Ann an sgrùdadh Bith-eòlas Cell, tha tuigse air structar agus gnìomh an memblan cealla air leth cudromach. Tron eachdraidh, chaidh diofar mhodalan a mholadh a bhios a’ feuchainn ri cunntas mionaideach a thoirt air mar a tha an cnap-starra roghnach seo air a dhèanamh suas. Bho na ciad oidhirpean air a nàdar a shoilleireachadh gu adhartasan teicneòlach an latha an-diugh, tha eachdraidh mhodalan membran cealla air a bhith na thuras inntinneach a thug sinn a-riamh nas fhaisge air tuigse iomlan air a’ phàirt chudromach seo de cheallan. San artaigil seo, nì sinn sgrùdadh air mean-fhàs nam modalan a chaidh a mholadh thar ùine, a’ soilleireachadh na prìomh thabhartasan saidheansail a thug cumadh air an eòlas làithreach againn. A’ cleachdadh dòigh-obrach theicnigeach agus tòna neodrach, nì sinn sgrùdadh air eachdraidh mhodalan memblan cealla, a’ fuasgladh nam prìomh bhun-bheachdan agus na deasbadan saidheansail a tha timcheall air an raon rannsachaidh seo.
Ro-ràdh gu eachdraidh modailean cealla membrane
Tha modalan den memblan cealla air a bhith nan cuspair sgrùdaidh agus rannsachaidh airson deicheadan. Tha na modailean sin a 'toirt cothrom dhuinn structar agus gnìomh na memblan cealla a thuigsinn, a tha riatanach airson obrachadh ceart nan ceallan. Tron eachdraidh, tha diofar theòiridhean agus mhodalan air nochdadh gus mìneachadh mar a tha an membran air a chuir air dòigh agus mar a tha e ag eadar-obrachadh leis an àrainneachd aice.
B' e aon de na ciad mhodailean a chaidh a mholadh am modail breac-dhualach siùbhlach, a mhol Singer agus MacNeacail ann an 1972. Tha am modail seo a' toirt cunntas air an membrane mar dà-fhilleadh lipid anns a bheil pròtanan air an stèidheachadh. Thathas a’ cur an cèill gu bheil gluasad aig pròtanan agus gun urrainn dhaibh gluasad gu taobhach taobh a-staigh an membran, a tha a’ toirt fileantachd dha. .
Is e modail cudromach eile am modail bilayer lipid neo-chunbhalach. Tha am modail seo ag ràdh gu bheil an membran air a dhèanamh suas de dhà shreath de lipids, anns a bheil taobh eile aig fospholipids anns gach còmhdach. Is e sin, tha ceann hydrophilic nam fospholipids air a stiùireadh chun mheadhan uisgeach an dà chuid air an taobh a-muigh agus taobh a-staigh na cealla, fhad ‘s a tha na h-earbaill hydrophobic air an stiùireadh a dh’ ionnsaigh taobh a-staigh na membran. Tha an neo-chunbhalachd seo ann an stiùireadh fospholipids a’ ceadachadh raointean gnìomh a chruthachadh, agus tha e riatanach airson stuthan a ghiùlan agus tar-chuir chomharran anns an membran cealla.
Lorg memblan cealla: na ciad cheumannan
Ann an saoghal inntinneach bith-eòlas cealla, b’ e aon de na h-adhartasan saidheansail as motha lorg an membran cealla agus na ciad cheumannan a lean gu tuigse. Tron eachdraidh, bha pàirt chudromach aig grunn luchd-saidheans anns a’ cheist nochdte seo a dh’ atharraich ar sealladh air bunait ar beatha.
B’ e aon de na clachan-mìle as tràithe air an t-slighe seo an obair thùsail a rinn Raibeart Hooke san t-XNUMXmh linn. A’ cleachdadh miocroscop prìomhadail, choimhead Hooke chiad uair ceallan lusan agus thug iad cunntas air na structaran aca, gan coimeas ri ceallan beaga de chìr-mheala. Chuir am beachd seo bunait airson rannsachadh san àm ri teachd.
Nas fhaide air adhart, anns an 19mh linn, thug adhartasan ann an optics agus leasachadh miocroscopan nas cumhachdaiche cothrom do luchd-saidheans eile sgrùdadh a dhèanamh air saoghal na cealla. Mhol Matthäus Schleiden agus Theodor Schwann, ris an canar athraichean teòiridh cealla, gum biodh a h-uile lus agus beathach air a dhèanamh suas de dh'aonadan bunaiteach ris an canar “ceallan.” B’ ann anns a’ cho-theacsa seo a chaidh ceum deatamach a ghabhail ann a bhith a’ tuigsinn an memblan cealla: teòiridh permeability roghnach.
Am modail breac-dhualach siùbhlach: sealladh mionaideach
Tha am modal breac-dhualach siùbhlach na theòiridh air gabhail ris gu farsaing airson cunntas a thoirt air eagrachadh an membran bith-eòlasach. Anns an t-sealladh mhionaideach seo, nì sinn sgrùdadh air prìomh phàirtean a’ mhodail iongantach seo agus a bhuntanas ri bith-eòlas ceallach is moileciuil.
1. Co-phàirtean a 'mhodail mosaic lionntan:
- Phospholipids: tha na lipidean sin a’ dèanamh suas an bilayer lipid, a’ cruthachadh cnap-starra semipermeable a bhios a’ cumail smachd air sruthadh mholacilean a-staigh agus taobh a-muigh na cealla.
- Pròtinean membran: tha pàirt riatanach aig pròtanan ann an structar agus gnìomh an membran Faodaidh iad a dhol tron dà-fhilleadh, acair ann no a bhith an làthair air an uachdar a-muigh.
Gualaisgean: suidhichte air uachdar taobh a-muigh na membran, bidh iad a ’dèanamh glycocalyx, a bheir seachad dìon, aithneachadh ceallach agus adhesion.
2. Gluasadan anns an membran:
- sgaoileadh:
- Sgaoileadh sìmplidh: bidh seo a’ tachairt nuair a ghluaiseas moileciuilean gu saor tron dà-fhilleadh lipid.
- Sgaoileadh le comas: a’ toirt a-steach giùlan mholacilean tro phròtainean còmhdhail sònraichte.
- Cuairteachadh agus lùbadh fospholipids:
- Faodaidh fospholipids gluasad agus gluasad taobh a-staigh an dà-fhilleadh, a’ cur ri fluidity an membran.
3. Buntanas bith-eòlasach:
- Roinn: bidh an memblan cealla a ’roinn susbaint cealla gu roinnean gnìomh, a’ ceadachadh pròiseasan sònraichte.
- Comharran ceallach: tha pàirt deatamach aig pròtanan membran ann an conaltradh agus tar-chuir chomharran bhon àrainneachd extracellular.
Endocytosis agus exocytosis: tha na pròiseasan sin a’ ceadachadh faighinn a-steach agus fàgail fo smachd moileciuilean mòra no mìrean a-steach don membran.
Mar a chithear, tha am modail breac-dhualach siùbhlach a’ toirt tuigse dhomhainn air structar agus gnìomh membran bith-eòlasach. Tha an dòigh-obrach seo gar cuideachadh le bhith a’ tuigsinn mar a bhios ceallan ag eadar-obrachadh leis an àrainneachd aca agus mar a tha pròiseasan deatamach airson fàs-bheairtean beò gan coileanadh. Tha rannsachadh leantainneach san raon seo a’ fosgladh seallaidhean ùra ann am bith-eòlas agus leigheas. Rannsaich barrachd mun mhodail iongantach seo!
An “tar-ghnèitheachd” de mhodail an t-Seinneadair agus MhicNeacail
Tha modal an t-Seinneadair agus MhicNeacail, ris an canar cuideachd am modal breac-dhualach siùbhlach, air leth thar-ghnèitheach ann an raon bith-eòlas cealla agus structar membran cealla. Dh’atharraich am modail seo, a chaidh a mholadh ann an 1972, ar tuigse air mar a tha buill-bodhaig ag obair agus mar a tha co-phàirtean lipid is pròtain air an eagrachadh annta.
Is e aon de na prìomh thabhartasan den mhodail seo a mhìneachadh air fluidity cealla membranes. A rèir an t-Seinneadair agus MhicNeacail, tha buill-bodhaig air an dèanamh suas de dh’ còmhdach lipid anns a bheil diofar phròtainean freumhaichte. Faodaidh na pròtanan sin gluasad gu taobhach anns an dà-fhilleadh, a leigeas le fileantachd membran.
Is e buaidh chudromach eile a tha aig modal Singer agus MacNeacail gu bheil pròtanan transmembrane ann. Bidh na pròtanan sin gu tur a’ dol thairis air an dà-fhilleadh lipid agus tha pàirt deatamach aca ann an giùlan stuthan agus conaltradh eadar ceallan. Tha a làthaireachd riatanach airson obrachadh ceart na memblan cealla.
Adhartasan teicneòlach a nochd taobhan ùra den memblan cealla
Tha adhartasan teicneòlach air leigeil leinn taobhan ùra iongantach den memblan cealla fhoillseachadh, a tha na structar bunaiteach ann am bith-eòlas cealla. Gu h-ìosal tha trì adhartasan teicneòlach a chuir gu mòr ri ar tuigse air an membran cealla:
1. Microscopaidh fluorescence: Tha microscopaidh fluorescence air cruth-atharrachadh a thoirt air an dòigh sa bheil sinn a’ sgrùdadh memblan cealla. Le bhith a’ cleachdadh fluorophores sònraichte, faodar daineamaigs diofar phàirtean den membran cealla fhaicinn agus a leantainn. ann an àm fìor. Tha an dòigh seo air mion-fhiosrachadh iongantach fhoillseachadh mu chuairteachadh phròtainean, lipids agus gualaisg anns an membran, a bharrachd air an dòigh sa bheil iad ag eadar-obrachadh le chèile.
2. microscopy sganaidh dealanach: Tha sganadh microscopy dealanach air sealladh àrd-rèiteachaidh a thoirt dhuinn air an membran cealla. Leigidh e leinn uachdar na membran fhaicinn le àrdachadh sònraichte, a’ nochdadh mion-fhiosrachadh agus structaran microscopach anns an membran Taing don dòigh seo, tha sinn air faighinn a-mach gu bheil microdomains lipid ann, ris an canar rafts lipid, aig a bheil pàirt deatamach ann an iomadh cealla. gnìomhan.
3. Speactroscopaidh ath-shuidheachadh magnetach niuclasach (NMR): Tha speactroscopaidh NMR air fiosrachadh mionaideach a thoirt seachad mu structar agus daineamaigs an memblan cealla.Tha an dòigh neo-ionnsaigheach seo ga dhèanamh comasach sgrùdadh a dhèanamh air na lipidean agus na pròtanan a tha a’ dèanamh suas an membran nan staid nàdarra agus an co-chòrdadh trì-thaobhach aca a dhearbhadh. Tha NMR cuideachd air nochdadh mar a tha grunn fhactaran a’ toirt buaidh air feartan corporra membran, leithid fluidity agus stiùireadh moileciuil, a’ toirt a-steach teòthachd agus co-dhèanamh lipid.
Modail bilayer lipid: structar agus gnìomh
Tha an dà-fhilleadh lipid na structar bunaiteach ann am bith-eòlas cealla. Tha e air a dhèanamh suas de dà shreath co-shìnte de lipids, a tha nan cnap-starra timcheall a’ chill agus a ’sgaradh na tha ann bhon àrainneachd a-muigh. Tha an structar seo deatamach airson obrachadh ceart cheallan, leis gu bheil e a’ riaghladh gluasad stuthan a-steach agus a-mach às a’ chill, agus a’ toirt seachad seasmhachd agus sùbailteachd.
Tha an dà-fhilleadh lipid air a dhèanamh suas sa mhòr-chuid de phospholipids, anns a bheil ceann pòlach agus earball hydrophobic. Tha an co-dhèanamh seo a’ fàgail an bilayer lipid neo-dhrùidhteach do stuthan pòla, leithid ions agus moileciuilean uisge, agus aig an aon àm a’ leigeil le stuthan a tha soluiteach ann an geir, leithid ocsaidean agus carbon dà-ogsaid, gluasad air adhart. A bharrachd air an sin, tha cuid de lipids sònraichte, leithid cholesterol, an làthair anns an dà-fhilleadh lipid gus a bhith fileanta agus a chumail suas ionracas an membran.
Bidh an dà-fhilleadh lipid cuideachd a’ cluich gnìomhan deatamach anns a’ chill. Bidh e ag obair mar bhacadh roghnach a bhios a’ dìon agus a’ dealachadh a’ chill bhon àrainneachd a-muigh. A bharrachd air an sin, tha e riatanach airson conaltradh cealla, leis gu bheil e na dhachaigh do phròtainean membran aig a bheil pàirt deatamach ann a bhith a’ comharrachadh agus a ’giùlan stuthan. Mu dheireadh, tha an dà-thaobhach lipid a 'cur ri bhith a' dearbhadh cumadh agus structar cheallan, a tha riatanach airson an obair cheart agus an eagrachadh.
Buaidh mhodalan membran air rannsachadh bith-eòlasach gnàthach
Tha pàirt deatamach aig modalan membran ann an rannsachadh bith-eòlasach gnàthach, leis gu bheil iad a’ toirt cothrom dhuinn atharrais agus sgrùdadh a dhèanamh air uinneanan agus pròiseasan a tha a’ nochdadh ann an ceallan beò agus figheagan. Tha na modailean sin air an cleachdadh gus structar agus gnìomh membran bith-eòlasach a thuigsinn, a bharrachd air a bhith a’ sgrùdadh an eadar-obrachadh aig moileciuilean leotha.
Ann an rannsachadh ceallach is moileciuil, tha buill-bodhaig fuadain nan inneal bunaiteach airson sgrùdadh a dhèanamh air permeability agus còmhdhail diofar stuthan tro membran bith-eòlasach. Faodar na membranan fuadain sin a dhealbhadh gus atharrais a dhèanamh air co-dhèanamh lipid de bhuillean bith-eòlasach, a’ toirt cothrom dhuinn sgrùdadh a dhèanamh air mar a bhios moileciuilean ag eadar-obrachadh le membran lipids agus pròtanan.
A bharrachd air an sin, thathas a’ cleachdadh modalan membran gus sgrùdadh a dhèanamh air gnìomh seanalan ian transmembrane agus pròtanan. Le bhith a’ toirt a-steach seanalan ian ann am membran fuadain, faodar sgrùdadh a dhèanamh air uidheamachdan còmhdhail ion tro na seanalan sin, a bharrachd air an riaghladh agus an dàimh ri galairean. San aon dòigh, le bhith a’ toirt a-steach pròtanan transmembrane ann am modalan membran leigidh sin leinn sgrùdadh a dhèanamh air an structar agus an gnìomh aca, a bharrachd air an eadar-obrachadh le moileciuilean eile.
Seallaidhean san àm ri teachd ann an sgrùdadh air modalan memblan cealla
Ann an raon bith-eòlas ceallach is moileciuil, tha rannsachadh air modalan memblan cealla air a bhith bunaiteach ann a bhith a’ tuigsinn pròiseasan bith-eòlasach agus eadar-obrachadh ceallach. rannsachadh.
Is e aon de na seallaidhean san àm ri teachd an sgrùdadh mionaideach air daineamaigs an membran cealla. Leigidh dòighean adhartach microscopaidh, leithid microscopy àrd-rèiteachaidh agus microscopy fìor-rùn, sgrùdadh mionaideach a dhèanamh air atharrachaidhean spàsail is ùineail air an membran cealla. Cuidichidh seo le tuigse nas fheàrr fhaighinn air pròiseasan endocytosis agus exocytosis, a bharrachd air na dòighean còmhdhail de mholacilean agus phròtainean thairis air an membran.
Is e sealladh gealltanach eile leasachadh mhodalan deuchainneach ùra de membranes cealla in vitro. Dh’fhaodadh na modailean sin a bhith a’ toirt a-steach cruthachadh shiostaman membran a tha nas buntainniche gu fiseòlasach, a’ cleachdadh diofar sheòrsaichean lipids agus pròtainean membran sònraichte. A bharrachd air an sin, le bhith a’ cothlamadh nan membranan sin le siostaman bith-cheimiceach agus bith-eòlasach nas iom-fhillte, bidh e comasach atharrais nas cinntiche a dhèanamh air pròiseasan cealla agus sgrùdadh a dhèanamh air an eadar-obrachadh eadar co-phàirtean membran le structaran cealla eile.
Q&A
Ceist: Dè cho cudromach sa tha e tuigse fhaighinn air eachdraidh pàtrain memblan cealla?
Freagairt: Tha tuigse air mean-fhàs pàtrain memblan cealla deatamach gus tuigse nas fheàrr fhaighinn air an structar agus an gnìomh aige, a bharrachd air a bhith a’ cur luach air adhartasan saidheansail ann an raon bith-eòlas cealla. A bharrachd air an sin, faodaidh an tuigse eachdraidheil seo cuideachd bunait làidir a thoirt seachad airson rannsachadh agus lorgan san raon seo san àm ri teachd.
Ceist: Dè na ciad mhodail a chaidh a mholadh airson an memblan cealla?
Freagairt: Tha na ciad mhodailean a thathar a’ moladh airson an membran cealla a’ toirt a-steach am modal “lipidoidal membrane” a mhol Gorter agus Grendel ann an 1925, agus am modal “lipid bilayer” a mhol Danielli agus Davson ann an 1935. Bha na modalan tùsail sin a’ suidheachadh bunait airson an sgrùdaidh agus tuigse air an membran cealla.
Ceist: Dè am modail a ghabh àite a’ mhodail lipid bilayer?
Freagairt: Chaidh a' mhodail breac-dhualach siùbhlach a mhol Singer agus MacNeacail a chur an àite a' mhodail dà-fhillteair lipid ann an 1972. Dh'aithnich am modail ùr seo gu robh pròtainean anns an dà-fhilleadh lipid agus dh'aidich e gu bheil an membran cealla fiùghantach agus siùbhlach.
Ceist: Dè na h-adhartasan teicneòlach a chuir ri tuigse air modalan memblan cealla?
Freagairt: Bha cleachdadh stains deatamach agus microscopy dealanach nam prìomh adhartasan teicneòlach a leig le luchd-saidheans sealladh agus sgrùdadh nas mionaidiche a dhèanamh air an membran cealla. A bharrachd air an sin, bha pàirt cudromach aig criostalan X-ray agus dòighean speactroscopaidh eile ann a bhith a’ lorg agus a’ tuigsinn nan diofar phàirtean den membran cealla.
Ceist: Dè am modail ris an gabhar an-dràsta airson an memblan cealla?
Freagairt: Is e am modail ris an gabhar an-dràsta airson an memblan cealla am modal breac-dhualach ath-sgrùdaichte. Tha am modail seo ag aithneachadh làthaireachd phròtainean bunaiteach agus iomaill anns an dà-fhilleadh lipid, a bharrachd air fileantachd agus spionnadh an membran cealla.
Ceist: Ciamar a thug tuigse air modailean membran cealla buaidh air rannsachadh saidheansail gnàthach?
Freagairt: Tha tuigse air modalan an memblan cealla air a bhith bunaiteach ann an grunn raointean rannsachaidh, leithid bith-eòlas cealla, bith-eòlas moileciuil, agus leigheas. Tha an t-eòlas seo air leigeil le, mar eisimpleir, leasachadh dhrogaichean a tha ag amas air pàirtean sònraichte den memblan cealla agus tuigse air dòighean còmhdhail agus comharran a tha a’ gabhail àite anns an membran cealla.
An dòigh air a leantainn
Ann an geàrr-chunntas, tha eachdraidh mhodalan memblan cealla air a bhith na thuras inntinneach tro ùine agus mean-fhàs eòlas saidheansail. Bho na ciad oidhirpean gus structar agus gnìomh na membran a thuigsinn, gu na h-adhartasan as ùire ann a bhith a’ tuigsinn a cho-phàirtean agus a uidheamachdan, tha an raon sgrùdaidh seo air a bhith air leth cudromach ann am bith-eòlas cealla.
Thar nam bliadhnaichean, tha luchd-saidheans air grunn mhodalan a dhealbhadh agus a mholadh gus eagrachadh agus giùlan an membran cealla a mhìneachadh. Bhon mhodail breac-dhualach siùbhlach aig Singer agus MacNeacail ann an 1972, gu na modalan nas iom-fhillte agus nas mionaidiche a tha air nochdadh anns na beagan bhliadhnaichean a dh’ fhalbh mar thoradh air adhartasan teicneòlach, tha na modailean sin air leigeil leinn ar tuigse mu iom-fhillteachd na memblan cealla adhartachadh.
Tha e cudromach cuimhneachadh gu bheil rannsachadh san raon seo a’ leantainn agus thathar an dùil gun tèid lorgan ùra agus adhartasan a dhèanamh anns na bliadhnaichean ri teachd. Mar a bhios luchd-rannsachaidh a’ leantainn orra a’ sgrùdadh structar agus gnìomh na membran, tha coltas ann gun tèid modalan ùra a leasachadh a bheir sealladh eadhon nas mionaidiche air a’ phàirt dheatamach seo de cheallan.
Gu crìch, tha eachdraidh mhodalan memblan cealla air a bhith na theisteanas air adhartas saidheansail agus dealas luchd-rannsachaidh a tha a’ sireadh fhreagairtean Mar a bhios saidheans a’ dol air adhart, tha sinn a’ leantainn air adhart a’ sgrùdadh dìomhaireachdan na memblan cealla agus a àite bunaiteach ann am bith-eòlas cealla.
Is mise Sebastián Vidal, innleadair coimpiutair a tha dìoghrasach mu theicneòlas agus DIY. A bharrachd air an sin, is mise neach-cruthachaidh tecnobits.com, far am bi mi a’ roinn chlasaichean teagaisg gus teicneòlas a dhèanamh nas ruigsinniche agus nas so-thuigsinn don h-uile duine.