peroxidation ส่งผลต่อคุณสมบัติทางไฟฟ้าจลน์ของเซลล์เม็ดเลือดแดง ในทางกลับกัน สิ่งนี้จะสะท้อนให้เห็นในอัตราของกระบวนการเปอร์ออกไซด์ในเยื่อหุ้มของพวกมัน
ต้องขอบคุณแรงผลักไฟฟ้าสถิต (“แรงผลักดัน” ตาม Chizhevsky) ของเซลล์เม็ดเลือดแดงที่มีประจุคล้ายกัน เซลล์เม็ดเลือดแดงจะเคลื่อนที่อย่างอิสระผ่านหลอดเลือด เพื่อทำหน้าที่ขนส่งออกซิเจน ดังนั้นการละเมิดความเสถียรของประจุจึงถือได้ว่าเป็นตัวบ่งชี้สำคัญของการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิวิทยาในร่างกาย
1. จากนี้สรุปได้ว่าเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดงประกอบด้วยโมเลกุลของไขมันที่จัดเรียงเป็นสองชั้น
เห็นได้ชัดว่าข้อสรุปของ Gorter และ Grendel นี้ถูกต้องเพียงเนื่องจากการชดเชยข้อผิดพลาดร่วมกัน แต่ในแง่ประวัติศาสตร์งานนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งตั้งแต่นั้นมาแนวคิดของ bilayer ไขมันเป็นพื้นฐานโครงสร้างของเยื่อหุ้มชีวภาพได้กลายเป็น โดดเด่นและในความเป็นจริงกลับกลายเป็นว่าถูกต้อง
แนวคิดของเมมเบรนลิพิดแบบสองโมเลกุลได้รับการพัฒนาเพิ่มเติมโดยแบบจำลอง Davson-Danielli หรือ "แซนวิช" ที่เสนอในปี พ.ศ. 2478 โดยสันนิษฐานว่าโปรตีนปกคลุมพื้นผิวของชั้นลิพิด มันเป็นแบบจำลองที่ประสบความสำเร็จอย่างผิดปกติ และในช่วง 30 ปีข้างหน้า ข้อมูลการทดลองจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งข้อมูลที่ได้จากการเลี้ยวเบน รังสีเอกซ์และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ยืนยันความเพียงพอได้อย่างเต็มที่ อย่างไรก็ตาม พบว่าเมมเบรนทำหน้าที่ได้หลากหลายอย่างมาก และเพื่ออธิบายปรากฏการณ์นี้ แบบจำลอง Davson-Danielli ดั้งเดิมจึงได้รับการแก้ไขซ้ำแล้วซ้ำเล่า
ความก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในด้านเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งส่งผลให้เกิดแนวคิดสมัยใหม่ ประสบความสำเร็จอย่างมากเนื่องจากความก้าวหน้าในการศึกษาคุณสมบัติของโปรตีนเมมเบรน การศึกษาด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยใช้วิธี Freeze-cleavage พบว่าอนุภาคทรงกลมฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ในขณะเดียวกัน นักชีวเคมีที่ใช้ผงซักฟอกสามารถแยกเมมเบรนออกจากสถานะ "อนุภาค" ที่ทำงานได้ตามหน้าที่ ข้อมูลจากการศึกษาสเปกตรัมระบุว่าโปรตีนของเมมเบรนมีลักษณะเฉพาะโดยมี α-เอนริเก้ในปริมาณสูง และอาจก่อตัวเป็นทรงกลมแทนที่จะกระจายเป็นชั้นเดียวบนพื้นผิวของชั้นไขมันสองชั้น คุณสมบัติที่ไม่มีขั้วของโปรตีนเมมเบรนชี้ให้เห็นว่ามีการสัมผัสที่ไม่ชอบน้ำระหว่างโปรตีนและบริเวณที่ไม่มีขั้วภายในของชั้นไขมันสองชั้น ในเวลาเดียวกัน ได้มีการพัฒนาวิธีการที่ทำให้สามารถเปิดเผยความลื่นไหลของชั้นไลปิดได้ นักร้องและนิโคลสันนำแนวคิดทั้งหมดนี้มารวมกันเพื่อสร้างแบบจำลองโมเสกที่ลื่นไหล ภายในแบบจำลองนี้ เมมเบรนจะแสดงเป็นชั้นของเหลวฟอสโฟไลปิด โดยที่โปรตีนที่แพร่กระจายอย่างอิสระถูกแช่อยู่ แบบจำลอง Davson-Danielli ก่อนหน้านี้เป็นแบบคงที่และอธิบายข้อมูลโครงสร้างที่มีอยู่ในขณะนั้นได้สำเร็จ โดยได้มาจากความละเอียดที่ค่อนข้างต่ำ ในเวลาเดียวกัน ตั้งแต่ปี 1970 ได้รับความสนใจอย่างมากในการศึกษาคุณสมบัติไดนามิกและความสัมพันธ์กับฟังก์ชันเมมเบรน ใน ปีที่ผ่านมาแบบจำลองโมเสกของเหลวก็ได้รับการแก้ไขเช่นกัน และกระบวนการนี้จะดำเนินต่อไป โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เป็นที่ชัดเจนว่าโปรตีนเมมเบรนบางชนิดไม่ได้แพร่กระจายอย่างอิสระในชั้นไขมันชนิดของเหลว มีหลักฐานของการมีอยู่ของโดเมนด้านข้างในเมมเบรนนั่นเอง บทบาทของโครงร่างโครงกระดูกยังอยู่ระหว่างการศึกษาอย่างรอบคอบ เป็นที่ชัดเจนมากขึ้นว่าบริเวณเมมเบรนบางแห่งมีโครงสร้างที่แตกต่างจากชั้นไขมันแบบคลาสสิก อย่างไรก็ตาม สำหรับอนาคตอันใกล้ แบบจำลองโมเสกของเหลวในการดัดแปลงต่างๆ จะทำหน้าที่เป็นพื้นฐานแนวคิดสำหรับการศึกษาเมมเบรนจำนวนมาก
3. สัณฐานวิทยาของเมมเบรน
สองวิธีมีบทบาทสำคัญในการอธิบายลักษณะทางสัณฐานวิทยาของเมมเบรน: การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขาจึงยืนยันความถูกต้องของแบบจำลอง bilayer อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่าทั้งสองวิธีเผชิญกับข้อจำกัดหลายประการเมื่ออธิบายภาพที่มีรายละเอียดของการจัดระเบียบโมเลกุลของเมมเบรน
3.1 การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์
เมื่อศึกษาตัวอย่างผลึกที่มีลำดับสูงโดยใช้การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ สามารถรับข้อมูลโครงสร้างที่มีความละเอียดสูงได้ ในกรณีของการสั่งซื้อยาไม่ดี ความสามารถของวิธีนี้มีจำกัด ระบบเมมเบรนเฉพาะทางบางระบบมีโครงสร้างปกติอยู่แล้ว ดังนั้นจึงสามารถศึกษาได้โดยวิธีการเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ ตัวอย่างประเภทนี้คือเปลือกไมอีลินของเส้นใยประสาทส่วนปลาย มันเป็นเมมเบรนที่พันรอบแอกซอนซ้ำแล้วซ้ำเล่า ก่อให้เกิดระบบโครงสร้างเมมเบรนที่มีศูนย์กลางร่วมกันตามปกติ การศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์บนไมอีลิน ซึ่งดำเนินการย้อนกลับไปในช่วงทศวรรษที่ 30 ยืนยันความเพียงพอของแบบจำลองเยื่อสองชั้น ข้อสรุปเดียวกันนี้ได้มาจากการศึกษาส่วนนอกของแท่งจอประสาทตาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง ซึ่งเป็นระบบเมมเบรนที่เรียงลำดับตามธรรมชาติ เช่นเดียวกับระบบที่สั่งแบบเทียมซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการล่มสลายของถุงเมมเบรนที่ได้จากไมโตคอนเดรียและเม็ดเลือดแดงภายใต้สภาวะการหมุนเหวี่ยง ในกรณีทั้งหมดนี้ พบว่ามีการกระจายตัวของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนในเมมเบรนที่คล้ายคลึงกัน ดังแสดงในรูปที่ 1.4
ในการตีความข้อมูลการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ จำเป็นต้องระบุไม่เพียงแต่ความเข้มของการสะท้อนเท่านั้น แต่ยังต้องระบุเฟสด้วย ในกรณีของระบบเมมเบรนที่อัดแน่นเป็นประจำ งานจะง่ายขึ้นอย่างมาก เนื่องจากระบบเหล่านี้ประกอบด้วยองค์ประกอบที่ทำซ้ำโดยมีสมมาตรส่วนกลาง
ข้อมูลที่ได้แสดงให้เห็นว่าโครงสร้างของเมมเบรนทั้งหมดคล้ายกัน โดยมีพื้นที่ด้านในที่ไม่ชอบน้ำซึ่งมีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนต่ำ และกลุ่มขั้วสองชั้นที่มีความหนาแน่นของอิเล็กตรอนสูง ข้อมูลการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ที่ได้รับสำหรับเมมเบรนต่างๆ จะแตกต่างกันเพียงเล็กน้อย แม้ว่าปริมาณโปรตีนจะแตกต่างกันมากก็ตาม แม้ว่าข้อมูลการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์จะให้ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับวิธีที่โปรตีนเมมเบรนจำนวนมากอยู่ในเมมเบรน แต่โดยทั่วไปแล้ว วิธีการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ไม่ได้ให้ภาพโมเลกุลที่มีรายละเอียด
วิลกินส์ และคณะ ตั้งข้อสังเกตในปี 1971 ว่าการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์สามารถใช้เพื่อศึกษาการกระจายตัวของเยื่อหุ้มและฟอสโฟลิพิดในน้ำได้ ในกรณีนี้ การสะท้อนที่เกิดจากบริเวณขั้วทั้งสองข้างของชั้นสองชั้นทำให้สามารถหาความหนาของมันเท่ากับระยะห่างระหว่างหัวขั้ว และจากการสะท้อนที่เกิดจากโซ่ไฮโดรคาร์บอนที่ได้รับคำสั่ง ระยะห่างระหว่างโซ่เหล่านี้อาจเป็น มุ่งมั่น. และในกรณีนี้ การเตรียมเมมเบรนที่ได้จากแหล่งต่างๆ ให้รูปแบบการเลี้ยวเบนที่คล้ายกัน ซึ่งเป็นการยืนยันความเป็นสากลของแบบจำลองสองชั้น
การไม่สามารถได้ภาพโมเลกุลที่มีรายละเอียดโดยใช้วิธีเลี้ยวเบนทำให้การใช้วิธีนี้ในการศึกษาเยื่อหุ้มชีวภาพจำกัด อย่างไรก็ตาม อาจมีประโยชน์มากในการศึกษาระบบลิพิด-น้ำตามลำดับ
3.2 กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านของส่วนที่บางของเยื่อไมอีลิน และเยื่อหุ้มอื่นๆ ทั้งหมด เผยให้เห็นโครงสร้างสามชั้นที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งประกอบด้วยแถบอิเล็กตรอนหนาแน่นสองแถบคั่นด้วยช่องว่างประมาณ 80 A ภาพนี้ได้ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากการบำบัด การเตรียมการด้วยออสเมียมเตตรอกไซด์ซึ่งมักใช้ในวิธีนี้ โรเบิร์ตสันเรียกโครงสร้างที่สังเกตได้ว่าเป็น "เอกภาพ" เพื่อเน้นย้ำถึงความเก่งกาจของมัน และแม้ว่าจะไม่ทราบกลไกระดับโมเลกุลของการย้อมสีออสเมียมของเมมเบรน แต่โครงสร้างดังกล่าวก็ถูกมองว่าสนับสนุนความถูกต้องของแบบจำลองเมมเบรนแบบสองชั้น อย่างไรก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าเมื่อเตรียมตัวอย่างสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน เมมเบรนอาจได้รับผลกระทบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นที่ทราบกันดีว่าการรักษาด้วยออสเมียมเตตรอกไซด์ทำให้เกิดการสูญเสียโปรตีนจากเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดงอย่างมีนัยสำคัญ และถึงแม้ว่าโครงสร้างสามชั้นที่สังเกตในกรณีนี้จะสะท้อนถึงการจัดระเบียบของเยื่อหุ้มสองชั้นในระดับหนึ่ง แต่วิธีนี้ไม่สามารถรับข้อมูลโดยละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแปลโปรตีนได้ด้วยวิธีนี้
ข้อมูลบางอย่างเกี่ยวกับตำแหน่งของโปรตีนเมมเบรนได้มาจากวิธีการใหม่ซึ่งปัจจุบันกลายเป็น "คลาสสิก" - วิธีการแช่แข็ง-แตกแยกและการแช่แข็ง-แกะสลัก ในกรณีเหล่านี้ การเตรียมการจะถูกแช่แข็งอย่างรวดเร็วโดยไม่เปิดเผยอิทธิพลที่สร้างความเสียหายใด ๆ เช่นเดียวกับเมื่อได้รับส่วนที่บาง กระบวนการเตรียมยารวมถึงการดำเนินการดังต่อไปนี้
หลังจากการแช่แข็ง ตัวอย่างซึ่งเป็นสารแขวนลอยของเซลล์หรือเมมเบรน จะถูกผ่าโดยใช้มีดที่อุณหภูมิต่ำในสุญญากาศสูง แรงที่เกิดขึ้นระหว่างการตัดจะส่งผลให้เกิดแรงเฉือนที่ทะลุผ่านตัวอย่าง ปรากฎว่าเมื่อระนาบที่ตัดผ่านเมมเบรน ส่วนหลังจะแยกส่วนใหญ่ไปตามบริเวณตรงกลางและแยกออกเป็นสองซีก เป็นผลให้บริเวณภายในของเมมเบรนถูกเปิดเผยบนระนาบความแตกแยกที่เกิดขึ้น
หากจำเป็น ตัวอย่างจะถูกแกะสลัก - ดำเนินการระเหิดน้ำแข็งตามปกติในสุญญากาศ ช่วยให้มองเห็นโครงสร้างพื้นผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ได้ดีขึ้น
หลังจากนั้นจะได้สิ่งที่เรียกว่าแบบจำลองจากพื้นผิวที่ถูกเปิดออก เป็นแบบจำลองนี้ที่ได้รับการศึกษาภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เพื่อให้ได้แบบจำลอง ขั้นแรกให้พ่นแพลตตินัมลงบนตัวอย่างที่มุมประมาณ 45° เพื่อแสดงลักษณะเฉพาะทางโทโพโลยีของยา จากนั้นแบบจำลองแพลตตินัมจะได้รับความแข็งแรงเชิงกลโดยการเคลือบด้วยชั้นคาร์บอน หลังจากนั้นยาจะละลายแบบจำลองจะลอยขึ้นและถูกจับโดยใช้ตาข่ายพิเศษ
โครงสร้างที่มีลักษณะเฉพาะมากที่สุดที่สังเกตได้เมื่อศึกษาเมมเบรนโดยวิธี Freeze-cleavage คืออนุภาคในเมมเบรนจำนวนมากที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 80 ถึง 100 A ซึ่งวางอยู่ในระนาบของความแตกแยกของเมมเบรน โดยปกติแล้วพวกมันจะอยู่อย่างโกลาหล แต่บางครั้งก็รวมตัวกันเป็นกลุ่ม การศึกษาจำนวนมากแสดงให้เห็นว่าอนุภาคเหล่านี้อาจเป็นโปรตีนจากเยื่อหุ้มเซลล์ สงสัยว่ากล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบบางไม่เปิดเผยโครงสร้างดังกล่าว แบบจำลองที่ได้รับจากทั้งสองส่วนของเมมเบรนแยกนั้นไม่ได้เสริมทอพอโลยีเสมอไป ซึ่งหมายความว่าอนุภาคบางส่วนเกี่ยวข้องกับเมมเบรนเพียงครึ่งหนึ่งเท่านั้น ข้อมูลการแช่แข็ง-แตกแยกถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายโดยซิงเกอร์และนิโคลสันเพื่อพัฒนาแบบจำลองโมเสกของเหลวของเมมเบรน เพราะพวกเขาแสดงให้เห็นอย่างน่าเชื่อว่าโปรตีนทรงกลมไม่เพียงแต่ตั้งอยู่บนพื้นผิวของเมมเบรนเท่านั้น แต่ยังอยู่ภายในชั้นสองชั้นด้วย
รูปที่ 1.6 แสดงไมโครกราฟอิเล็กตรอนของการเตรียมโปรตีโอลิโปโซมที่สร้างใหม่จากฟอสฟาติดิลโคลีนในไข่ และการเตรียมโปรตีนแบนด์ 3 แบบไม่มีการแยกส่วนจากเยื่อหุ้มเซลล์ของเม็ดเลือดแดงของมนุษย์ ยาได้มาจากการแช่แข็ง - บิ่น
โปรตีนแบนด์ 3 เป็นส่วนประกอบโปรตีนหลักของเยื่อหุ้มเซลล์เม็ดเลือดแดง และเป็นที่รู้กันว่าทำหน้าที่ขนส่งประจุลบ หากถุงฟอสโฟไลปิดไม่มีโปรตีนนี้แสดงว่าการเตรียมชิปแช่แข็งที่ได้นั้นจะมีพื้นผิวเรียบ
เมื่อโปรตีนแบนด์ 3 ถูกรวมเข้าไปในถุงฟอสโฟลิพิด อนุภาคในเมมเบรนจะปรากฏขึ้นบนพื้นผิวที่แยกออก ซึ่งแทบจะแยกไม่ออกจากอนุภาคที่พบในเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง ยิ่งไปกว่านั้น ที่ pH 5.5 อนุภาคจะสังเกตได้ในกลุ่มเมมเบรนของเม็ดเลือดแดง และการรวมกลุ่มนี้เกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากอันตรกิริยาของโปรตีนแถบ 3 กับโปรตีนอีกสองชนิด สเปคตรินและแอกติน
ส่วนหลังเป็นส่วนประกอบของโครงร่างโครงกระดูกที่อยู่บนพื้นผิวด้านในของเยื่อหุ้มเม็ดเลือดแดง ระบบที่สร้างขึ้นใหม่ซึ่งประกอบด้วยโปรตีนแบนด์ 3 และฟอสฟาติดิลโคลีนมีพฤติกรรมคล้ายกัน โดยสังเกตการรวมตัวของอนุภาคเมื่อมีสเปกตรัมและแอกตินอยู่ที่ pH 5.5 แต่ไม่ใช่ที่ pH 7.6
ข้อมูลเหล่านี้ได้เสริมแนวคิดเรื่องโปรตีนเมมเบรนให้เข้มแข็งยิ่งขึ้นเนื่องจากอนุภาคทรงกลมเคลื่อนที่อย่างอิสระในระนาบของเมมเบรน สิ่งที่น่าสนใจคือไมโครกราฟคงที่ของการเตรียมที่ได้จากวิธีการแช่แข็ง-แตกแยกช่วยให้นักวิจัยในการศึกษาคุณสมบัติไดนามิกของเมมเบรน ดังที่เราจะเห็นว่ามีโปรตีนจำนวนมากในเยื่อหุ้มที่ไม่สามารถลอยได้อย่างอิสระในทะเลไขมัน
4. การแยกเมมเบรน
ในช่วงสามทศวรรษที่ผ่านมา มีความชัดเจนมากขึ้นว่าการทำงานของเซลล์ส่วนใหญ่ดำเนินการโดยเยื่อหุ้มเซลล์โดยตรง
ทั้งเซลล์พืชและเซลล์สัตว์ถูกแบ่งออกเป็นช่องต่างๆ และออร์แกเนลของไซโตพลาสซึมจำนวนมาก ดังที่แสดงไว้ในหัวข้อ 1.1 มีลักษณะเป็นเมมเบรน
นอกจากลักษณะเฉพาะของออร์แกเนลล์ของเซลล์ส่วนใหญ่แล้ว ยังมีระบบเมมเบรนพิเศษอีกด้วย เช่น โครงข่ายซาร์โคพลาสมิกของเซลล์กล้ามเนื้อ เปลือกไมอีลินของเส้นใยประสาทส่วนปลาย เยื่อไทลาคอยด์ของคลอโรพลาสต์ และเยื่อแผ่นดิสก์ในแท่งจอประสาทตา สิ่งมีชีวิตโปรคาริโอตก็มีเยื่อหุ้มเช่นกัน แม้ว่าจะไม่พัฒนาเท่ายูคาริโอตก็ตาม
แบคทีเรียแกรมบวก เช่น Bacillus subtilis มีเพียงเมมเบรนไซโตพลาสซึม ในขณะที่แบคทีเรียแกรมลบ เช่น Escherichia coli ก็มีเยื่อหุ้มด้านนอกเช่นกัน ซึ่งอยู่ด้านบนของผนังเซลล์เพปทิโดไกลแคนบางๆ
ออร์แกเนลล์พิเศษบางชนิดยังพบได้ในเซลล์โปรคาริโอต ไวรัสบางชนิดที่ทำให้เกิดโรคในสัตว์ เช่น ไวรัสแบบห่อหุ้ม มีเยื่อหุ้มจริง และเยื่อหุ้มดังกล่าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่าน่าสนใจอย่างยิ่งในการศึกษา
ตามกฎแล้วการศึกษาเมมเบรนเกี่ยวข้องกับการทำให้บริสุทธิ์และเมมเบรนแต่ละประเภทมีเงื่อนไขของตัวเองสำหรับการแยกการเตรียมการ
ดังนั้น หากคุณต้องการตรวจสอบพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ใดๆ คุณต้องแยกเซลล์เหล่านี้ออกจากเนื้อเยื่อก่อน จากนั้นคุณจะต้องค้นหาเงื่อนไขที่เหมาะสมสำหรับการทำลายเซลล์และแยกเยื่อหุ้มที่น่าสนใจออกจากส่วนประกอบของเซลล์อื่น ๆ เกณฑ์ความบริสุทธิ์ของเยื่อแยกส่วนสมควรได้รับความสนใจเป็นพิเศษ
4.1 การทำลายเซลล์
ขอแนะนำให้เลือกเทคนิคที่ช่วยให้คุณสามารถทำลายเซลล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพในขณะที่ยังคงรักษาโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ที่จะแยกออก สำหรับเซลล์สัตว์หลายชนิด สามารถใช้ขั้นตอนที่ค่อนข้างไม่ซับซ้อน เช่น การทำให้เป็นเนื้อเดียวกันใน Dounce ผนังกระจกหรือเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน Potter-Elweheim ด้วยสากเทฟลอน ในกรณีนี้ เซลล์จะถูกทำลายเนื่องจากแรงเฉือนที่เกิดขึ้นเมื่อสารแขวนลอยถูกบังคับผ่านช่องว่างแคบๆ ระหว่างสากเทฟลอนกับผนังกระจกของโฮโมจีไนเซอร์ ด้วยการบำบัดนี้ พลาสมาเมมเบรนจะ “ถูกฉีกออก” และการเชื่อมต่อระหว่างออร์แกเนลล์ต่างๆ จะถูกทำลายไปพร้อมๆ กับที่ยังคงรักษาความสมบูรณ์ของออร์แกเนลล์เอาไว้ด้วย เมื่อใช้ขั้นตอนนี้ ยังสามารถแยกบริเวณเฉพาะของพลาสมาเมมเบรนออกจากกันได้ เช่น บริเวณฐานด้านข้างหรือปลายของเยื่อหุ้มเซลล์เยื่อบุผิว เป็นที่พึงปรารถนาที่จะทำงานภายใต้สภาวะที่รักษาความสมบูรณ์ของออร์แกเนลล์เพื่อลดความเป็นไปได้ที่จะปล่อยเอนไซม์ไฮโดรไลติก และเพื่ออำนวยความสะดวกในการดำเนินการแยกเมมเบรนในภายหลัง
ในการทำลายเซลล์ที่มีผนังจำเป็นต้องมีวิธีการที่เข้มงวดมากขึ้น บางครั้งก่อนที่เซลล์จะถูกทำลาย พวกมันจะได้รับการบำบัดด้วยเอนไซม์ที่จะสลายส่วนประกอบของผนังเซลล์ก่อนเพื่อให้เซลล์ถูกทำลายในภายหลัง ตัวอย่างเช่น การบำบัดด้วยบัฟเฟอร์ Tris-EDTA และไลโซไซม์ถูกใช้เพื่อทำลายเซลล์ E. coli เทคนิคที่เข้มงวดมากขึ้น ได้แก่ การบดเซลล์ การรักษาด้วยอัลตราซาวนด์ และการอัดขึ้นรูปเซลล์ โดยปกติการถูจะดำเนินการต่อหน้าวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนหลายชนิด - ทราย, อลูมิเนียมออกไซด์หรือลูกปัดแก้ว วัสดุปริมาณน้อยสามารถบดในครกและสากได้ แต่ควรใช้อุปกรณ์เชิงกลพิเศษในปริมาณมาก เซลล์แบคทีเรียมักจะถูกทำลายโดยใช้อัลตราซาวนด์ เชื่อกันว่าในกรณีนี้การทำลายล้างเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงเฉือนที่เกิดจากโพรงอากาศ แรงเดียวกันนี้เกิดขึ้นเมื่อกดเซลล์แขวนลอยผ่านรูเล็กๆ เช่น เมื่อทำลายเซลล์โดยใช้เครื่องกดแบบฝรั่งเศส วิธีการที่ระบุไว้มีหลายวิธี และการเลือกขึ้นอยู่กับลักษณะของระบบเมมเบรนที่กำลังศึกษา
ควรสังเกตว่าชิ้นส่วนเมมเบรนที่ได้รับระหว่างการทำลายเซลล์มักจะก่อตัวเป็นถุงตามธรรมชาติ ตัวอย่างได้แก่:
1) ไมโครโซมที่ได้มาจากพลาสมาเมมเบรน ตาข่ายเอนโดพลาสมิก หรือระบบพิเศษ เช่น เมมเบรนซาร์โคพลาสมิก
2) ส่งอนุภาคไมโตคอนเดรียจากเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน;
3) ซินแนปโตโซมที่เกิดขึ้นเมื่อปลายประสาทถูกฉีกออกในบริเวณที่มีการสัมผัสซินแนปติก
4) ถุงเมมเบรนของแบคทีเรียที่เกิดจากพลาสมาเมมเบรนของ E. coli ถุงยังเกิดขึ้นจากระบบเมมเบรนอื่นๆ เช่น จากเมมเบรนของอุปกรณ์ Golgi ขนาดของมันส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับวิธีการทำลายเซลล์อย่างมาก สิ่งนี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากขนาดของถุงส่วนใหญ่จะเป็นตัวกำหนดอัตราการตกตะกอนในระหว่างการปั่นแยกและพฤติกรรมของถุงในระหว่างขั้นตอนถัดไปของการทำให้เมมเบรนบริสุทธิ์ เยื่อหุ้มเซลล์บางชนิดไม่ก่อให้เกิดถุงน้ำ โดยเฉพาะเยื่อหุ้มเซลล์ของสัตว์ที่สัมผัสกัน เมื่อเซลล์ดังกล่าวถูกทำลาย ชิ้นส่วนเมมเบรนที่อยู่ติดกันคู่หนึ่งซึ่งยึดติดกันโดยบริเวณที่สัมผัสจะแยกออกจากกัน การปรากฏตัวของหน้าสัมผัสดังกล่าวจะป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนปิดเข้าไปในถุง ดังนั้นเมมเบรนจึงถูกปล่อยออกมาในรูปแบบของแผ่นหรือโครงสร้างคล้ายริบบิ้น
การเลือกสื่อที่ถูกต้องก็มีความสำคัญอย่างยิ่งเช่นกันเมื่อทำลายเซลล์ ตัวอย่างเช่น เพื่อรักษาการปิดของออร์แกเนลล์เมมเบรน เราควรใช้ตัวกลางที่มีไอโซโมติกกับสิ่งที่อยู่ภายใน ส่วนใหญ่มักใช้สารละลายซูโครสที่ความเข้มข้น 0.25-0.30 M ในบางกรณีควรใช้ซอร์บิทอลและแมนนิทอลดีกว่า ควรสังเกตว่าการรักษาไอโซโทนิซิตี้ยังมีบทบาทสำคัญในขั้นตอนต่อไปของการแยกออร์แกเนลล์ที่ไม่บุบสลายเพื่อเตรียมการ
4.2 การแยกเมมเบรน
ในปัจจุบัน การหมุนเหวี่ยงมักใช้เพื่อแยกเมมเบรน อนุภาคของเมมเบรนสามารถจำแนกได้ตามอัตราการตกตะกอนหรือความหนาแน่นของการลอยตัว วิธีแรกเรียกว่าการหมุนเหวี่ยงและการแยกแบบโซนเกิดขึ้นตามค่า S และวิธีที่สองคือการปั่นแยกแบบไอโซปิกและการแยกเกิดขึ้นภายใต้สภาวะความหนาแน่นสมดุล ในทางปฏิบัติ มักใช้วิธีผสมระหว่างสองวิธีนี้ รูปที่ 1.7 แสดงตำแหน่งของหน่วยเซลล์ย่อยบางส่วนบนระนาบพิกัด “S-g”
แกนแอบซิสซาแสดงค่าสัมประสิทธิ์การตกตะกอนของอนุภาค และแกนกำหนดแสดงความหนาแน่น
หลักการแยกตามอัตราการตกตะกอนสามารถเข้าใจได้ง่ายโดยการเปรียบเทียบค่า S สำหรับเศษส่วนต่างๆ ตัวอย่างเช่น นิวเคลียสมีค่า S ค่อนข้างสูง เช่น อัตราการตกตะกอนของพวกมันสูงกว่าออร์แกเนลล์ย่อยเซลล์อื่น ๆ ส่วนใหญ่อย่างมาก นิวเคลียสสามารถเลือกอัดเป็นก้อนได้โดยการปั่นแยกของเซลล์ที่ทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน โดยปล่อยให้ออร์แกเนลล์อื่นๆ ทั้งหมดอยู่ในส่วนเหนือตะกอน ในเวลาเดียวกัน ไม่สามารถแยกเอนโดพลาสมิกเรติเคิลที่เรียบและหยาบออกได้โดยใช้การหมุนเหวี่ยงแบบโซน
ความแตกต่างของความหนาแน่นมักใช้เพื่อแยกเศษส่วนของเมมเบรนที่ต่างกันออกจากเซลล์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน เพื่อจุดประสงค์นี้ การหมุนเหวี่ยงจะดำเนินการในลักษณะไล่ระดับความหนาแน่น ซูโครสมักใช้เพื่อสร้างการไล่ระดับความหนาแน่น แต่วิธีนี้มีข้อเสียอย่างร้ายแรง เพื่อให้ได้ความหนาแน่นที่จำเป็นในการแยกเศษส่วนของเมมเบรนต่างๆ จำเป็นต้องเตรียมสารละลายที่มีซูโครสความเข้มข้นสูงซึ่งมีความหนืดสูงและยังมีไฮเปอร์โทนิกด้วย การแนะนำออร์แกเนลล์ใต้เซลล์เข้าไปในสารละลายซูโครสไฮเปอร์โทนิกนำไปสู่การขาดน้ำ และการนำสารละลายมาสู่สภาวะไอโซโทนิกในเวลาต่อมามักจะมาพร้อมกับการสลายและความเสียหายต่อออร์แกเนลล์ ปัญหาอีกประการหนึ่งคือออร์แกเนลล์เมมเบรนจำนวนมากสามารถซึมผ่านซูโครสได้ สิ่งนี้สามารถนำไปสู่การทำลายออร์แกเนลล์ด้วยออสโมติก การแทรกซึมของซูโครสเข้าไปในออร์แกเนลล์เมมเบรนที่แยกจากกันสามารถเปลี่ยนความหนาแน่นประสิทธิผลได้
ตารางที่ 1.1. เวลาทางกายภาพใช้สื่ออื่นเพื่อสร้างการไล่ระดับความหนาแน่นมากขึ้น สภาพแวดล้อมเหล่านี้บางส่วนแสดงอยู่ในตาราง 1.1
เพื่อแก้ปัญหาเหล่านี้ด้วยคุณสมบัติล่าสุดของตัวกลางไล่ระดับสี
1. ฟิคอล. โพลีเมอร์ที่ชอบน้ำโมเลกุลสูงของซูโครส ซึ่งสามารถใช้เพื่อให้ได้สารละลายที่มีความหนาแน่นสูงถึง 1.2 กรัม/มิลลิลิตร ข้อได้เปรียบหลักของสารละลายคือแรงดันออสโมติกต่ำเมื่อเปรียบเทียบกับสารละลายที่มีความเข้มข้นเท่ากันของซูโครส สามารถสร้างสารละลายที่มีไอโซโทนิกตลอดช่วงความเข้มข้นได้ เนื่องจากมีการรวมซูโครสหรือเกลือที่ยอมรับได้ทางสรีรวิทยาเพิ่มเติมในตัวกลาง ข้อเสียคือสารละลายที่ได้มีความหนืดสูง และการขึ้นต่อความเข้มข้นแบบไม่เชิงเส้นอย่างมีนัยสำคัญของความหนืดและออสโมลาริตี .
2. เมทริซาไมด์. สารละลายกลูโคสเบนซาไมด์ที่ใช้แทน Triiodo มีความหนาแน่นสูงกว่าสารละลาย Ficoll ที่ความเข้มข้นเท่ากัน ข้อได้เปรียบหลักของสารละลายเมทริซาไมด์คือมีความหนืดต่ำมาก ซึ่งช่วยให้สามารถแยกสารได้เร็วขึ้น สารละลายเมทริซาไมด์ 35% มีออสโมลาริตีทางสรีรวิทยาเกือบทั้งหมด เพื่อให้สามารถดำเนินการแยกเมมเบรนส่วนใหญ่ได้โดยไม่ต้องสัมผัสกับสารละลายไฮเปอร์โทนิก โซเดียมเมไตรโซเอตเป็นสารประกอบที่เกี่ยวข้องกับเมทริซาไมด์ซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกัน โดยมีข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือสารละลายของมันคือไอโซโทนิกที่ความเข้มข้นประมาณ 20% โซเดียมเมไตรโซเอตใช้เพื่อแยกเซลล์ที่ไม่บุบสลายเป็นหลัก Nicodenz ยังเป็นอนุพันธ์ของกรด triiodobenzoic แต่มีสายโซ่ที่ชอบน้ำสามสาย เมื่อปั่นแยก มันจะก่อตัวเป็นเกรเดียนต์ความหนาแน่นของตัวเองอย่างรวดเร็ว ใช้เพื่อแยกออร์แกเนลล์ใต้เซลล์
เพอร์คอล สารแขวนลอยคอลลอยด์ของซิลิกาเจล ซึ่งเป็นอนุภาคที่เคลือบด้วยโพลีไวนิลไพโรลิโดน การเคลือบนี้ช่วยลดผลกระทบที่เป็นพิษของซิลิกาเจล ข้อได้เปรียบหลักของ Percoll คือไม่ทะลุผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพ และสารละลายมีความหนืดต่ำและมีออสโมลาริตีต่ำ เนื่องจากอนุภาคมีขนาดใหญ่ การปั่นแยกสารละลาย Percoll ด้วยความเร็วปานกลางจึงส่งผลให้เกิดการไล่ระดับความหนาแน่น ดังนั้นการแยกกันจึงมักเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว ตัวกลางที่ใช้สำหรับการปั่นแยกสามารถเป็นไอโซโทนิกได้ตลอดปริมาตรเนื่องจากการเติมเกลือหรือซูโครสเข้าไป การสร้างการไล่ระดับสีอย่างอ่อนโยนนั้นไม่ใช่เรื่องยาก ซึ่งช่วยให้สามารถแยกเศษส่วนของเมมเบรนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากตามความหนาแน่นที่ลอยตัวของพวกมัน
ซอร์บิทอลและแมนนิทอล บางครั้งสารเหล่านี้ถูกใช้แทนซูโครส เนื่องจากตามข้อมูลที่เผยแพร่ สารเหล่านี้ทะลุผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพบางชนิดได้น้อยกว่าซูโครส
โปรดทราบว่ากลีเซอรอลไม่ได้ใช้เพื่อสร้างการไล่ระดับความหนาแน่น เนื่องจากไม่สามารถให้ค่าความหนาแน่นสูงเพียงพอได้ เกลือของโลหะอัลคาไล เช่น CsCl จะใช้เมื่อต้องการสารละลายที่มีความหนาแน่นสูงเท่านั้น แต่ควรระลึกไว้เสมอว่าเกลือเหล่านี้มักส่งผลเสียหายต่อออร์แกเนลล์ของเมมเบรนในระดับความเข้มข้นที่จำเป็นในการสร้างความหนาแน่นสมดุล
วิธีการอื่นๆ ยังใช้ในการแยกเมมเบรนออกจากเซลล์ที่เป็นเนื้อเดียวกัน แม้ว่าจะไม่บ่อยเท่าการหมุนเหวี่ยงก็ตาม
1. การกระจายเฟส ในกรณีนี้การแยกอนุภาคของเมมเบรนจะเกิดขึ้นตามนั้น คุณสมบัติพื้นผิว- เพื่อจุดประสงค์นี้ จึงมีการสร้างชั้นที่ละลายไม่ได้ 2 ชั้น สารละลายที่เป็นน้ำโพลีเมอร์ที่ละลายน้ำได้หลายชนิด ตัวอย่างคือส่วนผสมของโพลีเอทิลีนไกลคอลเดกซ์แทรนและเดกซ์แทรนฟิคอล อนุภาคของเมมเบรนจะถูกแยกออกตามความสัมพันธ์ของอนุภาคในเฟสเหล่านี้ สามารถเลือกแบบหลังเพื่อแยกเมมเบรนตามประจุที่พื้นผิวหรือไฮโดรโฟบิซิตี้
อิเล็กโตรโฟเรซิสแบบไหลอิสระอย่างต่อเนื่อง ในกรณีนี้การแยกอนุภาคจะเกิดขึ้นตามประจุไฟฟ้า ยาที่จะแยกออกจะถูกนำเข้าสู่ชั้นบัฟเฟอร์บาง ๆ อย่างต่อเนื่องที่ไหลไปตามผนังแนวตั้ง ในกรณีนี้ จะมีการใช้สนามไฟฟ้าตั้งฉากกับทิศทางการไหล ดังนั้นการแยกอนุภาคด้วยไฟฟ้าจึงเกิดขึ้นทั่วบัฟเฟอร์ที่ไหล ซึ่งรวมตัวกันที่ด้านล่างของห้องในรูปแบบของเศษส่วนที่แยกจากกัน
การดูดซับแบบสัมพรรคภาพ การแยกจะขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพระหว่างส่วนประกอบของเมมเบรนและเฟสของแข็ง ด้วยการค้นพบโมโนโคลนอลแอนติบอดี จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเทคนิคการเตรียมการโดยใช้ส่วนประกอบแอนติเจนเฉพาะเพื่อแยกเมมเบรน แอนติบอดีที่เป็นผลลัพธ์สามารถถูกยึดติดด้วยโควาเลนต์กับสิ่งรองรับที่เป็นของแข็งและด้วยความช่วยเหลือของพวกมันดำเนินการจับจำเพาะของเมมเบรนที่สอดคล้องกัน วิธีนี้มักใช้เพื่อแยกโปรตีนเมมเบรน ปัญหาประการหนึ่งที่เกิดขึ้นที่นี่เกี่ยวข้องกับการเลือกเงื่อนไขการชะล้างเมมเบรนซึ่งจะไม่ทำให้เกิดการสูญเสียโปรตีน
วิธีการขึ้นอยู่กับการใช้ไมโครแกรนูลของซิลิกาเจล โดยทั่วไปแล้ว พลาสมาเมมเบรนจะมีสัดส่วนไม่เกิน 1°7o ของมวลรวมของเมมเบรนทั้งหมด เซลล์ยูคาริโอต- ดังนั้นการแยกพลาสมาเมมเบรนบริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์จึงเต็มไปด้วยความยากลำบากอย่างยิ่ง วิธีการหนึ่งที่ได้รับการพัฒนาโดยเฉพาะสำหรับการแยกพลาสมาเมมเบรนนั้นมีพื้นฐานมาจากการใช้ไมโครบีดของซิลิกาเจลที่มีประจุบวก แกรนูลเหล่านี้ถูกดูดซับอย่างแรงไปที่พื้นผิวด้านนอกของพลาสมาเมมเบรนของเซลล์ที่ไม่บุบสลาย และส่วนของพลาสมาเมมเบรนที่เกี่ยวข้องกับแกรนูลจะถูกแยกออกอย่างง่ายดายตามการไล่ระดับความหนาแน่นของซูโครสจากเมมเบรนอื่น ๆ เนื่องจากความหนาแน่นของแกรนูลที่สูงขึ้น ลักษณะเฉพาะของวิธีนี้คือในการเตรียมผลลัพธ์พลาสมาเมมเบรนที่มีพื้นผิวด้านในจะกลายเป็นสารละลาย
4.3 เกณฑ์ความบริสุทธิ์สำหรับเศษส่วนของเมมเบรน
บางทีเกณฑ์วัตถุประสงค์ที่สุดสำหรับความบริสุทธิ์ของส่วนของเมมเบรนที่แยกได้คือการมีอยู่ของส่วนประกอบพิเศษใด ๆ ที่มีอยู่ในเมมเบรนนี้เท่านั้นหรือมีความโดดเด่นในนั้น โดยทั่วไปส่วนประกอบดังกล่าวคือเอนไซม์ ซึ่งในกรณีนี้เรียกว่าเครื่องหมาย รายชื่อเอนไซม์มาร์กเกอร์ที่ใช้ในการควบคุมความบริสุทธิ์ของเศษส่วนของเมมเบรนแสดงไว้ในตารางที่ 1.2 เมื่อพิจารณากิจกรรมของเอนไซม์ควรคำนึงถึงว่าอาจอยู่ในรูปแบบแฝงเช่นเนื่องจากข้อเท็จจริง มีการแปลเป็นภาษาท้องถิ่นบนพื้นผิวด้านในของถุงเมมเบรนที่ถูกหลั่งออกมา ปัญหาอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการประเมินความบริสุทธิ์ของเมมเบรนแบบแยกเดี่ยวจะมีการกล่าวถึงในการทบทวนนี้ ควรสังเกตว่าวิธีการที่แนะนำในกรณีส่วนใหญ่นั้นค่อนข้างเป็นที่ยอมรับและเป็นมาตรฐาน
ในบางกรณี เครื่องหมายเมมเบรนที่สะดวกกว่าไม่ใช่เอนไซม์ แต่เป็นตัวรับที่จำเพาะสำหรับเลคติน ฮอร์โมน สารพิษ หรือแอนติบอดี หากระบบที่อยู่ระหว่างการศึกษามีลักษณะเฉพาะที่ดี ความบริสุทธิ์ของส่วนของเมมเบรนสามารถตัดสินได้จากองค์ประกอบโปรตีนของมัน โดยพิจารณาจากการใช้เจลอิเล็กโตรโฟรีซิสโพลีอะคริลาไมด์ต่อหน้าโซเดียมโดเดซิลซัลเฟต ตัวอย่างเช่น เยื่อหุ้มชั้นนอกของแบคทีเรียแกรมลบมีชุดโพลีเปปไทด์ที่มีลักษณะเฉพาะซึ่งไม่พบในเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม
ตารางที่ 1.2 เครื่องหมายที่ใช้ควบคุมความบริสุทธิ์ของเศษส่วนของเมมเบรนที่แยกได้จากเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม "
| เศษเมมเบรน | เอนไซม์มาร์กเกอร์ |
| เมมเบรนพลาสม่า | 5 "-นิวคลีโอไทเดส |
| อัลคาไลน์ฟอสโฟไดเอสเทอเรส | |
| นา */K + -ATPase (ฐานด้านข้าง- |
|
| เยื่อหุ้มเซลล์ | |
| เซลล์) | |
| อะดีนิเลตไซเคลส (เบส | |
| เยื่อหุ้มเซลล์ตับ) | |
| อะมิโนเปปทิเดส (เมมเบรน | |
| แปรงเยื่อบุผิวขอบ) | |
| ไมโตคอนเดรีย (ภายใน | ไซโตโครม ซี ออกซิเดส |
| เมมเบรน) | ซัคซิเนต-ไซโตโครม ซี-ออกซิโด- |
| รีดักเตส | |
| ไมโตคอนเดรีย (ชั้นนอก | โมโนเอมีนออกซิเดส |
| เมมเบรน) | |
| ไลโซโซม | กรดฟอสฟาเตส |
| 0-กาแลคโตส | |
| เพอรอกซิโซม | คาตาเลส |
| ยูเรตออกซิเดส | |
| ดี-อะมิโนแอซิดออกซิเดส | |
| เยื่อหุ้มอุปกรณ์ | กาแลคโตซิลทรานสเฟอเรส |
| กอลกี | |
| เอนโดพลาสซึม | กลูโคส-6-ฟอสฟาเตส |
| ตาข่าย | โคลีน ฟอสโฟทรานสเฟอเรส |
| NADPH-ไซโตโครม ซี-ออกซิโด- | |
| รีดักเตส | |
| ไซโตซอล | แลคเตตดีไฮโดรจีเนส |
เกณฑ์อื่นๆ ที่ใช้ในการตัดสินความบริสุทธิ์ของเมมเบรน ได้แก่ สัณฐานวิทยาที่เปิดเผยด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน และคุณลักษณะขององค์ประกอบทางเคมี ตัวอย่างเช่น เศษส่วนที่เป็นตัวแทนของพลาสมาเมมเบรน อุปกรณ์ Golgi หรือไมโตคอนเดรียสามารถระบุได้ด้วยสัณฐานวิทยาของพวกมัน ในบางกรณียามีลักษณะเฉพาะโดยมีปริมาณคอเลสเตอรอล ตัวอย่างเช่น เยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียมีคอเลสเตอรอลน้อยกว่าเยื่อหุ้มของอุปกรณ์ Golgi และเยื่อหุ้มพลาสมามาก
มีโมเลกุลของผงซักฟอกต่อไมเซลล์ ในการศึกษาเมมเบรนมีการใช้ผงซักฟอกค่อนข้างจำกัด ในตาราง 1 นำเสนอสิ่งที่มักใช้สำหรับการละลายและการสร้างเมมเบรนขึ้นมาใหม่ ผงซักฟอกเหล่านี้มีค่า CMC ค่อนข้างสูง (10-4-10-2 M) และความจริงที่ว่าพวกมันอยู่ในประเภทของผงซักฟอกชนิดอ่อนที่เรียกว่าเช่น...
การก่อตัวของ Bilayer คือ คุณสมบัติพิเศษโมเลกุลของไขมันและเกิดขึ้นได้แม้อยู่นอกเซลล์ คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของชั้นสองชั้น: - ความสามารถในการประกอบตัวเอง - ความลื่นไหล - ความไม่สมมาตร 1.2. แม้ว่าคุณสมบัติพื้นฐานของเยื่อหุ้มชีวภาพจะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของชั้นไลปิด แต่หน้าที่เฉพาะส่วนใหญ่ได้มาจากโปรตีนของเมมเบรน ส่วนใหญ่จะเจาะ bilayer ในรูปแบบเดียว...
