Màng tế bào

Màng tế bào, còn được gọi là màng sinh chất ở các sinh vật nhân thực, là lớp màng sinh học ngăn cách môi trường bên trong tế bào với bên ngoài. Nó có khả năng cho phép các ion và phân tử hữu cơ thẩm thấu một cách có chọn lọc, đồng thời kiểm soát sự di chuyển của các chất vào và ra khỏi tế bào. Màng tế bào đóng vai trò bảo vệ tế bào khỏi các yếu tố bên ngoài.

Màng tế bào được cấu tạo từ lớp lipid kép kết hợp với các protein. Nó tham gia vào nhiều quá trình của tế bào như liên kết tế bào, dẫn ion và tiếp nhận tín hiệu. Đồng thời, màng tế bào cũng là bề mặt kết nối với các cấu trúc ngoại bào như thành tế bào, glycocalyx và khung xương nội bào. Nó còn có khả năng tái tạo nhân tạo trong tế bào nhân tạo.

Lịch sử

Chủ đề chính: Lịch sử lý thuyết về màng tế bào

Cấu trúc của màng tế bào đã được nhiều tác giả miêu tả theo các cách khác nhau như the ectoplast (de Vries, 1885), Plasmahaut (da plasma, Pfeffer, 1877, 1891), Hautschicht (lớp da, Pfeffer, 1886; dùng với ý nghĩa khác bởi Hofmeister, 1867), plasmatic membrane (Pfeffer, 1900), cùng với các thuật ngữ plasma membrane, cytoplasmic membrane, cell envelope và cell membrane.

Một số tác giả không công nhận sự tồn tại của một ranh giới chức năng có khả năng thấm ở bề mặt tế bào, do đó họ không sử dụng thuật ngữ plasmalemma

Năm 1972, các nhà khoa học Singer và Nicolson đã đề xuất mô hình cấu trúc màng sinh chất gọi là mô hình khảm - động. Theo mô hình này, màng sinh chất bao gồm lớp kép phospholipid kết hợp với các protein và carbohydrate. Đặc biệt, màng sinh chất ở tế bào động vật còn chứa cholesterol, giúp tăng cường sự ổn định. Màng sinh chất không chỉ tạo ra ranh giới bên ngoài mà còn điều chỉnh sự trao đổi chất giữa tế bào và môi trường. Nó thực hiện nhiều chức năng quan trọng như vận chuyển chất, tiếp nhận và truyền thông tin, là nơi tập trung nhiều loại enzyme và protein liên kết tế bào. Màng sinh chất còn có các 'dấu chuẩn' glycoprotein giúp các tế bào nhận diện nhau và phân biệt với các tế bào lạ.

Chức năng

Màng tế bào, hay còn gọi là màng sinh chất, bao quanh tế bào chất của các tế bào sống. Đây là lớp màng phân cách nội bào với môi trường bên ngoài. Màng tế bào không chỉ giữ vai trò định hình cấu trúc tế bào mà còn kết nối với chất nền ngoại bào, tạo thành các mô. Đối với nấm, vi khuẩn, vi khuẩn cổ và thực vật, thành tế bào hỗ trợ cấu trúc và ngăn cản các đại phân tử đi qua.

Màng tế bào có khả năng thấm chọn lọc, điều chỉnh sự di chuyển của các chất vào và ra khỏi tế bào, đảm bảo cung cấp các yếu tố cần thiết cho sự sống. Sự vận chuyển qua màng có thể là 'thụ động', không cần năng lượng, hoặc 'chủ động', yêu cầu tiêu hao năng lượng. Màng cũng duy trì điện thế tế bào và hoạt động như một bộ lọc, chỉ cho phép các chất thiết yếu ra vào. Tế bào sử dụng các cơ chế chuyển đổi liên quan đến màng sinh chất.

1. Thẩm thấu và khuếch tán bị động: Một số chất nhỏ như carbon dioxide (CO₂) và oxy (O₂) di chuyển qua màng sinh chất nhờ khuếch tán - một quá trình thụ động. Màng hoạt động như một hàng rào đối với các phân tử và ion cần thiết, với sự phân bố nồng độ khác nhau ở hai bên. Ví dụ, sự phân bố nồng độ qua màng bán thấm tạo ra luồng thẩm thấu cho nước.

2. Màng vận chuyển qua các kênh protein và các tác nhân vận chuyển: Các chất dinh dưỡng như đường và amino acid cần được đưa vào tế bào, trong khi các sản phẩm trao đổi chất phải ra ngoài. Các phân tử có thể khuếch tán qua các kênh protein như các kênh nước (đối với nước (H₂O)) hoặc được bơm qua màng nhờ các tác nhân vận chuyển. Các kênh protein, hay còn gọi là màng thấm, thường có tính đặc hiệu cao, chỉ vận chuyển một số hóa chất trong nhóm nhất định, thậm chí là đơn chất.

3. Quá trình nhập bào: Tế bào hấp thụ các phân tử bằng cách bao bọc chúng. Màng sinh chất tạo ra một sự lồi vào trong, gọi là lỗ hõm, nơi các chất được bao bọc. Sau đó, sự lồi này tách khỏi màng và hình thành túi chứa các chất. Nhập bào có thể tiếp nhận các chất nhỏ ('thực bào'), phân tử và ion ('ẩm bào'), và đại phân tử. Do tiêu tốn năng lượng, nhập bào là một quá trình vận chuyển chủ động.

Với sự hiện diện của các protein màng, màng tế bào có thể thực hiện nhiều chức năng quan trọng:

- Chức năng enzyme: Đẩy nhanh các phản ứng hóa học diễn ra trên màng hoặc bên trong tế bào.

- Chức năng tiếp nhận và truyền thông tin: Các thụ quan có cấu trúc đặc biệt để gắn kết với các tín hiệu hóa học, từ đó kích thích hoặc ức chế các quá trình trong tế bào để phù hợp với môi trường.

- Chức năng kết nối: Liên kết các tế bào với nhau để tạo thành một cấu trúc ổn định.

- Chức năng neo màng: Các protein liên kết với protein sợi hoặc các sợi trong tế bào chất, giúp duy trì sự ổn định và bền vững của màng tế bào.

- Chức năng vận chuyển các chất qua màng tế bào

Ngoài ra, màng tế bào có khả năng nhận diện các tế bào nhờ các cacbohydrat gắn trên protein.

Hình ảnh