การลำเลียงผ่านเมมเบรน Biological membrane Biological membrane หมายถึง เยื่อหุ้มเซลล์ (plasma membrane) รวมถึงเมมเบรนที่ห่อหุ้ม ออร์กาแนลภายใน เช่น คลอโรพลาสต์ ไมโทคอนเดรีย นิวเคลียส แวคคิโอล (tonoplast) และไลโซโซม ในบทนี้จะเน้นถึงองค์ประกอบ โครงสร้างและกระบวนการลำเลียงผ่าน plasma membrane

การลำเลียงผ่านเมมเบรน TRANSPORT ACROSS MEMBRANE

การลำเลียงผ่านเมมเบรน TYPICAL PLANT CELL

บทบาทของเยื่อหุ้มเซลล์ เยื่อหุ้มเซลล์ (plasma membrane) มีความบางมาก (6-10 nm.) ปฏิกิริยาเคมีมากมายที่จำเป็นต่อชีวิตเกิดขึ้นได้เพราะการมีเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้เซลล์สามารถรักษาสภาพแวดล้อมภายในเซลล์ให้เหมาะสมได้ เยื่อหุ้มเซลล์มีบทบาทหลายประการเช่น  เป็นพื้นที่ทำงานของปฎิกิริยาชีวเคมีมากมาย รับข้อมูลให้เซลล์รับรู้ถึง การเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อมภายนอกเซลล์ และทำให้ เซลล์ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นได้  ประสานการติดต่อและสื่อสารกับเซลล์อื่นๆ  ควบคุมการเคลื่อนเข้า-ออกของสารต่างๆ

โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ Model ที่อธิบายถึงโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ที่ยอมรับกันมากที่สุดในขณะนี้คือ Fluid Mosaic Model ซึ่งกล่าวว่า เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยชีวโมเลกุล 3 ชนิด คือ 1. ไขมัน 2 ชั้น (phospholipid bilayer) มีลักษณะค่อนข้างเหลว ไหลไปมาได้ ส่วนนี้คือส่วนที่เรียกว่า “fluid” 2. โปรตีน - peripheral membrane protein - integral membrane protein โปรตีนส่วนนี้มีบทบาทแตกต่างกันมากมาย เป็นส่วนที่เรียกว่า “mosaic” 3. คาร์โบไฮเดรต ส่วนใหญ่เป็น oligosaccharides คาร์โบไฮเดรตที่เกาะติดกับโปรตีน เรียกว่า glycoproteinคาร์โบไฮเดรตที่เกาะติดกับไขมัน เรียกว่า glycolipid

รูปที่ 1 โครงสร้างของ plasma membrane Glycoprotein Carbohydrate Extracellular Fluid Glycolipid Phospholipid{ Cytoplasm

รูปที่ 2 a) ส่วน hydrophilic head (phosphate group) ละลายได้ในน้ำ จึงหันเข้าหาน้ำ และปกป้องส่วนที่เป็น hydrophobic tail (fatty acid) ซึ่งหันหนีจากน้ำ b) ทำให้เกิดการเรียงตัวของชั้น ไขมันเป็น 2 ชั้น (phospholipid bilayer) ซึ่งเหมาะสมกับบทบาทของเมมเบรน

รูปที่ 2 PHOSPHOLIPIDS a) ส่วน hydrophilic head (phosphate group) ละลายได้ในน้ำ จึงหันเข้าหาน้ำ และปกป้องส่วนที่เป็น hydrophobic tail (fatty acid) ซึ่งหันหนีจากน้ำ b) ทำให้เกิดการเรียงตัวของชั้น ไขมันเป็น 2 ชั้น (phospholipid bilayer) ซึ่งเหมาะสมกับบทบาทของเมมเบรน

FLUID MOSAIC MODEL รูปที่ 3 CARBOHYDRATE PERIPHERAL PROTEIN INTEGRAL PROTEIN CHOLESTEROL CARBOHYDRATE PHOSPHOLIPID BILAYER

รูปที่ 4 โปรตีนใน phospholipid bilayer

การเคลื่อนที่ของสารผ่านเมมเบรน ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ภายในเซลล์จะเกิดได้ในสภาพที่เป็นสารละลายและการที่สารใดสารหนึ่งจะเคลื่อนเข้าเซลล์ได้ สารนั้นต้องละลายได้ในของเหลว เช่น เมื่อผสมกลูโคสกับน้ำ ผลึกของแข็งของกลูโคสจะละลายได้ และกระจายทั่วของเหลว กลายเป็นสารละลาย (solution) ซึ่งมีของเหลว (น้ำ) เป็นตัวทำละลาย (solvent) และมีกลูโคสเป็นตัวถูกละลาย (solute) สารใดละลายได้ในของเหลวจัดว่า soluble สารใดที่ไม่ละลายในของเหลวจัดว่า insoluble การเคลื่อนที่ของสารภายในสารละลายและการเคลื่อนที่ของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ (เมมเบรน) มีความสำคัญต่อการทำงานของเซลล์

การเคลื่อนที่ของสารผ่านเมมเบรน