معلومة

نقل الدهون داخل الخلايا

نقل الدهون داخل الخلايا


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

أعلم أن الدهون تنتقل في جميع أنحاء الجسم في الدم إما على شكل مذيلات أو عن طريق بروتينات مرتبطة بالدهون مما يسمح لها بالتحلل.

لا يمكن دائمًا دمج الدهون في الغشاء ، على الرغم من ذلك ، يجب تصنيع الدهون الفسفورية المستخدمة في الأغشية في مكان ما من مادة سليفة تكون أيضًا كارهة للماء.

وبالتالي ، في مرحلة ما يجب أن يكون هناك نقل للدهون داخل الخلية حيث يجب أن تكون الدهون في المحلول. كيف يتم تسهيل ذلك؟


كما هو الحال في الدم ، يتم تسهيل تهريب الدهون داخل الخلايا عن طريق النقل الحويصلي وناقلات الدهون مثل بروتينات ربط الأحماض الدهنية. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تعبئة الأغشية داخل الخلايا بكثافة ويمكنها تبادل الدهون عن طريق التصادم وانصباب الدم العابر. إذا كان لديك وصول إلى Cell ، فإن المراجعة الجيدة هي من Prinz W. 2010 Lipid Traidents sans sans، أين ، لماذا ، كيف؟


دهون

الدهون عبارة عن مركب دهني أو زيتي أو شبيه بالشمع غير قابل للذوبان في الماء (كاره للماء). إنه مزيج من الجلسرين والأحماض الدهنية. عند مزجها في محلول مائي ، تتشتت الدهون في قطرات صغيرة لإنتاج مستحلب. تنقسم الدهون إلى ثماني فئات: شحميات الجلسرين ، جلسيروفوسفوليبيد ، سفينجوليبيدات ، أسيل دهنية ، دهون ستيرول ، دهون برينول ، سكريوليبيدات ، بوليكيتيدات. للدهون وظائف متعددة في جسم الإنسان ، من بناء غشاء الخلية إلى تخزين الطاقة.


النمذجة الرياضية وتحليل مسارات الإشارات داخل الخلايا

بول د. سمولين. جون إتش بيرن ، في من الجزيئات إلى الشبكات ، 2004

ينتشر الانتشار السلبي للأيونات والجزيئات الصغيرة

يكون النقل داخل الخلايا للأيونات والجزيئات الصغيرة منتشرًا بشكل عام. لذلك ، فإن نمذجة النقل المنتشر - بسبب الحركة التي تسببها الاصطدامات الحرارية العشوائية مع الجزيئات الأخرى - تمت مناقشتها بشيء من التفصيل. يمكن نمذجة الانتشار السلبي للجزيئات الكبيرة بنفس المعادلات مثل الجزيئات الصغيرة ، ولكن مع معاملات انتشار أصغر بكثير. تُستخدم نماذج "الانتشار الكهربي" الأكثر تفصيلاً للنظر في حركة الجزيئات المشحونة بسبب تدرجات الجهد الكهربائي داخل الخلايا العصبية.

تركز المناقشة على تقنيات نمذجة انتشار أيون معين ، Ca 2+. تمت دراسة الحركة داخل الخلايا لـ Ca 2+ بشكل تجريبي ونمذجة بطرق متنوعة. يمكن تطبيق نفس المعادلات ونفس تقنيات المحاكاة العددية لنشر الجزيئات والأيونات الصغيرة الأخرى. يجب تصحيح معامل الانتشار للاختلافات في الوزن الجزيئي. للانتشار الحر في محلول مائي ، يتناسب معامل الانتشار عكسًا مع الجذر التكعيبي للوزن الجزيئي. ومع ذلك ، الانتشار في الجسم الحي ليس مجانيًا ، لأن التخزين المؤقت ، أو ربط الجزيئات أو الأيونات الصغيرة بالمواقع الموجودة على الجزيئات الكبيرة ، أمر شائع في جميع أنحاء السيتوبلازم. يقلل التخزين المؤقت عمومًا معاملات الانتشار التي تقل عن القيم في محلول مائي.


مصير chylomicrons

يتم تحلل TAGs المنقولة بواسطة chylomicrons بواسطة ليباز البروتين الدهني (LPL) ، وهو إنزيم موجود على الخلايا البطانية التي تبطن جدران الشعيرات الدموية. سيتفاعل ApoCII الموجود على الكيلوميكرون مع LPL وينشط الإنزيم. يحفز الأنسولين تخليق وإفراز LPL بحيث بعد تناول الطعام ، عندما تزيد مستويات الدهون الثلاثية في الدورة الدموية ، يتم تنظيم LPL (من خلال إفراز الأنسولين) لتسهيل التحلل المائي للأحماض الدهنية من الدهون الثلاثية.

لذلك ، يكون الدهن الدهني LPL أكثر نشاطًا بعد الوجبة ، عندما ترتفع مستويات الكيلومكرون في الدم. يتم في النهاية إعادة تعبئة الأحماض الدهنية المنبعثة من TAGs بواسطة LPL في الدهون وتخزينها على شكل TAGs داخل الأنسجة.

يُعرف جزء الكيلوميكرون الذي يبقى في الدم بعد إجراء LPL باسم بقايا chylomicron. عادت البقايا (أو فقدت) العديد من جزيئات apoC المرتبطة بالكيلوميكرون الناضج ، مما أدى إلى تعريض apoE. ترتبط البقية المتبقية بمستقبلات apoE على خلايا الكبد ، ويتم تناولها عن طريق عملية الالتقام الخلوي. تندمج الليزوزومات مع الحويصلات الداخلية ، وتتحلل بقايا الكيلوميكرون بواسطة الإنزيمات الليزوزومية. يمكن إعادة تدوير المنتجات المنبعثة من خلال عملية التحلل هذه (مثل الأحماض الأمينية والأحماض الدهنية والكوليسترول وما إلى ذلك) داخل الخلية.


كيف يتفاعل الكوليسترول مع البروتينات والدهون أثناء نقله داخل الخلايا

الستيرولات ، مثل الكوليسترول في خلايا الثدييات والإرغوستيرول في الفطريات ، هي جزيئات لا غنى عنها من أجل الأداء السليم والتنظيم النانوي لغشاء البلازما. يتم تنظيم توليف وامتصاص وتدفق الكوليسترول من خلال مجموعة متنوعة من تفاعلات البروتين والدهون والبروتين والبروتين. وبالمثل ، فإن الدهون الغشائية وخصائصها الفيزيائية والكيميائية تؤثر بشكل مباشر على تقسيم الكوليسترول وبالتالي تساهم في توزيع الكوليسترول غير المتجانس للغاية داخل الخلايا. يتم التوسط في حركة الكوليسترول في الخلايا عن طريق تهريب الحويصلات على طول مسارات الالتحام والإفراز وكذلك عن طريق تبادل الستيرول غير الحويصلي بين العضيات. في هذه المقالة ، سنراجع التقدم الذي تم إحرازه مؤخرًا في توضيح تفاعلات الستيرول الدهنية والبروتينات الستيرول التي تساهم في النقل السليم للستيرول في الخلايا الحية. نحدد النماذج الفيزيائية الحيوية الحديثة لتوزيع الكوليسترول ودينامياته في الأغشية وشرح كيف ترتبط هذه النماذج بتدفق الستيرول بين العضيات. يتم تقديم نظرة عامة على بروتينات نقل الستيرول المختلفة ، ويتم شرح المبادئ الفيزيائية والكيميائية لوظائفها في النقل غير الحويصلي للستيرول. نناقش أيضًا مناهج تجريبية مختارة لتوصيف تفاعلات بروتين الستيرول ولرصد نقل الستيرول داخل الخلايا. أخيرًا ، نقوم بمراجعة العمل الأخير على الآليات الجزيئية الكامنة وراء استيراد الكوليسترول بوساطة البروتين الدهني إلى خلايا الثدييات ووصف عملية تدفق الكوليسترول الخلوي. بشكل عام ، نؤكد كيف تساعد تفاعلات البروتين والدهون والبروتين البروتين في التغلب على قابلية الذوبان المنخفضة للغاية للكوليسترول في الماء ، وبالتالي التحكم في حركة الكوليسترول داخل الخلايا. هذه المقالة جزء من عدد خاص بعنوان: تفاعلات البروتين الدهني.

الكلمات الدالة: انتشار الكوليسترول نقل الغشاء حركية الإسفار.


شكر وتقدير

سيما ليف هي رئيسة كرسي جويس وبن ب. أيزنبرغ للبيولوجيا الجزيئية وأبحاث السرطان. تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة العلوم الإسرائيلية ، رقم المنحة 548/08. يشكر المؤلف R. Sertchook من معهد Weizmann للعلوم للمساعدة في جمع الصور ثلاثية الأبعاد ، A. Menon و O. Laufman على المناقشة المثمرة ، وخاصة W. Prinz على القراءة النقدية لهذه المخطوطة ومساهمته الفكرية.


ساهم المؤلفون بالتساوي: Louise H. Wong، Alberto T.Gatta

الانتماءات

معهد طب وجراحة العيون ، جامعة كوليدج لندن ، لندن ، المملكة المتحدة

لويز إتش وونغ وأمبير تيم بي ليفين

قسم دراسات السرطان ، كينجز كوليدج لندن ، لندن ، المملكة المتحدة

معهد كريك ، لندن ، المملكة المتحدة

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

ساهم جميع المؤلفين في تصميم المخطوطة وكتابتها ومراجعتها.

المؤلف المراسل


النقل عبر غشاء الخلية: 4 طرق | مادة الاحياء

يصنف النقل عبر غشاء الخلية إلى أربع طرق: 1. الانتشار (النقل السلبي) 2. التناضح 3. النقل النشط 4. النقل الحويصلي.

يعمل غشاء الخلية كحاجز لمعظم الجزيئات ولكن ليس كلها. أغشية الخلايا عبارة عن حاجز شبه منفذ يفصل البيئة الخلوية الداخلية عن البيئة الخلوية الخارجية. نظرًا لأن غشاء الخلية يتكون من طبقة ثنائية للدهون مع بروتينات متصلة بالسطح ويمر أيضًا عبر غشاء الخلية ، فهناك إمكانية للنقل عبر هذا الغشاء.

يمكن أن تنتشر جميع المواد القابلة للذوبان في الدهون بسهولة وحرية للداخل والخارج ، على سبيل المثال ا2 وشارك2. في حين أن المواد القابلة للذوبان في الماء مثل الأيونات والجلوكوز والجزيئات الكبيرة يجب أن تجد وسيلة خاصة للنقل بمساعدة البروتينات المتكاملة وعبر الأغشية التي تعمل كمواقع ربط وقنوات وبوابات لتسهيل الحركة.

الطريقة رقم 1. الانتشار (النقل السلبي):

إن الحركة الصافية لمادة (سائل أو غاز) من منطقة ذات تركيز أعلى إلى تركيز أقل دون إنفاق طاقة تسمى الانتشار.

يمكن تقسيم الانتشار على النحو التالي:

أ. انتشار بسيط:

يتم تصنيفها كذلك إلى فئتين:

أنا. انتشار مادة دهنية قابلة للذوبان من خلال طبقة ثنائية الدهون.

ثانيا. انتشار مادة دهنية غير قابلة للذوبان عبر قنوات البروتين.

أنا. انتشار المادة الدهنية القابلة للذوبان من خلال طبقة ثنائية الدهون:

مادة مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون والكحوليات قابلة للذوبان بدرجة عالية في الدهون وتذوب في الطبقة بسهولة وتنتشر عبر الغشاء. يتم تحديد معدل الانتشار من خلال ذوبان المادة. على سبيل المثال ، تبادل الغازات في الرئتين.

ثانيا. انتشار مادة دهنية غير قابلة للذوبان عبر قنوات البروتين:

هذا ممكن من خلال النفاذية الانتقائية لقناة البروتين أو من خلال القنوات ذات البوابات.

النفاذية الانتقائية لقناة البروتين:

يمكن أن تسمح هذه القناة بنوع واحد فقط من الأيونات بالمرور عبرها. الانتقائية ناتجة عن القطر والشكل والشحنات الكهربائية على طول السطح الداخلي للقناة.

قناة الصوديوم عبارة عن رباعي القطر بمسام يبلغ قطرها 0.3 إلى 0.5 نانومتر وهي انتقائية للصوديوم. لها شحنة سالبة قوية على السطح الداخلي مما يسمح لأيون الصوديوم المجفف بالانتشار في أي اتجاه من أعلى إلى تركيز أقل.

انتقائي للبوتاسيوم. مسام هذه القناة أصغر من قناة الصوديوم وليست سالبة الشحنة. لكن الشكل المائي من أيون البوتاسيوم أصغر في الحجم من الصوديوم وبالتالي يسمح بانتشار أيون البوتاسيوم بشكل انتقائي.

الانتشار من خلال قنوات البروتين المحصورة:

يتصرف جزء من قناة البروتين أو الإسقاط منها كبوابة ويمكن أن يفتح أو يغلق استجابة لتغير في الجهد ، ويطلق على المحفزات الميكانيكية مثل اللمس والامتداد اسم قنوات ذات بوابات ذات جهد كهربائي ، وبوابة مرتبطة وبوابات ميكانيكية على التوالي .

أ. قنوات الجهد الكهربي:

هذه القنوات مفتوحة ومغلقة استجابة للتغير في الجهد الكهربائي عبر غشاء الخلية.

الخلايا المنشطة مثل الخلايا العصبية وخلايا العضلات. عندما يتغير الجهد عبر الغشاء ، تفتح قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي وتسمح بتدفق أيونات الصوديوم إلى الخلية مما يؤدي إلى مرحلة إزالة الاستقطاب من جهد الفعل وتدفق البوتاسيوم من خلال قناة البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي إلى إعادة الاستقطاب. هذا هو أساس جهد العمل في خلية منفعلة.

ب. قناة Ligand (الكيميائية) المسورة:

تفتح بعض القنوات استجابة لمادة كيميائية. يمكن أن تكون ليجند داخلي ، حيث يكون جانب الربط على جانب العصارة الخلوية للقناة. على سبيل المثال ، الرسل الثاني. يمكن أن يكون هناك أيضًا رابط خارجي يرتبط بموقع على الجانب خارج الخلية من القناة.

الناقلات العصبية مثل الأسيتيل كولين ، حمض جاما-أمينو الزبد الذي ينقل النبضات في المشبك.

ج. القنوات الميكانيكية ذات البوابات:

تستجيب للمحفزات الميكانيكية والتشوه الناتج عن التحفيز الميكانيكي يفتح أو يغلق القناة.

عندما تخضع مستقبلات الضغط ، فإن الضغط يفتح قناة الصوديوم ويسبب تطور مستقبلات محتملة. هذا يساعدنا على الشعور بالضغط.

ب. الانتشار الميسر:

ويسمى أيضًا بالانتشار الوسيط للناقل. تتطلب الجزيئات الكبيرة أو عالية الشحنة التي لا يمكنها المرور عبر قنوات البروتين بروتين ناقل يسهل الانتشار. يعتبر البروتين الحامل انتقائيًا لتلك المادة المعينة. عندما ترتبط المادة المراد نقلها ببروتين ناقل على جانب واحد ، يحدث تغير توافقي في شكل البروتين الذي ينقل المادة إلى داخل الخلية عن طريق الانفتاح على الجانب الآخر من الغشاء. كما أنه يخضع لقانون الانتشار (تركيز أعلى إلى أقل).

ناقلات الجلوكوز (GLUT) وناقلات الأحماض الأمينية.

العوامل التي تؤثر على صافي معدل الانتشار:

العوامل التي تتناسب طرديا مع الانتشار:

أنا. تدرج التركيز عبر الغشاء

ثانيا. التدرج الكهربائي والضغط عبر الغشاء

ثالثا. ذوبان المادة

v. نفاذية غشاء الخلية.

العوامل التي تتناسب عكسيا مع الانتشار:

أنا. سماكة غشاء الخلية

يعمل التخدير الموضعي مباشرة على بوابات قناة الصوديوم ، مما يجعل من الصعب فتحها وبالتالي تقليل استثارة الخلية. فشل الدافع في السفر مسبباً التخدير.

تسمى طفرة القناة الأيونية باسم اعتلالات القناة.

وهي تؤثر على أنسجة العضلات والدماغ بشكل رئيسي:

أنا. مرض قناة الصوديوم:

تشنج العضلات ومتلازمة ليدل & # 8217.

ثانيا. مرض قناة البوتاسيوم:

عدم انتظام ضربات القلب ، نوبات في حديثي الولادة والصمم الوراثي.

ثالثا. مرض قناة الكلوريد:

حصوات الكلى والتليف الكيسي.

طريق # 2. التناضح:

التناضح هو حركة صافية أو انتشار جزيئات الماء عبر غشاء شبه نافذ من منطقة ذات تركيز أعلى إلى تركيز أقل للماء (مذيب) أو بعبارة أخرى حركة الماء من منطقة تركيز منخفض من المذاب (أي الأملاح والكهارل) إلى أعلى تركيز المذاب.

الضغط الاسموزي:

إذا تم تطبيق ضغط على محلول كلوريد الصوديوم ، يتم إيقاف تناضح الماء في المحلول أو عكسه أو إبطائه. يسمى الضغط المطلوب لإيقاف التناضح بالضغط الاسموزي. يتم تحديد الضغط الاسموزي من خلال عدد الجسيمات لكل وحدة حجم للسائل وليس بواسطة كتلة الجسيم.

الأسمولية والأسمولية:

الخلد هو الوزن الجزيئي للمادة بالجرام. الأسمول الواحد يساوي غرام الوزن الجزيئي لمادة مقسومًا على عدد الجسيمات في المحلول. إذن الأسمولية هي عدد الأسمولات لكل لتر من المحلول. الأسمولية هي عدد الأسمولات لكل كيلوغرام من المذيب. يتم إذابة المادة الفعالة تناضحيًا في ماء الجسم ، لذلك يتم التعبير عن الأسمولية على أنها مليوسمولات (الميلي أسمول) لكل لتر من الماء.

الضغط الاسموزي الغرواني:

إنه الضغط الذي تمارسه الغرويات الموجودة في المحلول.

ضغط الأورام:

يُعرف الضغط الاسموزي الغرواني الذي تمارسه بروتينات البلازما باسم ضغط الأورام.

يستخدم لوصف الأسمولية لمحلول بالنسبة للبلازما. إذا كان للمحلول نفس الأسمولية أو زيادة أو نقصان الأسمولية مثل البلازما ، يقال أنه محلول متساوي التوتر ، مفرط التوتر و منخفض التوتر على التوالي.

أي محلول يستخدم لاستبدال السوائل ، يجب النظر في توتر المحلول اعتمادًا على الحالة السريرية.

طريق # 3. النقل النشط:

عندما تتحرك مادة عبر غشاء الخلية مقابل التركيز أو التدرج الكهربائي (صعودًا) مع إنفاق الطاقة ، يُطلق عليها النقل النشط. يتم الحصول على الطاقة من انهيار المركبات عالية الطاقة مثل ATP.

يتم تصنيفها على أنها نقل نشط أولي وثانوي وفقًا لمصدر الطاقة المستخدمة. الناقل المتضمن هنا هو أيضًا بروتين ناقل. لكنه يختلف عن ذلك في الانتشار الميسر. هنا يكون البروتين الحامل قادرًا على نقل الطاقة إلى المادة المنقولة للتحرك عكس التدرج.

أنا. النقل الأساسي النشط:

في النقل الأساسي النشط ، يتم تحرير الطاقة مباشرة من تفكك ATP ويسمى البروتين الحامل المعني هنا بالمضخة. تسمى الإنزيمات التي تحفز التحلل المائي لـ ATP باسم ATPases. ومن ثم تسمى هذه المضخات باسم ATPases.

مضخات الصوديوم والبوتاسيوم أو ATPases الصوديوم والبوتاسيوم:

تحتوي جميع الخلايا تقريبًا على مضخات Na + K + خاصة في جميع الخلايا القابلة للإثارة.

لديها وحدتان فرعيتان هما α و الوحدات الفرعية.

يؤدي فصل الوحدة الفرعية إلى القضاء على النشاط ولكن وظيفة الوحدة الفرعية غير معروفة ، والوحدة الفرعية α لها:

أ. ثلاثة مواقع مستقبلات لربط أيون الصوديوم بالبروتين الذي يبرز إلى داخل الخلية.

ب. موقعان لمستقبلات أيونات البوتاسيوم على السطح الخارجي للخلية.

ج. موقع واحد من إنزيم ATPase بالقرب من موقع ارتباط الصوديوم.

وتتمثل الوظيفة في ضخ Na + الزائدة من السائل داخل الخلايا وسحب K + إلى الخلية. نظرًا لوجود 3 مواقع لـ Na + ومواقع 2 لـ K + ، يتم تنشيط المضخة فقط عندما يتم ربط ثلاثة أيون الصوديوم واثنين من أيون K بالسطح الداخلي والخارجي للخلية على التوالي. مقابل كل ثلاثة أيونات صوديوم تُطرد من الخلية ، يتم سحب أيوني بوتاسيوم. وبالتالي ، هناك خسارة صافية للشحنة الموجبة (أيون) خارج الخلية ، مما يؤدي إلى تناضح الماء خارج الخلية وكذلك يمنع أي خلية من التورم.

تخلق الآلية المذكورة أعلاه أيضًا إيجابية خارج الخلية ولكنها تترك عجزًا في الأيونات الموجبة داخل الخلية. لذلك يُقال إن مضخة Na + K + كهربية لأنها تخلق جهدًا كهربائيًا عبر غشاء الخلية أثناء ضخها. هذا مطلوب لتكوين إمكانات غشاء الراحة (RMP) وهي إمكانات الغشاء عبر غشاء الخلية في حالة السكون.

أنا. يتحكم في حجم الخلايا

ثانيا. يحافظ على إمكانات غشاء الراحة.

الديجيتال هو دواء يستخدم في علاج قصور القلب الاحتقاني. يمنع مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. هذا يسبب زيادة في الصوديوم ICF. هذا يقلل من تدفق الكالسيوم من خلال مضادات الكالسيوم الصوديوم عن طريق تقليل تدفق الصوديوم. يؤدي هذا في النهاية إلى زيادة تركيز الكالسيوم في خلايا عضلة القلب مما يزيد من انقباض عضلة القلب.

هيدروجين البوتاسيوم ATPases:

الغدد المعدية للمعدة والنبيبات الملتفة البعيدة من النيفرون.

أنا. في الخلايا الجدارية للغدد المعدية ينقل أيونات الهيدروجين. في النهاية الإفرازية لهذه الخلايا ، يتم ضخ الهيدروجين في المعدة مع أيونات الكلوريد لتكوين حمض الهيدروكلوريك وهو المكون الرئيسي لعصير المعدة.

ثانيا. تضخ الخلايا المقحمة في الأنابيب البعيدة للنيفرون أيونات الهيدروجين لتكوين البول وتتحكم في درجة الحموضة في الجسم.

ثانيا. النقل النشط الثانوي:

في بعض الأماكن ، بسبب النقل النشط لـ Na + خارج الخلايا بواسطة مضخة Na + K + ، يتطور تدرج تركيز كبير من الصوديوم عادةً مع تركيز عالٍ في الخارج عن الداخل. يخزن هذا التدرج الطاقة الحرة التي تُستخدم لنقل مواد أخرى مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية والأيونات الأخرى مقابل تدرج تركيزها. الطاقة المستهلكة لا ترجع مباشرة إلى التحلل المائي لـ ATP ولكن الطاقة المخزنة بسبب النقل النشط الأولي.

النقل النشط الثانوي نوعان:

ويسمى خلاف ذلك symport. هنا يتحرك الصوديوم والمواد الأخرى التي يتم نقلها في نفس الاتجاه.

النقل المشترك لجلوكوز الصوديوم في الأنابيب الملتوية القريبة من النيفرون - يخضع البروتين الحامل هنا لتغييرات توافقية ويكون جاهزًا للنقل فقط عندما يرتبط به الصوديوم والجلوكوز ويتحرك كلاهما في نفس الاتجاه. يتم الحصول على الطاقة من الطاقة المخزنة بسبب نقل الصوديوم بواسطة مضخة Na + K + على الغشاء الجانبي الجانبي للنبيب. هذا يخلق تدرج تركيز عالي لأيون الصوديوم داخل الخلية الأنبوبية.وبالتالي ، يتم استخدام الطاقة المخزنة بسبب التدرج في نقل الصوديوم وكذلك الجلوكوز جنبًا إلى جنب مع الجانب اللمعي من الأنبوب.

يطلق عليه خلاف ذلك antiport. هنا يتحرك الصوديوم والمواد الأخرى المراد نقلها في الاتجاه المعاكس.

مضادات الكالسيوم الصوديوم في خلايا عضلة القلب.

طريق # 4. النقل الحويصلي:

يتم تصنيفها على أنها:

أنا. نقل الحويصلة داخل الخلية

أنا. نقل الحويصلة داخل الخلية:

تحتوي الحويصلات التي تساعد في نقل البروتينات من عضية إلى أخرى داخل الخلية على أغلفة بروتينية مثل كافولين ، كلاثرين 1 ، كلاثرين 2 وما إلى ذلك. تعتبر معاطف البروتين هذه خاصة بالنقل إلى عضيات معينة. سوف يلتصق بروتين معين على الحويصلة بالبروتين الزوج المقابل على الهدف بحيث تتأكد الحويصلة من أنها ترسو في الوجهة الصحيحة. بشكل عام ، تتحرك الحويصلة على طول محركات الأنابيب الدقيقة مثل الدينامين.

يمكن أيضًا اعتبار الالتقام الخلوي والإفراز الخلوي تحت نقل الحويصلة لأن هذا النوع من النقل يحدث عن طريق تكوين الحويصلة. الالتقام الخلوي هو عملية تبتلع بها الخلايا مادة.

البكتيريا والأنسجة الميتة يبتلعها WBC.

بوساطة مستقبلات الإلتقام:

يمكن أن يكون الالتقام الخلوي محددًا أيضًا إذا كان بوساطة مستقبل يسمى الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات. هنا يرتبط الجزيء أو الرابطة بالمستقبل المحدد على غشاء الخلية ، والموجود في حفر تسمى حفر الكلاذرين على غشاء الخلية. تحتوي جزيئات الكلاذرين على ثلاث أرجل تشع من نقطة مركزية تحيط بالحويصلة الداخلية ويتم ضغطها في السيتوبلازم. بمجرد تكوين الحويصلة ، يسقط الكلاذرين ويعاد استخدامه. ثم تصل الحويصلة إلى الهدف.

دخول الفيتامينات والترانسفيرين والكوليسترول إلى الخلية.

آلية الالتقام الخلوي:

بعض آليات الالتقام الخلوي هي:

1. تتلامس المواد المراد غمرها مع غشاء الخلية.

2. يغزو غشاء الخلية مع المادة

3. مقروص الانجراف في الخلايا

4. تشكل المادة المقروصة داخل الخلية حويصلة وتترك غشاء الخلية سليمًا.

أ. إذا كانت مادة صلبة تسمى البلعمة (أكل الخلية)

ب. إذا كان حلًا يسمى كثرة الخلايا (شرب الخلايا)

وهو عبارة عن كثرة خلوية عكسية حيث يتم إفراز المواد المركبة داخل الخلايا الإفرازية خارج الخلية. تنتقل الحويصلة الإفرازية إلى داخل غشاء الخلية وتندمج معها. تنبثق المحتويات ويصبح غشاء الحويصلة جزءًا من غشاء الخلية. على سبيل المثال ، إطلاق النواقل العصبية. يحافظ كل من الالتقام الخلوي والإفراز الخلوي على مساحة سطح أغشية الخلايا.

ويسمى خلاف ذلك باسم cytopempsis. تتضمن الآلية الالتقام الخلوي للحويصلة في جانب واحد من الغشاء وإخراج الخلايا في الجانب الآخر. يحتوي موقع ربط الحويصلة على حفر مغلفة بالكافولين. على سبيل المثال ، نقل العناصر الغذائية عبر الخلايا البطانية للأوعية الدموية إلى السائل الخلالي.


الشكل 1. هيكل الفوسفوليبيد. يتكون جزيء الفسفوليبيد من "رأس" فوسفات قطبي ، وهو محب للماء و "ذيل" غير قطبي دهن ، وهو كاره للماء. تؤدي الأحماض الدهنية غير المشبعة إلى حدوث التواءات في ذيول الكارهة للماء.

ال غشاء الخلية هي بنية مرنة للغاية تتكون أساسًا من الدهون الفوسفورية المتتالية ("طبقة ثنائية"). الكوليسترول موجود أيضًا ، مما يساهم في سيولة الغشاء ، وهناك العديد من البروتينات المدمجة داخل الغشاء والتي لها وظائف متنوعة. يحتوي جزيء فوسفوليبيد واحد على مجموعة فوسفات في أحد طرفيه ، تسمى "الرأس" ، وسلسلتان متجاورتان من الأحماض الدهنية التي تشكل ذيول الدهون (الشكل 1). مجموعة الفوسفات مشحونة سالبة ، مما يجعل الرأس قطبية ومحبة للماء - أو "محبة للماء".

أ محبة للماء الجزيء (أو منطقة الجزيء) هو الذي ينجذب إلى الماء. وهكذا تنجذب رؤوس الفوسفات إلى جزيئات الماء في كل من البيئات خارج الخلية وداخل الخلايا. ذيول الدهون ، من ناحية أخرى ، غير مشحونة ، أو غير قطبية ، وهي كارهة للماء - أو "تخشى الماء".

أ نافرة من الماء الجزيء (أو منطقة الجزيء) يتنافر ويطرده الماء. تتكون بعض ذيول الدهون من أحماض دهنية مشبعة وبعضها يحتوي على أحماض دهنية غير مشبعة. يضيف هذا المزيج إلى سيولة التيول التي تتحرك باستمرار. وبالتالي فإن الفسفوليبيدات هي جزيئات أمفيباثيك.

ان برمائي الجزيء يحتوي على منطقة محبة للماء ومنطقة كارهة للماء. في الواقع ، يعمل الصابون على إزالة بقع الزيوت والشحوم لما له من خصائص أمفيباثيك. يمكن أن يذوب الجزء المحب للماء في الماء بينما يمكن للجزء المقاوم للماء أن يحبس الشحوم في المذيلات التي يمكن بعد ذلك غسلها بعيدًا.

الشكل 2. طبقة ثنائية الفوسبوليبيد. تتكون طبقة الفسفوليبيد الثنائية من صفحتين متجاورتين من الدهون الفوسفورية ، مرتبة من الذيل إلى الذيل. تترابط الذيل الكارهة للماء مع بعضها البعض ، وتشكل الجزء الداخلي من الغشاء. تتلامس الرؤوس القطبية مع السائل داخل وخارج الخلية.

يتكون غشاء الخلية من طبقتين متجاورتين من الدهون الفوسفورية. تواجه ذيول الدهون في إحدى الطبقات ذيول الدهون للطبقة الأخرى ، وتلتقي عند واجهة الطبقتين. تواجه رؤوس الفسفوليبيد إلى الخارج ، طبقة واحدة مكشوفة للخلية الداخلية وطبقة واحدة معرضة للخارج (الشكل 2).

نظرًا لأن مجموعات الفوسفات قطبية ومحبة للماء ، فإنها تنجذب إلى الماء في السائل داخل الخلايا. السائل داخل الخلايا (ICF) هو السائل الداخلي للخلية. تنجذب مجموعات الفوسفات أيضًا إلى السائل خارج الخلية. السائل خارج الخلوي (ECF) هي البيئة السائلة خارج حاوية غشاء الخلية. السائل الخلالي (إذا) هو المصطلح الذي يطلق على السائل خارج الخلية غير الموجود داخل الأوعية الدموية. نظرًا لأن ذيول الدهون كارهة للماء ، فإنها تلتقي في المنطقة الداخلية من الغشاء ، باستثناء السائل المائي داخل الخلايا وخارج الخلية من هذا الفضاء. يحتوي غشاء الخلية على العديد من البروتينات ، بالإضافة إلى الدهون الأخرى (مثل الكوليسترول) ، المرتبطة بطبقة الفوسفوليبيد الثنائية. من السمات المهمة للغشاء أنه يظل سائلاً ، حيث لا يتم تثبيت الدهون والبروتينات في غشاء الخلية بشكل صارم في مكانها.

بروتينات الغشاء

تشكل الطبقة الدهنية الثنائية أساس غشاء الخلية ، لكنها تتخللها بروتينات مختلفة. نوعان مختلفان من البروتينات التي ترتبط عادة بغشاء الخلية هي البروتينات المتكاملة والبروتين المحيطي (الشكل 3). كما يوحي اسمها ، فإن ملف البروتين لا يتجزأ هو بروتين مضمن في الغشاء. أ قناة البروتين هو مثال على بروتين متكامل يسمح بشكل انتقائي لمواد معينة ، مثل أيونات معينة ، بالمرور إلى الخلية أو الخروج منها.

الشكل 3. غشاء الخلية. غشاء الخلية عبارة عن طبقة ثنائية فسفوليبيد تحتوي على العديد من المكونات الجزيئية المختلفة ، بما في ذلك البروتينات والكوليسترول ، وبعضها يحتوي على مجموعات كربوهيدراتية مرتبطة.

مجموعة أخرى مهمة من البروتينات المتكاملة هي بروتينات التعرف على الخلايا ، والتي تعمل على تحديد هوية الخلية بحيث يمكن التعرف عليها من قبل الخلايا الأخرى. أ مستقبل هو نوع من بروتين التعرف الذي يمكنه ربط جزيء معين بشكل انتقائي خارج الخلية ، وهذا الارتباط يؤدي إلى تفاعل كيميائي داخل الخلية. أ يجند هو الجزيء المحدد الذي يرتبط بالمستقبل وينشطه. تؤدي بعض البروتينات المتكاملة أدوارًا مزدوجة كمستقبل وقناة أيونية. أحد الأمثلة على تفاعل مستقبلات ليجند هو المستقبلات الموجودة على الخلايا العصبية التي تربط الناقلات العصبية ، مثل الدوبامين. عندما يرتبط جزيء الدوبامين ببروتين مستقبل الدوبامين ، تفتح قناة داخل بروتين الغشاء للسماح بتدفق أيونات معينة إلى الخلية.

بعض بروتينات الغشاء المتكاملة هي بروتينات سكرية. أ بروتين سكري هو بروتين يحتوي على جزيئات كربوهيدرات متصلة ، والتي تمتد إلى المصفوفة خارج الخلية. تساعد علامات الكربوهيدرات المرفقة الموجودة على البروتينات السكرية في التعرف على الخلايا. الكربوهيدرات التي تمتد من بروتينات الغشاء وحتى من بعض الدهون الغشائية تشكل مجتمعة الكاليكس.

ال مركب السكر عبارة عن طبقة ضبابية المظهر حول الخلية تتكون من البروتينات السكرية والكربوهيدرات الأخرى المرتبطة بغشاء الخلية. يمكن أن يكون لل glycocalyx أدوار مختلفة. على سبيل المثال ، قد تحتوي على جزيئات تسمح للخلية بالارتباط بخلية أخرى ، وقد تحتوي على مستقبلات للهرمونات ، أو قد تحتوي على إنزيمات لتفكيك العناصر الغذائية. الجلايكولات الموجودة في جسم الشخص هي نتاج التركيب الجيني لذلك الشخص. إنهم يمنحون كل خلية من تريليونات الفرد "هوية" الانتماء إلى جسد الشخص. هذه الهوية هي الطريقة الأساسية التي "تعرف" بها خلايا الدفاع المناعي للشخص عدم مهاجمة خلايا جسم الشخص نفسه ، ولكنها أيضًا السبب في رفض الأعضاء التي تبرع بها شخص آخر.

البروتينات المحيطية توجد عادةً على السطح الداخلي أو الخارجي للطبقة الدهنية الثنائية ، ولكن يمكن أيضًا ربطها بالسطح الداخلي أو الخارجي لبروتين متكامل. تؤدي هذه البروتينات عادةً وظيفة محددة للخلية. على سبيل المثال ، تعمل بعض البروتينات المحيطية الموجودة على سطح الخلايا المعوية كأنزيمات هضمية لتفكيك العناصر الغذائية إلى أحجام يمكن أن تمر عبر الخلايا إلى مجرى الدم.

النقل عبر غشاء الخلية

من أعظم عجائب غشاء الخلية قدرته على تنظيم تركيز المواد داخل الخلية. تشمل هذه المواد أيونات مثل Ca 2+ و Na + و K + و Cl - العناصر الغذائية بما في ذلك السكريات والأحماض الدهنية والأحماض الأمينية ومنتجات النفايات ، وخاصة ثاني أكسيد الكربون (CO)2) ، والتي يجب أن تغادر الخلية. يوفر هيكل طبقة الدهون ثنائية الغشاء المستوى الأول من التحكم. يتم حزم الدهون الفوسفورية بإحكام معًا ، والغشاء به جزء داخلي مسعور. يتسبب هذا الهيكل في أن يكون الغشاء قابلاً للاختراق بشكل انتقائي.

النفاذية الاختيارية

غشاء له النفاذية الاختيارية يسمح فقط للمواد التي تلبي معايير معينة بالمرور من خلالها دون مساعدة. في حالة غشاء الخلية ، يمكن فقط للمواد غير القطبية الصغيرة نسبيًا أن تتحرك عبر طبقة ثنائية الدهون (تذكر أن ذيول الغشاء الدهنية غير قطبية). بعض الأمثلة على ذلك هي الدهون الأخرى والأكسجين وغازات ثاني أكسيد الكربون والكحول. ومع ذلك ، فإن المواد القابلة للذوبان في الماء - مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية والإلكتروليتات - تحتاج إلى بعض المساعدة لعبور الغشاء لأنها تنفر بواسطة ذيول كارهة للماء لطبقة الفوسفوليبيد الثنائية. جميع المواد التي تتحرك عبر الغشاء تفعل ذلك بإحدى طريقتين عامتين ، يتم تصنيفهما بناءً على ما إذا كانت الطاقة مطلوبة أم لا.

الممر السلبي والنشط عبر غشاء الخلية

النقل السلبي هي حركة المواد عبر الغشاء دون إنفاق الطاقة الخلوية. فى المقابل، النقل النشط هي حركة المواد عبر الغشاء باستخدام الطاقة من ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP).

النقل السلبي

لا تستخدم العمليات السلبية ATP ولكنها تحتاج إلى نوع من القوة الدافعة. عادة ما يكون من الطاقة الحركية في شكل تدرج تركيز. سوف تميل الجزيئات إلى الانتقال من التركيزات العالية إلى المنخفضة عن طريق الحركة العشوائية للجزيئات. هناك 3 أنواع رئيسية من العمليات السلبية.

لكي نفهم كيف تتحرك المواد بشكل سلبي عبر غشاء الخلية ، فمن الضروري فهم تدرجات التركيز والانتشار. أ تدرج التركيز هو الاختلاف في تركيز مادة عبر الفضاء. سوف تنتشر الجزيئات (أو الأيونات) من حيث تكون أكثر تركيزًا إلى حيث تكون أقل تركيزًا حتى يتم توزيعها بالتساوي في تلك المساحة. (عندما تتحرك الجزيئات بهذه الطريقة ، يقال إنها تتحرك تحت تدرج تركيزهم.) تعريف هي حركة الجسيمات من منطقة تركيز أعلى إلى منطقة تركيز أقل. سيساعد زوجان من الأمثلة الشائعة في توضيح هذا المفهوم. تخيل أنك داخل حمام مغلق. إذا تم رش زجاجة عطر ، فستنتشر جزيئات الرائحة بشكل طبيعي من المكان الذي تركت فيه الزجاجة إلى جميع أركان الحمام ، وسيستمر هذا الانتشار حتى لا يتبقى مزيد من التدرج في التركيز. مثال آخر هو وضع ملعقة من السكر في كوب من الشاي. في النهاية سينتشر السكر في جميع أنحاء الشاي حتى لا يتبقى تدرج تركيز. في كلتا الحالتين ، إذا كانت الغرفة أكثر دفئًا أو الشاي أكثر سخونة ، يحدث الانتشار بشكل أسرع حيث تصطدم الجزيئات ببعضها البعض وتنتشر بشكل أسرع من درجات الحرارة المنخفضة. إن الحصول على درجة حرارة داخلية للجسم حوالي 98.6 درجة فهرنهايت يساعد أيضًا في انتشار الجزيئات داخل الجسم.

عندما توجد مادة بتركيز أكبر على جانب واحد من غشاء شبه نافذ ، مثل أغشية الخلايا ، فإن أي مادة يمكن أن تتحرك أسفل تدرج تركيزها عبر الغشاء ستفعل ذلك. ضع في اعتبارك المواد التي يمكن أن تنتشر بسهولة من خلال طبقة ثنائية الدهون في غشاء الخلية ، مثل غازات الأكسجين (O2) وشارك2. ا2 ينتشر بشكل عام في الخلايا لأنه أكثر تركيزًا خارجها ، وثاني أكسيد الكربون2 عادة ما ينتشر خارج الخلايا لأنه أكثر تركيزًا بداخلها. لا يتطلب أي من هذين المثالين أي طاقة من جانب الخلية ، وبالتالي يستخدمان النقل السلبي للتنقل عبر الغشاء. قبل الانتقال ، تحتاج إلى مراجعة الغازات التي يمكن أن تنتشر عبر غشاء الخلية. نظرًا لأن الخلايا تستهلك الأكسجين بسرعة أثناء عملية التمثيل الغذائي ، فعادة ما يكون هناك تركيز أقل من O2 داخل الزنزانة من الخارج. نتيجة لذلك ، سينتشر الأكسجين من السائل الخلالي مباشرة عبر الطبقة الدهنية الثنائية للغشاء وإلى السيتوبلازم داخل الخلية. من ناحية أخرى ، لأن الخلايا تنتج ثاني أكسيد الكربون2 كمنتج ثانوي لعملية التمثيل الغذائي ، CO2 ترتفع التركيزات داخل السيتوبلازم لذلك ، CO2 ستنتقل من الخلية عبر طبقة ثنائية الدهون إلى السائل الخلالي ، حيث يكون تركيزها أقل. آلية انتشار الجزيئات من حيث تكون أكثر تركيزًا إلى حيث تكون أقل تركيزًا هي شكل من أشكال النقل السلبي يسمى الانتشار البسيط (الشكل 4).

الشكل 4. انتشار بسيط عبر غشاء الخلية (البلازما). يسمح هيكل الطبقة الدهنية الثنائية للمواد الصغيرة غير القطبية مثل الأكسجين وثاني أكسيد الكربون بالمرور عبر غشاء الخلية ، أسفل تدرج تركيزها ، عن طريق الانتشار البسيط.

تميل المواد المذابة المذابة في الماء على جانبي غشاء الخلية إلى الانتشار أسفل تدرجات تركيزها ، ولكن نظرًا لأن معظم المواد لا يمكنها المرور بحرية عبر الطبقة الدهنية الثنائية لغشاء الخلية ، فإن حركتها تقتصر على قنوات البروتين وآليات النقل المتخصصة في الغشاء . نشر الميسر هي عملية الانتشار المستخدمة لتلك المواد التي لا يمكنها عبور طبقة ثنائية الدهون بسبب حجمها و / أو قطبية (الشكل 5). من الأمثلة الشائعة على الانتشار الميسر حركة الجلوكوز في الخلية ، حيث يتم استخدامه لصنع ATP. على الرغم من أن الجلوكوز يمكن أن يكون أكثر تركيزًا خارج الخلية ، إلا أنه لا يمكنه عبور طبقة ثنائية الدهون عن طريق الانتشار البسيط لأنها كبيرة وقطبية. لحل هذه المشكلة ، يقوم بروتين ناقل متخصص يسمى ناقل الجلوكوز بنقل جزيئات الجلوكوز إلى الخلية لتسهيل انتشارها إلى الداخل.

الشكل 5. الانتشار الميسر. (أ) يحدث الانتشار الميسر للمواد التي تعبر غشاء الخلية (البلازما) بمساعدة البروتينات مثل بروتينات القناة والبروتينات الحاملة. تعتبر بروتينات القناة أقل انتقائية من البروتينات الحاملة ، وعادة ما تميز بشكل معتدل بين حمولتها بناءً على الحجم والشحنة. (ب) تكون البروتينات الحاملة أكثر انتقائية ، وغالبًا ما تسمح فقط لنوع معين من الجزيء بالعبور.

على الرغم من أن أيونات الصوديوم (Na +) تتركز بشكل كبير خارج الخلايا ، إلا أن هذه الإلكتروليتات مستقطبة ولا يمكنها المرور عبر طبقة الدهون غير القطبية ثنائية الغشاء. يتم تسهيل انتشارها عن طريق بروتينات الغشاء التي تشكل قنوات الصوديوم (أو "المسام") ، بحيث يمكن لأيونات الصوديوم أن تتحرك أسفل تدرج تركيزها من خارج الخلايا إلى داخل الخلايا. هناك العديد من المواد المذابة الأخرى التي يجب أن تخضع للانتشار الميسر للانتقال إلى الخلية ، مثل الأحماض الأمينية ، أو للانتقال خارج الخلية ، مثل النفايات. لأن الانتشار الميسر هو عملية سلبية ، فإنه لا يتطلب إنفاق الطاقة من قبل الخلية. يمكن للماء أيضًا أن يتحرك بحرية عبر غشاء الخلية لجميع الخلايا ، إما من خلال قنوات البروتين أو عن طريق الانزلاق بين ذيول الدهون في الغشاء نفسه.

عثموسيسهو انتشار الماء من خلال غشاء نصف نافذ (الشكل 6).

الشكل 6. التناضح. التناضح هو انتشار الماء من خلال غشاء نصف نافذ أسفل تدرج تركيزه. إذا كان الغشاء منفذاً للماء ، وإن لم يكن مذابًا ، فإن الماء سيعادل تركيزه عن طريق الانتشار إلى جانب تركيز الماء المنخفض (وبالتالي جانب تركيز الذائبة الأعلى). في الدورق الموجود على اليسار ، يكون المحلول الموجود على الجانب الأيمن من الغشاء مفرط التوتر.

لا يتم تنظيم حركة جزيئات الماء نفسها بواسطة الخلايا ، لذلك من المهم أن تتعرض الخلايا لبيئة يكون فيها تركيز المواد المذابة خارج الخلايا (في السائل خارج الخلية) مساويًا لتركيز المواد المذابة داخل الخلايا ( في السيتوبلازم). يُقال أن هناك حلين لهما نفس تركيز المواد المذابة مساوي التوتر (توتر متساوي). عندما تكون الخلايا وبيئاتها خارج الخلية متساوية التوتر ، يكون تركيز جزيئات الماء هو نفسه خارج الخلايا وداخلها ، وتحافظ الخلايا على شكلها الطبيعي (ووظيفتها). يحدث التناضح عندما يكون هناك خلل في المواد المذابة خارج الخلية مقابل داخل الخلية. يُقال أن المحلول الذي يحتوي على تركيز أعلى من المواد المذابة مقارنة بمحلول آخر مفرط التوتر، وتميل جزيئات الماء إلى الانتشار في محلول مفرط التوتر (الشكل 7). سوف تذبل الخلايا في محلول مفرط التوتر حيث يترك الماء الخلية عن طريق التناضح. في المقابل ، يُقال أن المحلول الذي يحتوي على تركيز أقل من المواد المذابة من محلول آخر نقص الضغط، وتميل جزيئات الماء إلى الانتشار خارج محلول ناقص التوتر. ستستهلك الخلايا الموجودة في محلول ناقص التوتر الكثير من الماء وتنتفخ ، مع خطر الانفجار في النهاية. يتمثل أحد الجوانب المهمة للتوازن في الكائنات الحية في خلق بيئة داخلية تكون فيها جميع خلايا الجسم في محلول متساوي التوتر. تعمل أنظمة الأعضاء المختلفة ، وخاصة الكلى ، على الحفاظ على هذا التوازن.

الشكل 7. تركيز الحلول. يحتوي المحلول مفرط التوتر على تركيز مذاب أعلى من محلول آخر. يحتوي المحلول متساوي التوتر على تركيز ذائب مساوٍ لمحلول آخر. يحتوي المحلول منخفض التوتر على تركيز مذاب أقل من محلول آخر.

هناك آلية أخرى إلى جانب الانتشار لنقل المواد بشكل سلبي بين الأجزاء وهي الترشيح. على عكس انتشار مادة من حيث تكون أكثر تركيزًا إلى أقل تركيزًا ، يستخدم الترشيح تدرج ضغط هيدروستاتيكي يدفع السائل - والمواد المذابة بداخله - من منطقة ضغط أعلى إلى منطقة ضغط أقل. الترشيح عملية بالغة الأهمية في الجسم.على سبيل المثال ، يستخدم الجهاز الدوري الترشيح لتحريك البلازما والمواد عبر البطانة البطانية للشعيرات الدموية والأنسجة المحيطة ، مما يمد الخلايا بالمغذيات. يوفر ضغط الترشيح في الكلى آلية لإزالة الفضلات من مجرى الدم.

النقل النشط

لقد انتهيت للتو من التحقيق في طرق النقل السلبية ، فلنلقِ نظرة الآن على الطرق النشطة. في الأساليب النشطة ، يجب أن تستهلك الخلية الطاقة (ATP) للقيام بعمل تحريك الجزيئات. غالبًا ما يحدث النقل النشط عندما يتم تحريك الجزيء عكس تدرج تركيزه أو عند نقل جزيئات كبيرة جدًا إلى خارج الخلية. هناك 3 أنواع رئيسية من العمليات النشطة.

أثناء النقل النشط ، يُطلب من ATP نقل مادة عبر الغشاء ، غالبًا بمساعدة ناقلات البروتين ، وعادةً ضد تدرج تركيزه. أحد أكثر أنواع النقل النشط شيوعًا يتضمن البروتينات التي تعمل كمضخات. ربما تستحضر كلمة "مضخة" أفكارًا لاستخدام الطاقة في ضخ إطار دراجة أو كرة سلة. وبالمثل ، فإن الطاقة من ATP مطلوبة لبروتينات الغشاء هذه لنقل المواد - الجزيئات أو الأيونات - عبر الغشاء ، عادةً مقابل تدرجات تركيزها (من منطقة ذات تركيز منخفض إلى منطقة تركيز عالٍ). ال مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، والذي يسمى أيضًا N + / K + ATPase ، ينقل الصوديوم من الخلية أثناء نقل البوتاسيوم إلى الخلية. تعد مضخة Na + / K + مضخة أيونية مهمة توجد في أغشية العديد من أنواع الخلايا. هذه المضخات وفيرة بشكل خاص في الخلايا العصبية ، التي تضخ باستمرار أيونات الصوديوم وتسحب أيونات البوتاسيوم للحفاظ على التدرج الكهربائي عبر أغشية الخلايا. ان التدرج الكهربائي هو اختلاف في الشحنة الكهربائية عبر الفضاء. في حالة الخلايا العصبية ، على سبيل المثال ، يوجد التدرج الكهربائي بين داخل الخلية وخارجها ، مع وجود شحنة سالبة من الداخل (عند حوالي -70 مللي فولت) بالنسبة للخارج. يتم الحفاظ على التدرج الكهربائي السالب لأن كل مضخة Na + / K + تحرك ثلاثة أيونات Na + خارج الخلية واثنين من أيونات K + في الخلية لكل جزيء ATP يتم استخدامه (الشكل 8). هذه العملية مهمة جدًا للخلايا العصبية لدرجة أنها تمثل غالبية استخدام ATP.

الشكل 8. مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. تم العثور على مضخة الصوديوم والبوتاسيوم في العديد من أغشية الخلايا (البلازما). تعمل المضخة بواسطة ATP على تحريك أيونات الصوديوم والبوتاسيوم في اتجاهين متعاكسين ، كل منهما مقابل تدرج تركيزها. في دورة واحدة للمضخة ، يتم بثق ثلاثة أيونات الصوديوم من الخلية ويتم استيراد أيوني بوتاسيوم إلى داخل الخلية.

لا تتضمن أشكال النقل النشط الأخرى ناقلات الغشاء. الالتقام (إحضار "إلى الخلية") هي عملية ابتلاع مادة للخلية عن طريق تغليفها بجزء من غشاء الخلية ، ثم الضغط على هذا الجزء من الغشاء (الشكل 9). بمجرد الضغط عليه ، يصبح جزء الغشاء ومحتوياته حويصلة مستقلة داخل الخلايا. أ حويصلة هو كيس غشائي - عضية كروية مجوفة يحدها غشاء ثنائي الطبقة من الدهون. غالبًا ما يجلب الالتقام الخلوي المواد إلى الخلية التي يجب تفكيكها أو هضمها. البلعمة ("أكل الخلية") هو الالتقام الخلوي للجزيئات الكبيرة. تشارك العديد من الخلايا المناعية في البلعمة من مسببات الأمراض الغازية. مثل القليل من الرجال باك ، فإن وظيفتهم هي مراقبة أنسجة الجسم بحثًا عن المواد غير المرغوب فيها ، مثل غزو الخلايا البكتيرية ، وتبلعمها ، وهضمها. على عكس البلعمة ، كثرة الكريات ("شرب الخلية") يجلب سائلًا يحتوي على مواد مذابة إلى الخلية من خلال حويصلات الغشاء.

الشكل 9. ثلاثة أشكال من الالتقام الخلوي. الالتقام الخلوي هو شكل من أشكال النقل النشط حيث تغلف الخلية المواد خارج الخلية باستخدام غشاء الخلية. (أ) في البلعمة ، وهي غير انتقائية نسبيًا ، تأخذ الخلية جسيمًا كبيرًا. (ب) في كثرة الخلايا ، تأخذ الخلية جزيئات صغيرة في السائل. (ج) على النقيض من ذلك ، فإن الالتقام الخلوي بوساطة المستقبل انتقائي تمامًا. عندما ترتبط المستقبلات الخارجية برباط معين ، تستجيب الخلية عن طريق الالتحام بالرابط.

الشكل 10. خروج الخلايا. خروج الخلايا يشبه إلى حد كبير الالتقام الخلوي في الاتجاه المعاكس. يتم تغليف المواد المعدة للتصدير في حويصلة داخل الخلية. يندمج غشاء الحويصلة مع غشاء الخلية ، ويتم إطلاق المحتويات في الفضاء خارج الخلية.

تأخذ البلعمة والكريات الحبيبية أجزاء كبيرة من المواد خارج الخلية ، وعادة ما تكون غير انتقائية للغاية في المواد التي تجلبها. تنظم الخلايا عملية الالتقام الخلوي لمواد معينة عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة مستقبلات. بوساطة مستقبلات الإلتقام هو الالتقام الخلوي عن طريق جزء من غشاء الخلية يحتوي على العديد من المستقبلات الخاصة بمادة معينة. بمجرد أن ترتبط المستقبلات السطحية بكميات كافية من المادة المحددة (رابط المستقبل) ، ستلتحم الخلية بجزء من غشاء الخلية الذي يحتوي على مجمعات مستقبلات ليجند. الحديد ، وهو مكون مطلوب من الهيموجلوبين ، يتم تحطيمه بواسطة خلايا الدم الحمراء بهذه الطريقة. يرتبط الحديد ببروتين يسمى الترانسفيرين في الدم. ترتبط مستقبلات الترانسفيرين المحددة على أسطح خلايا الدم الحمراء بجزيئات الحديد-ترانسفيرين ، وتلتحم الخلية بمجمعات مستقبلات ليجند. على النقيض من الالتقام الخلوي ، طرد خلوي (إخراج "خارج الخلية") هي عملية تصدير مادة خلية باستخدام النقل الحويصلي (الشكل 10).

تصنع العديد من الخلايا مواد يجب إفرازها ، مثل مصنع يصنع منتجًا للتصدير. عادة ما يتم تعبئة هذه المواد في حويصلات مرتبطة بالغشاء داخل الخلية. عندما يندمج غشاء الحويصلة مع غشاء الخلية ، تطلق الحويصلة محتوياتها في السائل الخلالي. ثم يصبح غشاء الحويصلة جزءًا من غشاء الخلية. تنتج خلايا المعدة والبنكرياس وتفرز إنزيمات الجهاز الهضمي من خلال إفراز الخلايا (الشكل 11). تنتج خلايا الغدد الصماء الهرمونات وتفرزها والتي يتم إرسالها في جميع أنحاء الجسم ، وتنتج خلايا مناعية معينة وتفرز كميات كبيرة من الهيستامين ، وهو مادة كيميائية مهمة للاستجابات المناعية.

الشكل 11. خلايا البنكرياس & # 8217 منتجات الإنزيم. تنتج خلايا البنكرياس أسينار العديد من الإنزيمات التي تهضم الطعام وتفرزها. الحبيبات السوداء الدقيقة في هذه الصورة المجهرية الإلكترونية عبارة عن حويصلات إفرازية مملوءة بالأنزيمات التي سيتم تصديرها من الخلايا عبر طرد الخلايا. LM × 2900. (صورة مجهرية مقدمة من Regents of University of Michigan Medical School © 2012)

أمراض الخلية: التليف الكيسي

يؤثر التليف الكيسي (CF) على ما يقرب من 30000 شخص في الولايات المتحدة ، مع الإبلاغ عن حوالي 1000 حالة جديدة كل عام. يشتهر المرض الوراثي بأضراره التي تلحق بالرئتين ، مما يتسبب في صعوبات في التنفس والتهابات رئوية مزمنة ، ولكنه يؤثر أيضًا على الكبد والبنكرياس والأمعاء. منذ حوالي 50 عامًا فقط ، كان تشخيص الأطفال الذين ولدوا مصابين بالتليف الكيسي قاتمًا للغاية - نادرًا ما يتجاوز متوسط ​​العمر المتوقع 10 سنوات. اليوم ، مع التقدم في العلاج الطبي ، يعيش العديد من مرضى التليف الكيسي في الثلاثينيات من العمر.

تنجم أعراض التليف الكيسي عن خلل في قناة أيون غشائية تسمى منظم توصيل غشاء التليف الكيسي CFTR. في الأشخاص الأصحاء ، يعتبر بروتين CFTR عبارة عن بروتين غشائي متكامل ينقل Cl - أيونات خارج الخلية. في الشخص المصاب بالتليف الكيسي ، يتم تحور جين CFTR ، وبالتالي ، تصنع الخلية بروتين قناة معيب لا يتم دمجه عادةً في الغشاء ، ولكن بدلاً من ذلك تتحلل بواسطة الخلية. يتطلب CFTR ATP لكي يعمل ، مما يجعل Cl - النقل الخاص به شكلاً من أشكال النقل النشط. حيرت هذه الخاصية الباحثين لفترة طويلة لأن الأيونات الكلورية تتدفق بالفعل تحت تدرج تركيزهم عند نقلهم خارج الخلايا. النقل النشط بشكل عام يضخ الأيونات ضد تدرج تركيزهم ، لكن CFTR يقدم استثناء لهذه القاعدة. في أنسجة الرئة الطبيعية ، تحافظ حركة Cl خارج الخلية على بيئة سالبة الكلور غنية بالكلور خارج الخلية مباشرة. هذا مهم بشكل خاص في البطانة الظهارية للجهاز التنفسي.

تفرز الخلايا الظهارية التنفسية المخاط الذي يعمل على حبس الغبار والبكتيريا وغيرها من الحطام. أ الهدب (جمع = أهداب) أحد الزوائد الشبيهة بالشعر الموجودة في خلايا معينة. تعمل الأهداب الموجودة على الخلايا الظهارية على تحريك المخاط وجزيئاته المحتبسة عبر الممرات الهوائية بعيدًا عن الرئتين باتجاه الخارج. لكي يتم تحريكه بشكل فعال إلى أعلى ، لا يمكن أن يكون المخاط لزجًا للغاية ، بل يجب أن يكون له قوام رقيق ومائي. يؤدي نقل Cl - والحفاظ على بيئة كهربية خارج الخلية إلى جذب الأيونات الموجبة مثل Na + إلى الفضاء خارج الخلية. يؤدي تراكم أيونات Cl - و Na + في الفضاء خارج الخلية إلى تكوين مخاط غني بالسائل المذاب ، والذي يحتوي على تركيز منخفض من جزيئات الماء. نتيجة لذلك ، من خلال التناضح ، ينتقل الماء من الخلايا والمصفوفة خارج الخلية إلى المخاط ، مما يؤدي إلى "تخفيفه". هذه هي الطريقة ، في الجهاز التنفسي الطبيعي ، يتم الاحتفاظ بالمخاط مخففًا بدرجة كافية ليتم دفعه خارج الجهاز التنفسي.

في حالة غياب قناة CFTR ، لا يتم نقل أيونات الكلورين خارج الخلية بأعداد كافية ، مما يمنعها من سحب أيونات موجبة. يؤدي عدم وجود أيونات في المخاط المفرز إلى عدم وجود تدرج طبيعي لتركيز الماء. وبالتالي ، لا يوجد ضغط تناضحي يسحب الماء إلى المخاط. يكون المخاط الناتج سميكًا ولزجًا ، ولا تستطيع الظهارة الهدبية إزالته بشكل فعال من الجهاز التنفسي. يتم حظر الممرات في الرئتين بالمخاط ، جنبًا إلى جنب مع الحطام الذي يحمله. تحدث الالتهابات البكتيرية بسهولة أكبر لأن الخلايا البكتيرية لا يتم نقلها بشكل فعال بعيدًا عن الرئتين.


نقل الدهون داخل الخلايا في حقيقيات النوى

يشير استقطاب البلاعم إلى كيفية تنشيط الضامة في نقطة معينة في المكان والزمان. لم يتم إصلاح الاستقطاب ، لأن الضامة بلاستيكية بدرجة كافية لدمج إشارات متعددة ، مثل تلك الصادرة عن الميكروبات والأنسجة التالفة و. اقرأ أكثر

الشكل 1: التنظيم التنموي للخلايا الضامة من الخلايا الوحيدة. (أ) يمكن أن تتبع ثلاث نتائج بذر الأنسجة أو المواقع الالتهابية بواسطة الخلايا الوحيدة: الموت ، والإقامة المستقرة ، والتداخل مع خلايا الدم البيضاء.

الشكل 2: الجدول الزمني للبحث في استقطاب البلاعم. لم يتم الاستشهاد بجميع الأوراق الأولية هنا بسبب ضيق المساحة. يمثل اختيار النتائج والتطورات الرئيسية تأليف المؤلف.

الشكل 3: العوامل الخارجية والداخلية تتحكم في استقطاب البلاعم. (أ) الضامة M2 و (ب) الضامة M1 تظهر مع بعض العوامل المرتبطة بتطورها. يجب ملاحظة ذلك .

الشكل 4: عامل نخر الورم هو عامل رئيسي مضاد لـ M2. يؤدي تعرض البلاعم إلى عامل نخر الورم إلى منع استقطاب M2 على مستويين: (أ) من خلال آثاره المباشرة على الضامة و (ب) من خلال التأثيرات غير المباشرة لعامل نخر الورم.


نقل الكوليسترول داخل الخلايا

مراسلات العنوان إلى: Frederick R. Maxfield، Department of Biochemistry، Room E-215، Weill Medical College of Cornell University، 1300 York Avenue، New York، New York 10021، USA. الهاتف: (212) 747-6405 الفاكس: (212) 746-8875 البريد الإلكتروني: [email protected]

اعثر على مقالات بواسطة Maxfield، F. في: JCI | PubMed | منحة جوجل

قسم الكيمياء الحيوية ، كلية طب وايل بجامعة كورنيل ، نيويورك ، نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية

مراسلات العنوان إلى: Frederick R. Maxfield، Department of Biochemistry، Room E-215، Weill Medical College of Cornell University، 1300 York Avenue، New York، New York 10021، USA. الهاتف: (212) 747-6405 الفاكس: (212) 746-8875 البريد الإلكتروني: [email protected]

اعثر على مقالات بواسطة Wüstner، D. في: JCI | PubMed | منحة جوجل

يعد التوزيع الصحيح للكوليسترول داخل الخلايا بين الأغشية الخلوية ضروريًا للعديد من الوظائف البيولوجية لخلايا الثدييات ، بما في ذلك نقل الإشارة وحركة الأغشية. يلعب الاتجار داخل الخلايا دورًا رئيسيًا في التخلص السليم من الكوليسترول الداخلي وفي تنظيم تدفق الكوليسترول. على الرغم من أهمية نقل الكوليسترول وتوزيعه داخل الخلايا لعلم وظائف الأعضاء الطبيعي وفي الحالات المرضية ، فإن العديد من الجوانب الأساسية لحركة الكوليسترول داخل الخلايا ليست مفهومة جيدًا. على سبيل المثال ، لم يتم تحديد الأدوار النسبية للنقل الحويصلي وغير الحويصلي بشكل كامل ، والتوزيع غير المتماثل للكوليسترول بين وريقتين من الأغشية البيولوجية يتميز بشكل سيء في كثير من الحالات. أيضًا ، في حين أنه من الواضح أن النطاقات الدقيقة الصغيرة المخصبة بالكوليسترول (يشار إليها غالبًا باسم الطوافات انظر Simons و Ehehalt ، فإن سلسلة المنظور هذه ، المرجع 1) تحدث في العديد من الأغشية البيولوجية ، إلا أن تكوين هذه المجالات الصغيرة وحجمها ودينامياتها تظل غير مؤكدة . هنا ، سنناقش الفهم الحالي لنقل الكوليسترول داخل الخلايا.

تحافظ العضيات الغشائية لخلايا الثدييات على تركيبات بروتينية ودهنية متميزة ضرورية لوظيفتها الصحيحة (الشكل 1). في مسار إفراز التخليق الحيوي ، يكون الكوليسترول منخفضًا في الشبكة الإندوبلازمية (ER) ، ولكن يزداد مستواه من خلال جهاز جولجي ، مع أعلى مستوياته في غشاء البلازما (2). في مسار الالتقام ، تحتوي حجرة إعادة التدوير الداخلية (ERC) ، التي تحتوي على إعادة تدوير بروتينات الغشاء والدهون (3) ، على مستويات عالية من الكوليسترول (4). لم يتم توثيق محتوى الكوليسترول في الجسيمات الداخلية والليزوزومات المتأخرة جيدًا ، ولكن في ظل الظروف العادية يبدو أنه أقل مما هو عليه في ERC (2 ، 4). في الخلايا الظهارية المستقطبة ، يتم إثراء الغشاء القمي بالكوليسترول والشحميات السفينغولية بالنسبة للغشاء القاعدية (5).

الآليات الأساسية لنقل الكوليسترول بين غشاءين. (أ) النقل الحويصلي. تتطلب هذه العملية ATP ولكنها لا تتطلب تغييرًا في التوزيع المستعرض للكوليسترول في غشاء المتبرع. (ب) الانتشار عبر السيتوبلازم إما مرتبط ببروتين ناقل (الأسهم العلوية) أو عن طريق الانتشار الحر (الأسهم السفلية). يجب أن يمتص الكوليسترول الموجود في غشاء المتبرع من النشرة السيتوبلازمية ، لذلك يمكن أن يؤثر توزيع الكوليسترول عبر الطبقة على هذه العملية. (ج) النقل عبر ملامسات الغشاء. تتلامس أغشية المتبرع والمقبول المجاورة عن كثب ، مما يؤدي إلى انتقال الكوليسترول عبر الفضاء بين الغشاء. تتطلب هذه العملية الكوليسترول في نشرة العصارة الخلوية لغشاء المتبرع ويمكن تسهيلها عن طريق نقل البروتينات.

على الرغم من أن ER هو موقع تخليق الكوليسترول ، إلا أن تركيز الكوليسترول في ER منخفض جدًا ، ويشتمل على حوالي 0.5-1٪ فقط من الكوليسترول الخلوي (6) على الرغم من أن مساحة سطح ER تتجاوز مساحة غشاء البلازما في العديد من الخلايا. تخضع العديد من جوانب تنظيم الكوليسترول لرقابة صارمة على التغذية الراجعة وهي حساسة لتركيز الكوليسترول في ER. على سبيل المثال ، تؤدي الزيادة في محتوى الكوليسترول في ER إلى تسريع تحلل إنزيم 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A ، وهو الإنزيم الرئيسي المنظم لتخليق الكوليسترول (7). يستجيب الانقسام البروتين المنشط (SCAP) لعنصر استجابة الستيرول - بروتين رابط (SREBP) لتقليل الكوليسترول في غشاء ER عن طريق تنشيط الانقسام التحلل للبروتين وانتقال جزء من SREBP إلى النواة ، حيث يغير نسخ العديد من الجينات المعنية في تنظيم الكوليسترول (8). وبالتالي ، فإن تركيز الستيرول في غشاء ER أمر بالغ الأهمية لتوازن الكوليسترول الخلوي.

محتوى الكوليسترول في جهاز Golgi هو وسيط بين تلك الموجودة في ER وغشاء البلازما ، لكن محتوى الكوليسترول المقاس في Golgi يعتمد على الطريقة المستخدمة لتنقية هذه الأغشية (9). تظهر دراسات ربط فلبينية مجهرية إلكترونية زيادة محتوى الكوليسترول من رابطة الدول المستقلة- الى عبر- جولجي (7). لقد تم اقتراح أن الأطواف المخصبة بالسفينجوميلين والجليكوسفينجوليبيدات والكوليسترول في جهاز جولجي وأن نطاقات الطوافة هذه يتم نقلها بشكل انتقائي إلى المجال القمي من عبر- جولجي (5 ، 10). يعتبر الكوليسترول الموجود في ERC مهمًا بالمثل من أجل تهريب الأغشية الصحيح. لقد ثبت أن التخفيضات في الكوليسترول الخلوي تغير من إعادة تدوير بروتينات الجليكوزيل-فوسفاتيديلينوسيتول- المثبتة (GPI-anchored) (11).

يُقدر أن غشاء البلازما يحتوي على حوالي 60-80٪ من الكوليسترول الكلي الخلوي (2) ، ويقدر أن الكوليسترول يصل إلى 30-40٪ من جزيئات الدهون في غشاء البلازما. على الرغم من بعض عدم اليقين في هذه الأرقام ، فمن الواضح من جميع الدراسات أن غشاء البلازما غني بالكوليسترول مقارنة بالأغشية الخلوية الأخرى.

لا يتم توزيع الكوليسترول والدهون بشكل متجانس داخل طبقات ثنائية من الأغشية البيولوجية. تم اقتراح المجالات الدقيقة المخصبة بالكوليسترول والسفينجوليبيد ، والتي تقاوم الذوبان في درجة حرارة منخفضة بواسطة المنظفات غير الأيونية مثل Triton X-100 ، لتلعب دورًا مهمًا في نقل الكوليسترول (5 ، 10 ، 12). خصائص الدهون في مثل هذه الأغشية المقاومة للمنظفات (DRMs) مماثلة لتلك الموجودة في السائل (Lo) المرحلة التي تم تمييزها في أغشية النموذج (13). تُظهر المجالات Lo حركة جانبية عالية للدهون وتعبئة ضيقة في قلب الغشاء الكارهة للماء. لم يتم ملاحظة الأطواف مباشرة عن طريق الفحص المجهري البصري في الخلايا الحية ، ربما لأن أبعادها أقل من حد الدقة. يضمن التنقل الجانبي العالي داخل مجالات Lo والحجم الصغير للأطواف في الجسم الحي (5) أن الجزيئات ستواجه حدود الطوافة بشكل متكرر وأن الجزيئات الفردية تترك مناطق تشبه الطوافة في غضون ثوانٍ.

تم العثور على جزء كبير من غشاء البلازما لأنواع عديدة من الخلايا في نطاقات تشبه الطوف حوالي 70-80٪ من مساحة السطح لأنواع عديدة من الخلايا وقد ثبت أنها مقاومة للذوبان بواسطة البرودة Triton X-100 (14). تشير دراسات الاستقطاب الفلوري أيضًا إلى أن ما يقرب من نصف غشاء البلازما موجود في نطاقات مرتبة عند 37 درجة مئوية ، بما يتوافق مع التركيز العالي للكوليسترول والدهون السفينجولية في غشاء البلازما. في الخلايا الظهارية المستقطبة ، يتم إثراء الشحميات السفينجولية والكوليسترول بشكل خاص في مجالات الغشاء القمي ، والتي قد توجد بالكامل تقريبًا في حالة مرتبة (5).

التوزيع الكمي للكوليسترول بين المجالات المرتبة والمضطربة في غشاء البلازما غير معروف. نظرًا للتركيز الكلي العالي للكوليسترول داخل غشاء البلازما ، قد يكون من الممكن فقط الحصول على درجة صغيرة من الإثراء الموضعي دون الإخلال ببنية الطبقة الثنائية. بدلاً من ذلك ، يمكن الحفاظ على غشاء البلازما في تركيبة حيث يمكن أن تؤدي التغييرات الصغيرة في محتوى الكوليسترول إلى تغييرات كبيرة في سيولة الغشاء ، كما لوحظ في أغشية النموذج (14).

على الأرجح ، تتعايش أنواع عديدة من المجالات الدقيقة للأغشية في الخلايا (14). Caveolae هي نوع واحد من المجالات المتخصصة التي تشبه الطوافة. ترتبط بالكافولين ولها شكل قارورة مميز يبلغ قطره حوالي 60 نانومتر. في معظم الخلايا ، تغطي الكهوف نسبة قليلة من غشاء البلازما ، لذا فهي تمثل جزءًا صغيرًا من غشاء البلازما DRM.في ظل ظروف معينة ، يمكن أن يقرص caveolae من غشاء البلازما (15) ، ولكن في ظل ظروف زراعة الأنسجة القياسية ، لا يتم تبادل الكهوف الغشائية البلازمية بسرعة مع أحواض الكافولين الداخلية (16). يمكن للكافولين أن يربط الكوليسترول (17) ، ولكن كما هو الحال مع المجالات الأخرى الشبيهة بالطوافة ، فإن الإثراء النسبي للكوليسترول في الكهوف غير مؤكد.

بالإضافة إلى الفصل الجانبي للأغشية في مجالات مختلفة ، تحتوي وريقتا الأغشية البيولوجية على تركيبات مميزة. آليات الحفاظ على التوزيع غير المتماثل للكوليسترول ليست مفهومة جيدًا ، ولكن الآلية المحتملة هي أن توزيع الكوليسترول يتم تحديده إلى حد كبير بواسطة الدهون الأخرى في الغشاء. بشكل عام ، توزيع الكوليسترول في الأغشية البيولوجية غير غشاء البلازما عبر الطبقة غير مميز بشكل جيد ، وحتى في غشاء البلازما هناك بعض عدم اليقين. أشارت بعض الدراسات إلى أن الستيرول موجود في الغالب في النشرة الخارجية لغشاء البلازما (18) ، وهو ما يتوافق مع الارتباط التفضيلي مع السفينجوميلين (13). ومع ذلك ، فقد أشارت العديد من الدراسات الأخرى إلى أن الكوليسترول غني في النشرة السيتوبلازمية (2 ، 19) ، على الرغم من أن الأساس الجزيئي لمثل هذا التخصيب غير معروف.

عدم اليقين فيما يتعلق بتوزيع الكوليسترول في المنشورات الداخلية والخارجية لغشاء البلازما هو أحد الأمثلة على الصعوبة العامة لتحديد هذا والعديد من الأنواع الدهنية الأخرى في الأغشية البيولوجية السليمة. في هذه الحالة ، نظرًا لعدم إمكانية إجراء قياس مباشر للكوليسترول ، يتم تحديد توزيعات طبقة الكوليسترول عن طريق إخماد الانبعاث من الستيرول الفلوريسنت باستخدام أجهزة إخماد غشائية غير سامة. هذا النهج ليس مثاليًا ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أنه قد تكون هناك اختلافات كمية في خصائص نظائر الكوليسترول الفلورية مقارنة بالكوليسترول (انظر أدناه).

ربما تكون أخطر صعوبة للتحليل الكمي للكوليسترول في الأغشية هي أنه على الرغم من ضعف ذوبان الكوليسترول في الماء ، إلا أنه يمكن أن يمتص تلقائيًا من الأغشية بمعدل ملموس. غالبًا ما يعود إلى نفس الغشاء ، ولكن يمكنه أيضًا الارتباط بأي مواقع ربط أخرى متاحة للكارهة للماء. لهذا السبب ، يمكن إعادة توزيع جزء كبير من الكوليسترول الغشائي بين العضيات المعزولة (20). في الخلايا ، يمكن للبروتينات القابلة للذوبان أن تربط الكوليسترول ، أحيانًا بدرجة عالية من الخصوصية والتقارب (21 ، 22). يمكن أن تتوسط هذه البروتينات أيضًا في نقل الكوليسترول بين الأغشية في المختبر بعد اضطراب الخلايا (22).

يمكن تحديد نقل وتوزيع الكوليسترول الجديد الحجم عن طريق إدخال 3 H-acetate في الخلايا الحية وقياس كمية 3 H كولسترول في الأغشية المعزولة في أوقات مختلفة. يمكن توصيل الكوليسترول واسترات الكوليسترول ذات العلامات الإشعاعية عن طريق البروتينات الدهنية ، ويمكن أيضًا توصيل الكوليسترول المسمى عبر ناقلات cyclodextrin ، مثل methyl-β-cyclodextrin. يمكن قياس الكوليسترول الكلي بالطرق الكيميائية المباشرة مثل كروماتوغرافيا الغاز - مطياف الكتلة أو بالطرق غير المباشرة مثل المقايسات القائمة على أوكسيديز الكوليسترول (2 ، 23). من أجل استخدام أي من طرق قياس نقل الكوليسترول وتوزيعه ، يجب تنقية العضيات المختلفة ذات الأهمية. بشكل عام ، من الصعب جدًا الحصول على كسور غشاء عالية النقاء ، لذلك يجب مراعاة إمكانية حدوث تأثيرات من الأغشية الملوثة. بالإضافة إلى ذلك ، قد تؤدي بروتوكولات التنقية المطولة إلى زيادة خطر نقل الكوليسترول. تكون هذه الطرق مفيدة للغاية عندما يمكن فصل العضيات بسهولة ، كما هو الحال مع ER وغشاء البلازما ، ولكن قد يكون من الصعب جدًا تفسيرها عند النظر في العضيات مثل الإندوسومات وأغشية جولجي.

واحدة من أكثر الأدوات المستخدمة على نطاق واسع لدراسة توزيع الكوليسترول داخل الخلايا هو المنظف الفلوري ، الذي يرتبط بشكل انتقائي بالكوليسترول (وليس بإسترات الكوليسترول) (24). يمكن استخدام تلطيخ الفلبين لاكتشاف الكوليسترول في عضيات الغشاء المختلفة في الخلايا السليمة. على الرغم من أن filipin عبارة عن حامل فلور ضعيف نسبيًا ، إلا أنه يتم اكتشافه بسهولة بواسطة كاميرات الجهاز المبردة ذات الشحنات المزدوجة. بشكل عام ، تم استخدام filipin للتحليلات النوعية لتوزيع الكوليسترول ، نظرًا لأن شدة التألق لا ترتبط بالضرورة خطيًا بمحتوى الكوليسترول. على سبيل المثال ، هناك اختلافات في إمكانية الوصول إلى الكوليسترول في حمامات مختلفة (25). القيد الآخر هو أن الكوليسترول قد يعاد توزيعه خلال فترة الحضانة الطويلة مع الفلبين. وبالتالي ، فإن القياس الكمي لتوزيع الكوليسترول داخل الخلايا من التجارب باستخدام الفلبين غير ممكن ، على الرغم من أن توزيعات الكوليسترول التي لوحظت مع الفلبين تتوافق بشكل عام مع التوزيعات التي تم الحصول عليها بالطرق الأخرى. عندما يرتبط الفليبين بالكوليسترول في الأغشية ، فإنه ينتج نتوءًا مميزًا في الغشاء يمكن رؤيته في الصور المجهرية للكسر بالتجميد. كما هو الحال مع دراسات التألق ، كان الفحص المجهري الإلكتروني للفلبين مفيدًا للتحليل النوعي لتوزيع الكوليسترول.

تم استخدام العديد من مشتقات الكوليسترول الفلورية في دراسات الفحص المجهري الفلوري. تتمثل المشكلة الرئيسية في مقاربات الكوليسترول الفلورية في أن الفلوروفور يمكن أن يغير بشكل كبير خصائص الكوليسترول بحيث يتم تغيير توزيعه بين الأغشية الخلوية بشكل كبير (9). عدد قليل من الستيرولات الفلورية في جوهرها ولها خصائص توزيع جانبية وطبقة عبر الأغشية التي تشبه إلى حد ما الكوليسترول. واحد من هؤلاء ، ديهيدروإرغوستيرول (DHE) ، هو ستيرول طبيعي تنتجه الخميرة (26). على الرغم من أنه مادة فلوروفور ضعيفة التبييض الضوئي بسرعة مع انبعاث في الأشعة فوق البنفسجية القريبة (UV) ، يمكن دمج DHE في الأغشية الخلوية بتركيزات كافية يمكن ملاحظتها باستخدام كاميرات الجهاز المقترنة بالشحنة الحساسة للأشعة فوق البنفسجية (4 ، 9 ، 27). تم استخدام DHE أيضًا في دراسة التصوير متعدد الفوتونات (26). هناك قضايا مهمة يجب أخذها في الاعتبار عند التحقق من صحة DHE أو غيره من الستيرولات الفلورية المتأصلة كنظائر للكوليسترول. يوزع DHE بشكل مشابه للكوليسترول في الخلايا (4 ، 9 ، 27) ، ولكن هناك اختلافات كمية ، على سبيل المثال ، في معدل امتصاصه من أغشية الدهون النموذجية (28). وبالتالي ، قد تكون هناك اختلافات كمية في نقل DHE مقارنةً بالكوليسترول. تعتبر خصائص التألق لـ DHE حساسة أيضًا للبيئة المحلية ، لذلك قد لا تعكس شدة التألق النسبية في الأغشية المختلفة التركيز بدقة كاملة. ومع ذلك ، توفر هذه الكواشف ميزة كبيرة تتمثل في إمكانية استخدامها لمراقبة إعادة توزيع الستيرول مباشرة في الخلايا الحية. يمكن توصيل DHE إلى غشاء البلازما عبر ناقل methyl-β-cyclodextrin في نبضات قصيرة تصل إلى دقيقة واحدة ، ويمكن بعد ذلك ملاحظة إعادة التوزيع وتحديد كميته في دراسات مطاردة النبض (4 ، 27). يمكن أيضًا استخدام التبييض الضوئي لـ DHE للاستفادة من التبييض الضوئي لمنطقة واحدة من الخلية ثم قياس المعدل الذي يعود به التألق في صورة تبادلات DHE غير مبيضة في المنطقة المبيضة (4 ، 9 ، 27).

تم تطوير بعض التقنيات المتخصصة ، مثل مقايسة الكوليسترول أوكسيديز (23) ، لتحديد نسبة الكوليسترول في غشاء البلازما. سيبالغ هذا الاختبار في تقدير كمية الكوليسترول على غشاء البلازما إذا تمكن الإنزيم من الوصول إلى الأجزاء داخل الخلايا (على سبيل المثال ، عن طريق الالتقام في الخلايا الحية أو عن طريق كسر الغشاء) أو إذا انتقل الكوليسترول إلى غشاء البلازما أثناء الفحص. ومع ذلك ، فإن تعديل هذا النهج ، المصمم لتقليل هذه المشكلات (2) ، يوفر تقديرات لجزء الكوليسترول الخلوي في غشاء البلازما (حوالي 70٪) التي تتوافق بشكل عام مع الطرق الأخرى. هناك طريقة أخرى مفيدة لقياس توصيل الكوليسترول إلى غشاء البلازما وهي الاستخلاص بواسطة سيكلودكسترين خارج الخلية (29 ، 30). يمكن لمقبل الكوليسترول الانتقائي هذا إزالة مجموعة من الكوليسترول على الأقل من الغشاء في غضون دقيقة أو نحو ذلك. في تجارب التدفق هذه ، تتم موازنة الخلايا بـ 3 H-cholesterol قبل إضافة cyclodextrins خارج الخلية. عادة ما يكون استخراج الكوليسترول المسمى ثنائي الطور ، مع مكون بطيء في الاستخلاص يتطلب عشرات الدقائق (30). من المحتمل أن يكون جزء كبير من المرحلة البطيئة هو التسليم من العضيات الداخلية (4) ، ولكن من الممكن أيضًا أن يكون هناك تجمع قابل للاستخراج ببطء في غشاء البلازما (30). قد يؤدي تجمع غشاء البلازما القابل للاستخراج ببطء إلى عدم اليقين في تقديرات نسبة الكوليسترول في غشاء البلازما بهذه الطريقة.

تم تكييف طريقة تغيير الكثافة الإنزيمية التي تم استخدامها لتحديد ما إذا كانت البروتينات في نفس الحجرة لتحديد المقدار النسبي لـ 3 H-cholesterol في العضيات (4). عندما يحفز بيروكسيديز الفجل (HRP) بيروكسيد الديامينوبنزيدين ، يتشكل بوليمر غير قابل للذوبان داخل العضية مما يؤدي إلى زيادة كبيرة جدًا في كثافته. يمكن فصل العضيات التي تحتوي على منتج التفاعل المحفز HRP بسرعة عن المكونات الخلوية الأخرى عن طريق الطرد المركزي. يمكن توصيل HRP إلى الإندوسومات عن طريق اقترانها ببروتين مثل الترانسفيرين. وفقًا للدراسات التي تستخدم هذا الإجراء ، تم العثور على حوالي 35٪ من الكوليسترول الخلوي في الجسيمات الداخلية المبكرة ، بما في ذلك ERC (4). يمكن أيضًا استهداف HRP للعضيات على مسار إفراز التخليق الحيوي من خلال التعبير عن التركيبات المشفرة للبروتينات الكيميرية التي تحتوي على HRP وبروتين ER أو Golgi (31). تخضع هذه الطريقة للمخاوف بشأن إعادة توزيع الكوليسترول أثناء الفحص ، ولكنها توفر طريقة سريعة وسهلة بشكل معقول للحصول على عزل نظيف نسبيًا لعضية واحدة.

في حين تم تطوير العديد من الطرق لقياس توزيع الكوليسترول في الخلايا ، فإن جميعها تخضع لدرجات متفاوتة من عدم اليقين في تفسيرها. لذلك من الضروري مقارنة النتائج التي تم الحصول عليها من خلال عدة طرق مختلفة من أجل الحصول على تحليل موثوق لتوزيع الكوليسترول داخل الخلايا.

التحدي الكبير الآخر في دراسة نقل الكوليسترول داخل الخلايا هو أن العديد من الآليات المختلفة جوهريًا لتحريك الستيرولات تعمل في وقت واحد في الخلايا الحية (الشكل 1). يمكن أن يؤدي العمل المشترك لهذه المسارات إلى صعوبة الحصول على فهم شامل واضح لنقل الكوليسترول.

يمكن دمج الكوليسترول في حويصلات النقل أو الأنابيب التي تحمل مكونات الغشاء من عضية إلى أخرى. يمكن استخدام التثبيط الدوائي لاختبار أهمية خطوات تهريب الأغشية المختلفة. على سبيل المثال ، يمكن اختبار تورط جهاز Golgi باستخدام brefeldin A ، مما يتسبب في اندماج أغشية Golgi في ER (32). يمكن اختبار حركة الحويصلات بوساطة الأنابيب الدقيقة باستخدام نوكودازول أو عوامل أخرى تعطل الأنابيب الدقيقة (32). يمكن أيضًا استخدام التعبير عن البروتينات المثبطة السائدة لتقييم دور حركة الحويصلات. على سبيل المثال ، يتطلب تصدير الكوليسترول أو DHE من ERC (الشكل 2) ATP ويمكن حظره عن طريق التعبير عن شكل متحور من البروتين المرتبط بـ ERC ، Rme-1 (4).

نقل الكوليسترول في الخلايا غير المستقطبة. LDL يحمل الكوليسترول و CE (الكوليسترول المستخلص) يتم نقله (أ) من فرز الإندوسومات (SE) إلى الإندوسومات المتأخرة (LE) والليزوزومات (Ly) ، والتي يمكن أن يتدفق منها الكوليسترول ويصل إلى غشاء البلازما أو ER ، حيث يتم استيرته (ب). يتميز التدفق من LE و Ly بشكل سيء ، كما هو موضح بالخطوط المتقطعة. يمكن أن ينتقل الكوليسترول من غشاء البلازما إلى ERC عن طريق عملية غير حويصلية مستقلة عن ATP (ج). في المقابل ، يحدث إعادة تدوير الكوليسترول بشكل حصري تقريبًا في الحويصلات التي تحمل أيضًا علامات إعادة التدوير الأخرى (د). يتم نقل الكوليسترول المركب من دي نوفو في الغالب من ER مباشرة إلى غشاء البلازما ، متجاوزًا جهاز جولجي (F) ، لكن البعض يتبع مسار إفراز التخليق الحيوي من ER إلى TGN (ه). يصبح الكولسترول الزائد (Ch) في ER أسترة (CE) ويتم تخزينه في قطرات الدهون السيتوبلازمية (D).

نظرًا لأن الكوليسترول يمكن أن يمتص من الأغشية بمعدل كبير وأن الخلايا لديها العديد من ناقلات الكوليسترول المحتملة في السيتوبلازم ، يمكن أن يلعب الانتشار بوساطة الناقل دورًا مهمًا في نقل الكوليسترول بين الأغشية الخلوية (الشكل 1). النقل غير الحويصلي مهم لنقل الستيرول من غشاء البلازما إلى ERC (4) (الشكل 2) ولتوصيل الكوليسترول إلى غشاء الميتوكوندريا الداخلي في الخلايا الستيرويدية (22). يمكن أن تتكون حاملات الكوليسترول من عدد كبير من بروتينات العصارة الخلوية كل منها ذات تقارب منخفض وخصوصية للكوليسترول. بدلاً من ذلك ، يمكن أن يكون الناقلون بروتينات نقل الكوليسترول المتخصصة. تم التعرف على عائلة من ناقلات الدهون والستيرول عالية التقارب ، أحد النماذج الأولية منها هو البروتين التنظيمي الحاد الستيرويدي (StAR / StarD1) (21) ، والتي تسمى مجالات ربط الدهون أو الستيرول بنقل الدهون المرتبط بـ StAR ( START). لقد تورط StAR / StarD1 في توصيل الكوليسترول إلى السيتوكروم P450 للميتوكوندريا في الخلايا الستيرويدية (المرجع 22 انظر أيضًا Jefcoate ، سلسلة المنظور هذه ، المرجع 33). يوجد الآن العديد من أفراد الأسرة المعروفين ، وقد ثبت أن بعضهم يربط الكوليسترول بتقارب عالٍ. يتم تنظيم تعبير StarD4 عن طريق مستويات الستيرول الخلوية (34). ومن المثير للاهتمام ، أن فردًا آخر من أفراد الأسرة ، MLN64 ، لديه مجال عبر الغشاء يقوم بتوطينه في الإندوسومات المتأخرة ونطاق START الذي يربط الكوليسترول (35). من غير المعروف ما إذا كانت الوظيفة الرئيسية لبروتينات مجال START هي نقل الستيرول والدهون أو ما إذا كانت بروتينات تنظيمية في المقام الأول.

توفر بروتينات الارتباط بالستيرول القابلة للانتشار آلية سريعة لنقل الكوليسترول بين الأغشية ، ولكن أساس الخصوصية في استهداف الأغشية غير معروف. أحد الاحتمالات هو أن هذه العوامل تستهدف أجزاء معينة من خلال الارتباط بالبروتينات أو الدهون المخصبة في تلك الأجزاء. على الرغم من أنه من المحتمل وجود آليات استهداف محددة ، إلا أن نموذجًا بديلًا يؤكد أن الناقلات القابلة للانتشار توزع الستيرول بين جميع الأغشية المستهدفة المحتملة ، مع الإثراء النسبي في العضيات المختلفة التي تحددها قدرة الأغشية على العمل كمقبلات للستيرول. دعماً للنموذج الأخير ، يبدو أن المعدل الأولي لنقل الكوليسترول بين العضيات المعزولة من الخلايا الليفية يتحدد إلى حد كبير بخصائص الغشاء المستقبل (20). علاوة على ذلك ، وُجد أن DHE على ناقل سيكلودكسترين يتم تسليمه بشكل تفضيلي إلى ERC ليس فقط في الخلايا الحية ، ولكن حتى في الخلايا المنفصلة والفورمالديهايد الثابتة (4) ، بما يتوافق مع فكرة أن هذه العملية مستقلة عن الطاقة وتنشأ من الخصائص الجوهرية للأغشية المستهدفة.

هناك وسيلة أخرى لتسهيل النقل من غشاء إلى آخر وهي أن يكون لديك اتصال وثيق بين الغشاءين. على سبيل المثال ، في العديد من أنواع الخلايا ، يكون جزء من ER على مقربة من غشاء البلازما (36) ، وهو ترتيب يمكن أن يسهل التبادل السريع للكوليسترول بين هذين الغشاءين ، ربما بمساعدة بروتينات النقل. وبالمثل ، كشفت عمليات إعادة البناء ثلاثية الأبعاد لجهاز جولجي عن مناطق واسعة من التواجد الوثيق بين عبر-Golgi و ER (37). يتم إثراء إنزيم ACAT الكوليسترول في أجزاء من ER بالقرب من ERC و عبر-Golgi (38) ، ربما يسمح بالتوصيل الفعال للكوليسترول إلى ACAT من هذه الأغشية الغنية بالكوليسترول.

تم اقتراح أن يلعب Caveolae و caveolin دورًا مهمًا في نقل الكوليسترول داخل الخلايا. في الخلايا الليفية المستنبتة ، يؤدي انخفاض تعبير الكافولين بواسطة الحمض النووي المضاد إلى تثبيط تدفق الكوليسترول ، في حين أن تعداء الخلايا باستخدام caveolin cDNA تحفز هذه العملية (39). لا تزال الآليات التي يمكن أن يؤثر بها الكافولين على نقل الكوليسترول غير مؤكدة ، على الرغم من أن الكافولين يمكن أن يربط الكوليسترول مباشرة (17). تم اقتراح أن الكافولين يشكل معقدًا مع بروتينات المرافقة التي تنقل الكوليسترول من ER إلى غشاء البلازما ، متجاوزًا جهاز جولجي (40). قد تكون هناك حاجة لاستخلاص النخلة للكافولين -1 سريعًا (ر1/2 = 10 دقائق) نقل الكوليسترول من ER إلى caveolae عبر مجمع chaperone هذا (40). ومع ذلك ، فشلت بعض الدراسات في العثور على دليل على أن مركب الكوليسترول هذا يشارك في التوصيل السطحي للكوليسترول المركب حديثًا (32) ، وهناك العديد من التحذيرات التي يجب حلها حول مساهمة الكافولين في نقل الكوليسترول. وهكذا ، على الأقل في الخلايا المستزرعة ، يكون معدل تدفق الكافولين بين داخل الخلية وغشاء البلازما منخفضًا جدًا (16). علاوة على ذلك ، يبدو أن الفئران التي تفتقر إلى التعبير عن كل من caveolin-1 و caveolin-2 (41 ، 42) تبدو طبيعية فيما يتعلق بمستويات الكوليسترول والتنظيم ، على الرغم من أنه لم يتم الإبلاغ بعد عن دراسة كاملة لنقل الكوليسترول في هذه الفئران.

تم اقتراح دور غير مباشر للكافولين والبروتينات الأخرى ذات الصلة حيث يعزز التراكم المتزايد للكافولين -1 في ER تفاعله مع قطرات الدهون المتكونة حديثًا (43). يُقترح أن الطوبولوجيا الغشائية للكافولين ، التي تحتوي على مجالين من السيتوبلازم يحيطان منطقة مركزية تخترق الطبقة الثنائية ولكنها لا تعبرها ، قد تسمح لها بالارتباط بشكل تفضيلي بتشوهات الغشاء التي تظهر أثناء تكوين قطيرة دهنية. ومن المثير للاهتمام ، أن عائلة البروتينات النباتية المرتبطة بقطرات الدهون ، الأوليوسينات ، لها هيكل مشابه للكافولين. ومن ثم ، فإن الكافولين والبروتينات ذات الصلة قد تغير بنية الغشاء الثنائي ، وتعزز انحناء الغشاء ، وربما تسهل إعادة توزيع الكوليسترول عبر الطبقة.

النقل من وإلى ER. نظرًا لأن ER هو موقع تخليق الكوليسترول ولكنه يحافظ على مستوى منخفض من الكوليسترول المستقر ، يجب أن توجد آليات نقل فعالة لتصدير الكوليسترول من ER (الشكل 2). يتطلب تصدير الكوليسترول من غرفة الطوارئ طاقة أيضية (2). كما تم قياسه عن طريق استخلاص الكوليسترول عند وصوله إلى غشاء البلازما باستخدام سيكلودكسترين ، يبدو أن حركية نقله ثنائية الطور (29) ، مع المرحلة الأولى ، التي تقابل حوالي نصف الإجمالي ، وتصل إلى غشاء البلازما في 60 دقيقة ، و يتم إطلاق المواد المتبقية في مرحلة بطيئة على مدى 5-6 ساعات (29).

يمكن أن يوفر المسار الإفرازي للبروتين عبر جهاز جولجي ، من حيث المبدأ ، طريقًا موازيًا للكوليسترول المركب حديثًا إلى غشاء البلازما. أظهرت الدراسات البيوكيميائية أن هذا ليس مسارًا رئيسيًا لنقل الكوليسترول من ER إلى غشاء البلازما. يمكن أن تثبط معالجة Brefeldin A النقل السطحي للخلايا من بروتين G لفيروس التهاب الفم الحويصلي دون إعاقة نقل الكوليسترول (44). ومع ذلك ، على الرغم من أن هذا الطريق الحويصلي ليس مسارًا رئيسيًا لتصدير الكوليسترول ، فقد وجدت دراسة حديثة أن بعض الكوليسترول الذي يتم تصديره من ER يصبح محصورًا في DRMs قبل الوصول إلى غشاء البلازما وأن نقل الكوليسترول إلى غشاء البلازما يمكن أن يثبط جزئيًا بواسطة brefeldin أ (32). قد يكون مرور بعض الكوليسترول عبر جهاز جولجي مهمًا للفرز المعتمد على الطوافة في عبر-شبكة جولجي (TGN) للظهارة المستقطبة (5).بالإضافة إلى ذلك ، تم العثور على استنفاد الطاقة أو العلاجات التي تتداخل مع مرور الحويصلات لتقليل أسترة الكوليسترول المشتق β-VLDL في الضامة في مرحلة بعد إطلاق الكوليسترول من الجسيمات الداخلية المتأخرة والليزوزومات (45). ومع ذلك ، فإن علاج الخلايا باستخدام sphingomyelinase البكتيري ، الذي يطلق الكوليسترول من غشاء البلازما ، يؤدي إلى استرة الكوليسترول المستقل عن ATP ويرافقه حويصلة مستقلة من ATP لغشاء البلازما (45 ، 46). وهكذا يبدو أن كلا الآليات الحويصليّة وغير الحويصليّة تعمل خلال عملية نقل الكوليسترول.

التصدير من الجسيمات الداخلية والليزوزومات المتأخرة. يتم تحلل استرات الكوليسترول في LDL والبروتينات الدهنية الأخرى لتحرير الكوليسترول في الجسيمات الداخلية المتأخرة والليزوزومات. يتم تصدير الكوليسترول من الجسيمات الحالة بآلية لا تتميز بشكل كامل (الشكل 2). يمكن تثبيط النقل من الليزوزومات إلى ER أو غشاء البلازما بواسطة البروجسترون أو الأمينات الكارهة للماء ، مثل U18666A و imipramine و sphinganine و stearylamine (2) ، ولكن لا يبدو أن هذا التثبيط في خطوة التصدير من الجسيمات الداخلية المتأخرة والليزوزومات ، حيث يظهر الكوليسترول المشتق من البروتين الدهني منخفض الكثافة في غشاء البلازما مع حركية مماثلة في الخلايا المعالجة وغير المعالجة (47). بعد التدفق من الجسيمات الداخلية والليزوزومات المتأخرة ، يمكن توصيل الكوليسترول إلى العديد من العضيات الأخرى. تشير التقديرات إلى أنه في الخلايا الليفية يتم تسليم حوالي 30 ٪ من الكوليسترول المشتق من LDL إلى ER دون المرور عبر غشاء البلازما (2 ، 29).

مرض Niemann-Pick C هو اضطراب متنحي وراثي يتميز بتراكم الكوليسترول والدهون الأخرى في العضيات التي تشترك في العديد من خصائص الإندوسومات المتأخرة وليس جميعها (7 ، 48). إن بروتين Niemann-Pick C1 (NPC1) هو بروتين متعدد الأغشية لا ينقل الكوليسترول مباشرة ولكن يمكن أن يسهل نقل الطبقة العابرة لبعض الجزيئات الكارهة للماء (49). ليس من الواضح ما هي الخطوة أو الخطوات التي يعمل بها بروتين NPC1 ، ولكن ، كما هو الحال مع البروجسترون أو الأمينات الكارهة للماء ، يبدو أن التصدير الأولي من الإندوسومات المتأخرة لا يؤثر على الكوليسترول المأخوذ إلى الخلايا حيث يخرج الإستر المرتبط بـ LDL من الجسيمات الداخلية المتأخرة ويظهر في غشاء البلازما مثل الكوليسترول الحر بنفس المعدل في النوع البري و NPC1 الخلايا الطافرة (47 ، 50). ومع ذلك ، يتراكم الكوليسترول في النهاية في عضيات التخزين التي تشبه الإندوسومات المتأخرة ويتم إثرائها بحمض الليزوبيفوسفاتيدك (48) والدهون الأخرى (7). لا يزال أساس تراكم الكوليسترول والدهون في طفرات NPC1 أو في الخلايا المعالجة بالأمينات الكارهة للماء غير مؤكد.

دفق من غشاء البلازما. كان هناك تقدم كبير في السنوات القليلة الماضية في فهم آليات تدفق الكوليسترول إلى المستقبلات خارج الخلية (انظر Tall et al. ، سلسلة المنظور هذه ، المرجع 51). يلعب البروتين المعيب في مرض طنجة ، ABCA1 ، دورًا رئيسيًا ، ولكن غير مباشر ، في تدفق الكوليسترول إلى متقبلات HDL (12). يبدو أن الدور المحدد لـ ABCA1 هو تسهيل نقل الفوسفوليبيد إلى apoA-I. يمكن بعد ذلك تدفق الكوليسترول إلى apoA-I المحمّل بالفوسفوليبيد بواسطة آلية لا تتطلب ABCA1 (52). يعد دور تخصصات الأغشية في تدفق الكوليسترول مجالًا نشطًا للبحث. تم وصف Caveolae بأنها مواقع مهمة للتدفق ، ولكن ليس من الواضح ما إذا كانت قد تم تمييزها عن الأنواع الأخرى الأكثر وفرة من الأغشية الشبيهة بالطوافة (12). ومن المثير للاهتمام أن الخلايا التي تفرط في التعبير عن ABCA1 تحمل نتوءات غشاء بلازما (53) قد تلعب دورًا في تسهيل نقل الدهون الفوسفورية والكوليسترول.

نقل الكوليسترول الكبدي. تمتص الخلايا الكبدية بقايا الكيلوميكرون وأنواع أخرى من البروتينات الدهنية باستخدام مجموعة متنوعة من المستقبلات (54). بعد التحلل المائي لإسترات الكوليسترول ، يتم إطلاق الكوليسترول الحر في الخلية حيث يمكن نقله مباشرة إلى غشاء القناة الصفراوية لإفراز القنوات الصفراوية ، أو استخدامه لتخليق الأملاح الصفراوية ، أو إعادة الأسترة واستخدامه لتجميع VLDLs في ER (55) . يُفرز VLDL المُجمَّع في الغشاء الجانبي لخلايا الكبد وينقل الكوليسترول إلى الأنسجة المحيطية (56).

مسارات التهريب داخل الخلايا للكوليسترول في خلايا الكبد والظهارة الأخرى غير محددة بشكل جيد. بالإضافة إلى المسارات المتاحة في الخلايا غير المستقطبة ، تحافظ الخلايا الظهارية على تركيبة دهنية وبروتينية مميزة في أغشيتها البلازمية القمية وأغشية البلازما القاعدية ، مما يتطلب فرزًا متخصصًا في مسار إفراز التخليق الحيوي وفي مسارات إعادة التدوير الداخلية (الشكل 3) . لوحظ تبادل سريع وغير حويصلي لـ DHE بين نطاقات غشاء البلازما القمي والقاعدية في خط خلايا الورم الكبدي المستقطب HepG2 ، والذي يشكل فجوة قمي تشبه القناة الصفراوية (27). يتم نقل DHE في حويصلات إلى حجرة فرعية أو حجرة إعادة تدوير قمي (SAC / ARC) ، مما يشير إلى أن الكوليسترول المشتق من غشاء البلازما لخلايا الكبد لديه وصول سريع إلى مختلف الأجزاء داخل الخلايا.

نقل الكوليسترول في الخلايا المستقطبة. تشكل الخلايا المستقطبة مقصورات غشائية قمي (حمراء) وقاعدة (زرقاء) مميزة ، مفصولة بتقاطعات ضيقة (TJ). يتم فرز البروتينات والدهون على طول مسارات التخليق الخلوي والتخليق الحيوي المشار إليها بواسطة الحويصلات الزرقاء (القاعدية) والحمراء (القمية). يتم نقل كوليسترول غشاء البلازما في حويصلات بين الغشاء القاعدي والقمي عبر حجرة تحت قمية أو حجرة إعادة تدوير قمي (SAC / ARC). يمكن أيضًا إعادة التدوير إلى الغشاء الجانبي الجانبي من هذه المقصورة (أ). الكوليسترول الضار LDL له نفس المصير كما في الخلايا غير المستقطبة (ب). يتم نقل جزء من الكوليسترول المُصنَّع من دي نوفو على طول مسار التخليق الحيوي كما هو الحال في الخلايا غير المستقطبة. في TGN ، قد يشكل الكوليسترول نطاقات صغيرة أو أطوافًا جنبًا إلى جنب مع الشحميات السفينغولية التي تنفصل عن غشاء TGN المتبقي وتحمل البروتينات والدهون الموجهة إلى الغشاء القمي الموضح باللون الأحمر (ج). برعم الحويصلات الموجهة أساسًا (الزرقاء) من TGN ولكن يجب أن تحتوي على نسبة أقل من الكوليسترول (د). يمكن أن يتنقل كوليسترول غشاء البلازما بسرعة بين مجالات غشاء البلازما عن طريق النقل غير الحويصلي. تتضمن هذه العملية هجرة سريعة للكوليسترول عبر الطبقة الخارجية للتحايل على حاجز الانتشار الجانبي الذي أنشأه TJ في النشرة الخارجية لغشاء البلازما. النقل عبر السيتوبلازم المرتبط بناقل البروتين (ه) و / أو الانتشار على طول الطبقة الأحادية الداخلية (F) يؤدي إلى التبادل السريع للكوليسترول بين مجال غشاء البلازما القمي والقاعدي. يحدث تكوين CE كما هو الحال في الخلايا غير المستقطبة ولكن يتم حذفه من أجل التوضيح.

نقل الكوليسترول في الضامة. نظرًا لأن تحميل استرات الكوليسترول في قطرات حشوية من البلاعم هو خطوة مبكرة في تكوين آفات تصلب الشرايين ، فإن النقل داخل الخلايا للكوليسترول في هذه الخلايا له أهمية كبيرة (58). يتشابه العديد من مسارات النقل مع تلك الموجودة في الخلايا الأخرى. في البلاعم ، يعتمد المصير داخل الخلايا للكوليسترول المشتق من البروتينات الدهنية على الآلية الكامنة وراء استيعابها. يتم امتصاص البروتين الدهني منخفض الكثافة عن طريق مستقبلات البروتين الدهني منخفض الكثافة ويتم توصيله إلى الجسيمات الداخلية المتأخرة ، حيث يتم تحلل استرات الكوليسترول في الدم ، ويحد تنظيم تنازلي متماثل لمستقبلات LDL من إجمالي توصيل الكوليسترول من هذا المصدر ، ولا تتراكم قطرات شحوم إستر الكوليسترول في هذه الخلايا. على النقيض من ذلك ، فإن الكوليسترول الذي يتم توصيله عبر β-VLDL ، والذي يرتبط أيضًا بمستقبل LDL ، يصبح مستقراً بواسطة ACAT ويتم تخزينه في قطرات السيتوبلازم ، ربما بسبب كمية أكبر من الكوليسترول يتم توصيله بواسطة جزيئات β-VLDL الأكبر. تدخل LDL المؤكسد أو المؤكسد عبر مستقبلات الكاسح ، كما تحفز تكوين قطرات إستر الكوليسترول ، على الرغم من أن LDL المؤكسد أقل فعالية في تنشيط هذه العملية (59). لا يتم استيعاب LDL المتجمع والاحتفاظ به في ECM عن طريق الالتقام الخلوي بوساطة المستقبلات ولكنه يظل في اتصال مطول خارج الخلية مع البلاعم في هذه الحالة ، ويسبق الكوليسترول المرتبط استيعاب البروتينات وتدهورها (60). هذا التفاعل ، الذي يشبه الوضع في آفات تصلب الشرايين ، يؤدي أيضًا إلى تحفيز كبير لاسترة الكوليسترول (58).

يعتمد مدى أسترة الكوليسترول بواسطة البلاعم بطريقة غير خطية على كمية تحميل الكوليسترول (61) ، بحيث يحدث المزيد من الأسترة بمجرد تجاوز قيمة تحميل العتبة. لم يتم فهم أساس هذه الاستجابة غير الخطية تمامًا ، ولكن قد يكون أحد مكوناتها أكثر كفاءة في توصيل الكوليسترول إلى ACAT في ER عندما يكون الكوليسترول الحر أعلى من الحد الأدنى. تم العثور على علاقة غير خطية مماثلة بين ارتفاع الكوليسترول في غشاء البلازما ومستويات الكوليسترول في ER في الخلايا الليفية (6) ، وستكون هذه العلاقة متسقة مع التأثيرات التي تظهر في البلاعم مع ارتفاع الكوليسترول.

نقل الكوليسترول في الخلايا الستيرويدية. الكوليسترول هو مقدمة لتخليق هرمونات الستيرويد في الميتوكوندريا في أنسجة الغدد التناسلية والغدد الكظرية. يبدأ التوليف عن طريق تحويل الكوليسترول إلى بريجينولون عبر C27 الكوليسترول الجانبي سلسلة الانقسام السيتوكروم P450 ، الموجود في الغشاء الداخلي للميتوكوندريا. إن توصيل الكوليسترول يحد من معدل هذه العملية (21). الكوليسترول المخصص لتخليق هرمون الستيرويد مشتق بشكل أساسي من غشاء البلازما ومن قطرات الدهون. لم يتم بعد تحديد كيفية وصول الكوليسترول إلى السطح الخارجي للميتوكوندريا ، ولكن من المحتمل أن تكون آليات النقل غير الحاملة عبر البروتينات الحاملة أو عبر ملامسات الغشاء بين الميتوكوندريا وقطرات الدهون مهمة (62 ، 63). يُفترض عمومًا أن خطوة تحديد المعدل في تكوين الستيرويد هي انتقال الكوليسترول من الغشاء الخارجي إلى الغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، وقد تم اقتراح العديد من البروتينات للتوسط في خطوة النقل هذه ، بما في ذلك مستقبلات البنزوديازيبين من النوع المحيطي ، والتي تربط الكوليسترول و مركبات أخرى معروفة بأنها تحفز تكوّن الستيرويد (64). يُعتقد أن StAR / StarD1 يعمل بشكل انتقائي على سطح الميتوكوندريا الخارجي للتوسط في استيراد الكوليسترول (المراجع 65 ، 66 انظر أيضًا Jefcoate ، سلسلة المنظور هذه ، المرجع 33 ، للحصول على عرض بديل) ، ولكن الآلية الدقيقة التي يسببها StAR لا يُعرف استيراد الكوليسترول في الميتوكوندريا.

يتم تحديد التوزيع داخل الخلايا للكوليسترول غير المعالج بين العديد من العضيات الخلوية من خلال آليات متعددة بما في ذلك التقليب عبر الطبقة ، والاستقرار في المجالات الدقيقة للأغشية من خلال التفاعلات مع الدهون (وربما البروتينات) ، والتخصيب أو الاستبعاد من حويصلات النقل أثناء تشكلها ، والارتباط بالبروتينات الحاملة القابلة للانتشار في السيتوبلازم وداخل العضيات داخل الخلايا. تتضمن بعض آليات النقل هذه الحركة السلبية للكوليسترول إلى أسفل تدرج الطاقة الحرة ، لكن البعض الآخر يتطلب طاقة استقلابية للتغلب على الحواجز الحركية أو لتحريك الكوليسترول لأعلى. يمكن نقل الكوليسترول من عضية إلى أخرى عن طريق توليفات من هذه الآليات ، والتي تعمل بالتوازي داخل الخلية. لا تزال آليات وتنظيم المسارات المعقدة الناتجة مفهومة جزئيًا فقط. سيتطلب المزيد من التقدم فهمًا أفضل لمسارات النقل ، بما في ذلك الوصف الحركي والمورفولوجي لحركة الكوليسترول ، فضلاً عن وصف أكثر اكتمالاً للبروتينات التي تتحكم في الأحداث الرئيسية في المسارات المختلفة.

نحن ممتنون لتيموثي ماكجرو ومينغمينغ هاو لقراءة المخطوطة. تم دعم هذا العمل من خلال منح من المعاهد الوطنية للصحة (DK-27083) ومؤسسة Ara Parseghian للبحوث الطبية. يتم دعم D. Wüstner من قبل زمالة ما بعد الدكتوراه من مؤسسة Charles H. Revson Foundation. حالت قيود المساحة دون الرجوع إلى عدد من الدراسات المهمة. يمكن العثور على مراجع إضافية في قائمة القراءة المقترحة المتاحة على www.jci.org/cgi/content/full/110/07/891/DC1.

تضارب المصالح: لم يتم الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

الاختصارات غير القياسية المستخدمة: حجرة إعادة التدوير الداخلية (ER) حجرة إعادة التدوير (ERC) عنصر استجابة ستيرول - بروتين ملزم (SREBP) انقسام SREBP - بروتين منشط (SCAP) غشاء مقاوم للمنظفات (DRM) سائل (Lo) dehydroergosterol (DHE) فوق بنفسجي (UV) فجل بيروكسيديز (HRP) البروتين التنظيمي الحاد الستيرويد (StAR) نقل الدهون المرتبط بـ StAR (START) عبر شبكة Golgi (TGN) Niemann-Pick C1 (NPC1).


شاهد الفيديو: هذه نتيجة حقن الدهون الذاتية في جرح في الوجه. د. رامي الزاملي (شهر نوفمبر 2022).