पर्यावरण के साथ कोशिका का संबंध प्रदान करता है। पर्यावरण के साथ जीव का संबंध

भौतिक-रासायनिक दृष्टिकोण से किसी जीव का पर्यावरण के साथ संबंध एक खुली प्रणाली है, यानी एक ऐसी प्रणाली जहां जैव रासायनिक प्रक्रियाएं चल रही हैं। प्रारंभिक पदार्थ पर्यावरण से आते हैं, और जो पदार्थ लगातार बनते रहते हैं वे बाहर भी निकाले जाते हैं। शरीर में बहुदिशात्मक प्रतिक्रियाओं के उत्पादों की दर और एकाग्रता के बीच संतुलन सशर्त, काल्पनिक है, क्योंकि पदार्थों का सेवन और निष्कासन बंद नहीं होता है। पर्यावरण के साथ निरंतर संबंध हमें एक जीवित जीव को एक खुली प्रणाली के रूप में मानने की अनुमति देता है।

सूर्य सभी जीवित कोशिकाओं के लिए ऊर्जा का स्रोत है। पादप कोशिकाएँ क्लोरोफिल की मदद से सूर्य के प्रकाश की ऊर्जा ग्रहण करती हैं, और प्रकाश संश्लेषण के दौरान आत्मसात प्रतिक्रियाओं के लिए इसका उपयोग करती हैं। जानवरों, कवक, बैक्टीरिया की कोशिकाएं किसी सांसारिक पौधे द्वारा संश्लेषित कार्बनिक पदार्थों को विभाजित करते समय अप्रत्यक्ष रूप से सौर ऊर्जा का उपयोग करती हैं।

कोशिका के पोषक तत्वों का एक हिस्सा कोशिकीय श्वसन की प्रक्रिया में टूट जाता है, जिससे विभिन्न प्रकार की कोशिकीय गतिविधियों के लिए आवश्यक ऊर्जा की आपूर्ति होती है। यह प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया नामक अंगकों में होती है। माइटोकॉन्ड्रियन में दो झिल्ली होती हैं: बाहरी एक, जो कोशिकांग को साइटोप्लाज्म से अलग करती है, और आंतरिक एक, जो कई तह बनाती है। श्वसन का मुख्य उत्पाद एटीपी है। यह माइटोकॉन्ड्रिया को छोड़ देता है और साइटोप्लाज्म और कोशिका झिल्ली में कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। यदि कोशिकीय श्वसन के कार्यान्वयन के लिए ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है, तो श्वसन को एरोबिक श्वसन कहा जाता है, लेकिन यदि प्रतिक्रियाएं ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में होती हैं, तो अवायवीय श्वसन कहा जाता है।

किसी कोशिका में किए गए किसी भी प्रकार के कार्य के लिए ऊर्जा का उपयोग एक ही रूप में किया जाता है - एटीपी के फॉस्फेट बांड से ऊर्जा के रूप में। एटीपी एक अत्यधिक गतिशील यौगिक है। एटीपी का निर्माण माइटोकॉन्ड्रिया की आंतरिक झिल्ली में होता है। कार्बोहाइड्रेट, वसा और अन्य कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण की ऊर्जा के कारण श्वसन के दौरान सभी कोशिकाओं में एटीपी का संश्लेषण होता है। हरे पौधों की कोशिकाओं में एटीपी की मुख्य मात्रा सौर ऊर्जा के कारण क्लोरोप्लास्ट में संश्लेषित होती है। उनमें प्रकाश संश्लेषण के दौरान माइटोकॉन्ड्रिया की तुलना में कई गुना अधिक एटीपी का उत्पादन होता है। फॉस्फोरस-ऑक्सीजन बांड के टूटने और ऊर्जा की रिहाई के साथ एटीपी विघटित हो जाता है। यह एटीपी हाइड्रोलिसिस की प्रक्रिया में एटीपीस एंजाइम की कार्रवाई के तहत होता है - फॉस्फोरिक एसिड अणु के उन्मूलन के साथ पानी जोड़ना। परिणामस्वरूप, एटीपी एडीपी में परिवर्तित हो जाता है, और यदि फॉस्फोरिक एसिड के दो अणु अलग हो जाते हैं, तो एएमपी में बदल जाता है। एसिड के प्रत्येक ग्राम-अणु की दरार प्रतिक्रिया 40 kJ की रिहाई के साथ होती है। यह एक बहुत बड़ी ऊर्जा उपज है, इसलिए एटीपी के फॉस्फोरस-ऑक्सीजन बांड को आमतौर पर मैक्रोर्जिक (उच्च-ऊर्जा) कहा जाता है।

प्लास्टिक विनिमय की प्रतिक्रियाओं में एटीपी का उपयोग एटीपी के हाइड्रोलिसिस के साथ उनके संयुग्मन द्वारा किया जाता है। एटीपी अणु से हाइड्रोलिसिस के दौरान निकलने वाले फॉस्फोरस समूह को जोड़कर, यानी फॉस्फोराइलेशन द्वारा विभिन्न पदार्थों के अणुओं को ऊर्जा से चार्ज किया जाता है।

फॉस्फेट डेरिवेटिव की एक विशेषता यह है कि वे कोशिका को नहीं छोड़ सकते हैं, हालांकि उनके "डिस्चार्ज" रूप झिल्ली से स्वतंत्र रूप से गुजरते हैं। इसके कारण, फॉस्फोराइलेटेड अणु कोशिका में तब तक बने रहते हैं जब तक उनका उपयोग उचित प्रतिक्रियाओं में नहीं किया जाता है।

एडीपी को एटीपी में परिवर्तित करने की विपरीत प्रक्रिया एडीपी में फॉस्फोरिक एसिड अणु को जोड़ने, पानी छोड़ने और बड़ी मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित करने से होती है।

इस प्रकार, एटीपी कोशिका गतिविधि के लिए ऊर्जा का एक सार्वभौमिक और तत्काल स्रोत है। यह ऊर्जा का एक एकल कोशिकीय कोष बनाता है और इसे कोशिका के एक हिस्से से दूसरे हिस्से तक पुनर्वितरित और परिवहन करना संभव बनाता है।

फॉस्फेट समूह का स्थानांतरण रासायनिक प्रतिक्रियाओं जैसे मोनोमर्स से मैक्रोमोलेक्यूल्स की असेंबली में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। उदाहरण के लिए, अमीनो एसिड को केवल पेप्टाइड्स में जोड़ा जा सकता है यदि उन्हें पहले फॉस्फोराइलेट किया गया हो। संकुचन या गति की यांत्रिक प्रक्रियाएँ, एक सांद्रता प्रवणता के विरुद्ध एक विलेय का स्थानांतरण और अन्य प्रक्रियाएँ एटीपी में संग्रहीत ऊर्जा के व्यय से जुड़ी होती हैं।

ऊर्जा विनिमय प्रक्रिया को निम्नानुसार दर्शाया जा सकता है। साइटोप्लाज्म में उच्च-आणविक कार्बनिक पदार्थ एंजाइमेटिक रूप से, हाइड्रोलिसिस द्वारा, सरल पदार्थों में परिवर्तित हो जाते हैं, जिनमें से वे होते हैं: प्रोटीन - अमीनो एसिड में, पॉली- और डिसैकराइड - मोनोसेकेराइड (+ ग्लूकोज) में, वसा ग्लिसरॉल और फैटी एसिड में। ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाएं अनुपस्थित होती हैं, थोड़ी ऊर्जा निकलती है, जिसका उपयोग नहीं किया जाता है और थर्मल रूप में चला जाता है। अधिकांश कोशिकाएँ पहले कार्बोहाइड्रेट का उपयोग करती हैं। पॉलीसेकेराइड (पौधों में स्टार्च और जानवरों में ग्लाइकोजन) ग्लूकोज में हाइड्रोलाइज्ड होते हैं। ग्लूकोज ऑक्सीकरण तीन चरणों में होता है: ग्लाइकोलाइसिस, ऑक्सीडेटिव डीकार्बाक्सिलेशन (क्रेब्स चक्र - साइट्रिक एसिड चक्र) और ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन (श्वसन श्रृंखला)। ग्लाइकोलाइसिस, जिसके परिणामस्वरूप ग्लूकोज का एक अणु एटीपी के दो अणुओं की रिहाई के साथ पाइरुविक एसिड के दो अणुओं में विभाजित हो जाता है, साइटोप्लाज्म में होता है। ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में, पाइरुविक एसिड या तो इथेनॉल (किण्वन) या लैक्टिक एसिड (एनारोबिक श्वसन) में परिवर्तित हो जाता है।

यदि पशु कोशिकाओं में ग्लाइकोलाइसिस किया जाता है, तो छह-कार्बन ग्लूकोज अणु लैक्टिक एसिड के दो अणुओं में टूट जाता है। यह प्रक्रिया बहु-चरणीय है. यह 13 एंजाइमों द्वारा क्रमिक रूप से संचालित होता है। अल्कोहलिक किण्वन के दौरान, ग्लूकोज अणु से इथेनॉल के दो अणु और CO2 के दो अणु बनते हैं।

ग्लाइकोलाइसिस अवायवीय और एरोबिक श्वसन के लिए सामान्य चरण है, अन्य दो केवल एरोबिक स्थितियों के तहत किए जाते हैं। ऑक्सीजन मुक्त ऑक्सीकरण की प्रक्रिया, जिसमें चयापचयों की ऊर्जा का केवल एक हिस्सा जारी और उपयोग किया जाता है, अवायवीय जीवों के लिए अंतिम प्रक्रिया है। ऑक्सीजन की उपस्थिति में, पाइरुविक एसिड माइटोकॉन्ड्रिया में चला जाता है, जहां, कई क्रमिक प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, यह एरोबिक रूप से एच2ओ और सीओ2 में पूरी तरह से ऑक्सीकृत हो जाता है और साथ ही एडीपी से एटीपी में फॉस्फोराइलेशन होता है। उसी समय, ग्लाइकोलाइसिस दो एटीपी अणु देता है, दो - क्रेब्स चक्र, 34 - श्वसन श्रृंखला। ग्लूकोज के एक अणु के H2O और CO2 में पूर्ण ऑक्सीकरण से शुद्ध उपज 38 अणु है।

इस प्रकार, एरोबिक जीवों में, कार्बनिक पदार्थों का अंतिम अपघटन उन्हें वायुमंडलीय ऑक्सीजन के साथ सरल अकार्बनिक पदार्थों में ऑक्सीकरण करके किया जाता है: CO2 और H2O। यह प्रक्रिया माइटोकॉन्ड्रिया के क्राइस्टे पर होती है। इस मामले में, मुक्त ऊर्जा की अधिकतम मात्रा जारी होती है, जिसका एक महत्वपूर्ण हिस्सा एटीपी अणुओं में आरक्षित होता है। यह देखना आसान है कि एरोबिक ऑक्सीकरण कोशिका को अधिकतम सीमा तक मुक्त ऊर्जा प्रदान करता है।

अपचय के परिणामस्वरूप, ऊर्जा से भरपूर एटीपी अणु कोशिका में जमा हो जाते हैं, और CO2 और अतिरिक्त पानी बाहरी वातावरण में छोड़ दिया जाता है।

श्वसन के लिए आवश्यक नहीं होने वाले शर्करा अणुओं को कोशिका में संग्रहित किया जा सकता है। अतिरिक्त लिपिड या तो विखंडित हो जाते हैं, जिसके बाद उनके विखंडन उत्पाद श्वसन के लिए सब्सट्रेट के रूप में माइटोकॉन्ड्रिया में प्रवेश करते हैं, या वसा की बूंदों के रूप में साइटोप्लाज्म में रिजर्व में जमा हो जाते हैं। प्रोटीन कोशिका में प्रवेश करने वाले अमीनो एसिड से निर्मित होते हैं। प्रोटीन संश्लेषण राइबोसोम नामक अंगकों में होता है। प्रत्येक राइबोसोम में दो उपकण होते हैं - बड़े और छोटे: दोनों उपकणों में प्रोटीन अणु और आरएनए अणु शामिल होते हैं।

राइबोसोम अक्सर झिल्ली की एक विशेष प्रणाली से जुड़े होते हैं, जिसमें टैंक और वेसिकल्स शामिल होते हैं, तथाकथित एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (ईआर); उन कोशिकाओं में जो बहुत अधिक प्रोटीन का उत्पादन करती हैं, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम अक्सर बहुत अच्छी तरह से विकसित होता है और राइबोसोम से भरा होता है। कुछ एंजाइम केवल तभी प्रभावी होते हैं जब वे किसी झिल्ली से जुड़े होते हैं। लिपिड संश्लेषण में शामिल अधिकांश एंजाइम यहीं स्थित हैं। इस प्रकार, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम, मानो एक प्रकार का सेल डेस्कटॉप है।

इसके अलावा, ईआर साइटोप्लाज्म को अलग-अलग वर्गों या डिब्बों में विभाजित करता है, यानी, साइटोप्लाज्म में एक साथ होने वाली विभिन्न रासायनिक प्रक्रियाओं को अलग करता है, और इस तरह यह संभावना कम हो जाती है कि ये प्रक्रियाएं एक-दूसरे के साथ हस्तक्षेप करेंगी।

अक्सर किसी कोशिका द्वारा निर्मित उत्पादों का उपयोग कोशिका के बाहर किया जाता है। ऐसे मामलों में, राइबोसोम पर संश्लेषित प्रोटीन एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम की झिल्लियों से होकर गुजरते हैं और उनके चारों ओर बनने वाली झिल्ली पुटिकाओं में पैक हो जाते हैं, जो फिर ईआर से लेस हो जाते हैं। ये बुलबुले, ढेर में पैनकेक की तरह एक दूसरे के ऊपर चपटे और ढेर होकर, एक विशिष्ट संरचना बनाते हैं जिसे गोल्गी कॉम्प्लेक्स या गोल्गी तंत्र कहा जाता है। गोल्गी तंत्र में रहने के दौरान, प्रोटीन में कुछ परिवर्तन होते हैं। जब उनके कोशिका छोड़ने का समय होता है, तो झिल्लीदार पुटिकाएं कोशिका झिल्ली में विलीन हो जाती हैं और खाली हो जाती हैं, जिससे उनकी सामग्री बाहर की ओर फैल जाती है, यानी स्राव एक्सोसाइटोसिस द्वारा होता है।

गोल्गी तंत्र में लाइसोसोम भी बनते हैं - झिल्लीदार थैली जिनमें पाचन एंजाइम होते हैं। यह समझना कि एक कोशिका कैसे कुछ प्रोटीन बनाती है, पैकेज करती है और निर्यात करती है, और यह कैसे "जानती है" कि उसे कौन से प्रोटीन अपने पास रखना चाहिए, आधुनिक कोशिका विज्ञान की सबसे आकर्षक शाखाओं में से एक है।

किसी भी कोशिका की झिल्लियाँ लगातार गतिशील और परिवर्तित होती रहती हैं। ईआर झिल्ली पूरे कोशिका में धीरे-धीरे चलती है। इन झिल्लियों के अलग-अलग खंड अलग हो जाते हैं और पुटिकाओं का निर्माण करते हैं, जो अस्थायी रूप से गोल्गी तंत्र का हिस्सा बन जाते हैं, और फिर, एक्सोसाइटोसिस की प्रक्रिया में, कोशिका झिल्ली में विलीन हो जाते हैं।

बाद में, झिल्ली सामग्री साइटोप्लाज्म में लौट आती है, जहां इसका पुन: उपयोग किया जाता है।

कोशिका में प्रवेश करने वाले या इसके द्वारा बाहर छोड़े गए पदार्थों का आदान-प्रदान, साथ ही सूक्ष्म और स्थूल वातावरण के साथ विभिन्न संकेतों का आदान-प्रदान, कोशिका की बाहरी झिल्ली के माध्यम से होता है। जैसा कि ज्ञात है, कोशिका झिल्ली एक लिपिड बाईलेयर है जिसमें विभिन्न प्रोटीन अणु अंतर्निहित होते हैं जो विशेष रिसेप्टर्स, आयन चैनल, उपकरणों के रूप में कार्य करते हैं जो विभिन्न रसायनों, अंतरकोशिकीय संपर्कों आदि को सक्रिय रूप से स्थानांतरित या हटाते हैं। स्वस्थ यूकेरियोटिक कोशिकाओं में, फॉस्फोलिपिड वितरित होते हैं झिल्ली असममित रूप से: बाहरी सतह में स्फिंगोमाइलिन और फॉस्फेटिडिलकोलाइन होते हैं, आंतरिक सतह में फॉस्फेटिडिलसेरिन और फॉस्फेटिडाइलथेनॉलमाइन होते हैं। ऐसी विषमता बनाए रखने के लिए ऊर्जा व्यय की आवश्यकता होती है। इसलिए, कोशिका को नुकसान होने, इसके संक्रमण, ऊर्जा भुखमरी की स्थिति में, झिल्ली की बाहरी सतह इसके लिए असामान्य फॉस्फोलिपिड्स से समृद्ध होती है, जो अन्य कोशिकाओं और एंजाइमों के लिए उचित प्रतिक्रिया के साथ कोशिका क्षति के बारे में एक संकेत बन जाती है। सबसे महत्वपूर्ण भूमिका फॉस्फोलिपेज़ ए2 के घुलनशील रूप द्वारा निभाई जाती है, जो एराकिडोनिक एसिड को तोड़ता है और उपरोक्त फॉस्फोलिपिड्स से लाइसोफॉर्म बनाता है। एराकिडोनिक एसिड ईकोसैनोइड्स जैसे सूजन मध्यस्थों के निर्माण के लिए एक सीमित कड़ी है, और सुरक्षात्मक अणु - पेंट्राक्सिन (सी-रिएक्टिव प्रोटीन (सीआरपी), अमाइलॉइड प्रोटीन के अग्रदूत) - झिल्ली में लाइसोफॉर्म से जुड़े होते हैं, इसके बाद सक्रियण होता है शास्त्रीय मार्ग और कोशिका विनाश के साथ पूरक प्रणाली।

झिल्ली की संरचना कोशिका के आंतरिक वातावरण की विशेषताओं, बाहरी वातावरण से इसके अंतर के संरक्षण में योगदान करती है। यह कोशिका झिल्ली की चयनात्मक पारगम्यता, उसमें सक्रिय परिवहन तंत्र के अस्तित्व से सुनिश्चित होता है। प्रत्यक्ष क्षति के परिणामस्वरूप उनका उल्लंघन, उदाहरण के लिए, टेट्रोडोटॉक्सिन, ओबैन, टेट्राएथिलमोनियम द्वारा, या संबंधित "पंप" की अपर्याप्त ऊर्जा आपूर्ति के मामले में, सेल की इलेक्ट्रोलाइट संरचना का उल्लंघन होता है, इसके चयापचय में बदलाव होता है। , विशिष्ट कार्यों का उल्लंघन - संकुचन, उत्तेजना आवेग का संचालन, आदि। मनुष्यों में सेलुलर आयन चैनलों (कैल्शियम, सोडियम, पोटेशियम और क्लोराइड) का उल्लंघन आनुवंशिक रूप से इनकी संरचना के लिए जिम्मेदार जीन के उत्परिवर्तन द्वारा भी निर्धारित किया जा सकता है। चैनल. तथाकथित चैनलोपैथी तंत्रिका, मांसपेशियों और पाचन तंत्र के वंशानुगत रोगों का कारण है। कोशिका के अंदर पानी के अत्यधिक सेवन से इसका टूटना हो सकता है - साइटोलिसिस - पूरक सक्रियण के दौरान झिल्ली छिद्रण या साइटोटॉक्सिक लिम्फोसाइटों और प्राकृतिक हत्यारों के हमले के कारण।

कई रिसेप्टर्स कोशिका झिल्ली में निर्मित होते हैं - संरचनाएं, जो संबंधित विशिष्ट सिग्नल अणुओं (लिगैंड्स) के साथ मिलकर कोशिका में एक सिग्नल संचारित करती हैं। यह विभिन्न नियामक कैस्केड के माध्यम से होता है, जिसमें एंजाइमेटिक रूप से सक्रिय अणु शामिल होते हैं, जो क्रमिक रूप से सक्रिय होते हैं और अंततः विभिन्न सेलुलर कार्यक्रमों के कार्यान्वयन में योगदान करते हैं, जैसे कि विकास और प्रसार, भेदभाव, गतिशीलता, उम्र बढ़ने और कोशिका मृत्यु। विनियामक कैस्केड काफी संख्या में हैं, लेकिन उनकी संख्या अभी तक पूरी तरह से निर्धारित नहीं की गई है। रिसेप्टर्स की प्रणाली और उनसे जुड़े नियामक कैस्केड भी कोशिका के अंदर मौजूद होते हैं; वे सेल की कार्यात्मक स्थिति, इसके विकास के चरण और अन्य रिसेप्टर्स से सिग्नल की एक साथ कार्रवाई के आधार पर एकाग्रता, वितरण और आगे सिग्नल पथ की पसंद के बिंदुओं के साथ एक निश्चित नियामक नेटवर्क बनाते हैं। इसका परिणाम सिग्नल का अवरोध या प्रवर्धन, एक अलग नियामक मार्ग के साथ इसकी दिशा हो सकता है। नियामक कैस्केड के माध्यम से रिसेप्टर तंत्र और सिग्नल ट्रांसडक्शन मार्ग, जैसे कि नाभिक, दोनों आनुवंशिक दोष के परिणामस्वरूप बाधित हो सकते हैं जो जीव के स्तर पर जन्मजात दोष के रूप में या किसी विशेष कोशिका में दैहिक उत्परिवर्तन के कारण होता है। प्रकार। ये तंत्र संक्रामक एजेंटों, विषाक्त पदार्थों से क्षतिग्रस्त हो सकते हैं और उम्र बढ़ने के दौरान भी बदल सकते हैं। इसका अंतिम चरण कोशिका के कार्यों, उसके प्रसार और विभेदन की प्रक्रियाओं का उल्लंघन हो सकता है।

अंतरकोशिकीय संपर्क की प्रक्रियाओं में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने वाले अणु भी कोशिकाओं की सतह पर स्थित होते हैं। इनमें कोशिका आसंजन प्रोटीन, ऊतक अनुकूलता एंटीजन, ऊतक-विशिष्ट, विभेदक एंटीजन आदि शामिल हो सकते हैं। इन अणुओं की संरचना में परिवर्तन से अंतरकोशिकीय अंतःक्रियाओं का उल्लंघन होता है और ऐसी कोशिकाओं के उन्मूलन के लिए संबंधित तंत्र के सक्रियण का कारण बन सकता है, क्योंकि वे संक्रमण के भंडार के रूप में, विशेष रूप से वायरल, या ट्यूमर के विकास के संभावित आरंभकर्ताओं के रूप में शरीर की अखंडता के लिए एक निश्चित खतरा पैदा करते हैं।

सेल की ऊर्जा आपूर्ति का उल्लंघन

कोशिका में ऊर्जा का स्रोत भोजन है, जिसके टूटने के बाद ऊर्जा अंतिम पदार्थों में प्रवाहित होती है। माइटोकॉन्ड्रिया ऊर्जा उत्पादन का मुख्य स्थान है, जिसमें श्वसन श्रृंखला के एंजाइमों की मदद से पदार्थों का ऑक्सीकरण होता है। ऑक्सीकरण मुख्य ऊर्जा आपूर्तिकर्ता है, क्योंकि ग्लाइकोलाइसिस के परिणामस्वरूप, ऑक्सीकरण की तुलना में ऑक्सीकरण सब्सट्रेट (ग्लूकोज) की समान मात्रा से 5% से अधिक ऊर्जा जारी नहीं होती है। ऑक्सीकरण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा का लगभग 60% ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन द्वारा मैक्रोर्जिक फॉस्फेट (एटीपी, क्रिएटिन फॉस्फेट) में जमा होता है, बाकी गर्मी के रूप में नष्ट हो जाता है। भविष्य में, उच्च-ऊर्जा फॉस्फेट का उपयोग कोशिका द्वारा पंपिंग, संश्लेषण, विभाजन, गति, स्राव आदि जैसी प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है। तीन तंत्र हैं, जिनकी क्षति से कोशिका को ऊर्जा की आपूर्ति में व्यवधान हो सकता है: पहला ऊर्जा चयापचय एंजाइमों के संश्लेषण का तंत्र है, दूसरा ऑक्सीडेटिव फास्फारिलीकरण का तंत्र है, तीसरा - ऊर्जा उपयोग का तंत्र है।

माइटोकॉन्ड्रिया की श्वसन श्रृंखला में इलेक्ट्रॉन परिवहन का उल्लंघन या प्रोटॉन क्षमता के नुकसान के साथ एडीपी ऑक्सीकरण और फॉस्फोराइलेशन का विघटन - एटीपी उत्पादन की प्रेरक शक्ति, ऑक्सीडेटिव फॉस्फोराइलेशन को इस तरह से कमजोर कर देती है कि अधिकांश ऊर्जा नष्ट हो जाती है। ऊष्मा का रूप और मैक्रोर्जिक यौगिकों की संख्या कम हो जाती है। एड्रेनालाईन के प्रभाव में ऑक्सीकरण और फॉस्फोराइलेशन के अनयुग्मन का उपयोग होमियोथर्मिक जीवों की कोशिकाओं द्वारा शीतलन के दौरान शरीर के तापमान को स्थिर बनाए रखते हुए या बुखार के दौरान इसकी वृद्धि को बनाए रखते हुए गर्मी उत्पादन को बढ़ाने के लिए किया जाता है। थायरोटॉक्सिकोसिस में माइटोकॉन्ड्रिया की संरचना और ऊर्जा चयापचय में महत्वपूर्ण परिवर्तन देखे जाते हैं। ये परिवर्तन शुरू में प्रतिवर्ती होते हैं, लेकिन एक निश्चित बिंदु के बाद वे अपरिवर्तनीय हो जाते हैं: माइटोकॉन्ड्रिया टुकड़े हो जाते हैं, विघटित हो जाते हैं या सूज जाते हैं, क्रिस्टा खो देते हैं, रिक्तिका में बदल जाते हैं, और अंततः हाइलिन, फेरिटिन, कैल्शियम, लिपोफसिन जैसे पदार्थ जमा हो जाते हैं। स्कर्वी के रोगियों में, माइटोकॉन्ड्रिया आपस में जुड़कर चोंड्रियोस्फेयर बनाते हैं, संभवतः पेरोक्साइड यौगिकों द्वारा झिल्ली क्षति के कारण। एक सामान्य कोशिका के एक घातक कोशिका में परिवर्तन के दौरान, माइटोकॉन्ड्रिया को महत्वपूर्ण क्षति आयनकारी विकिरण के प्रभाव में होती है।

माइटोकॉन्ड्रिया कैल्शियम आयनों का एक शक्तिशाली डिपो है, जहां इसकी सांद्रता साइटोप्लाज्म की तुलना में कई गुना अधिक होती है। जब माइटोकॉन्ड्रिया क्षतिग्रस्त हो जाते हैं, तो कैल्शियम साइटोप्लाज्म में प्रवेश करता है, जिससे इंट्रासेल्युलर संरचनाओं को नुकसान होता है और संबंधित कोशिका के कार्यों में व्यवधान होता है, उदाहरण के लिए, कैल्शियम संकुचन या यहां तक ​​कि न्यूरॉन्स में "कैल्शियम मृत्यु"। माइटोकॉन्ड्रिया की कार्यात्मक क्षमता के उल्लंघन के परिणामस्वरूप, मुक्त कण पेरोक्साइड यौगिकों का निर्माण तेजी से बढ़ जाता है, जिनकी प्रतिक्रियाशीलता बहुत अधिक होती है और इसलिए महत्वपूर्ण कोशिका घटकों - न्यूक्लिक एसिड, प्रोटीन और लिपिड को नुकसान पहुंचाते हैं। यह घटना तथाकथित ऑक्सीडेटिव तनाव के दौरान देखी जाती है और कोशिका के अस्तित्व पर नकारात्मक परिणाम डाल सकती है। इस प्रकार, बाहरी माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली को नुकसान इंटरमेम्ब्रेन स्पेस में निहित पदार्थों के साइटोप्लाज्म में रिलीज के साथ होता है, मुख्य रूप से साइटोक्रोम सी और कुछ अन्य जैविक रूप से सक्रिय पदार्थ, जो श्रृंखला प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करते हैं जो क्रमादेशित कोशिका मृत्यु का कारण बनते हैं - एपोप्टोसिस। माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए को नुकसान पहुंचाकर, मुक्त कट्टरपंथी प्रतिक्रियाएं कुछ श्वसन श्रृंखला एंजाइमों के निर्माण के लिए आवश्यक आनुवंशिक जानकारी को विकृत कर देती हैं जो विशेष रूप से माइटोकॉन्ड्रिया में उत्पन्न होती हैं। इससे ऑक्सीडेटिव प्रक्रियाओं में और भी अधिक व्यवधान होता है। कुल मिलाकर, माइटोकॉन्ड्रिया का आंतरिक आनुवंशिक तंत्र, नाभिक के आनुवंशिक तंत्र की तुलना में, इसमें एन्कोड की गई आनुवंशिक जानकारी को बदलने में सक्षम हानिकारक प्रभावों से कम सुरक्षित है। नतीजतन, माइटोकॉन्ड्रियल डिसफंक्शन जीवन भर होता है, उदाहरण के लिए, उम्र बढ़ने की प्रक्रिया में, कोशिका के घातक परिवर्तन के दौरान, साथ ही अंडे में माइटोकॉन्ड्रियल डीएनए के उत्परिवर्तन से जुड़े वंशानुगत माइटोकॉन्ड्रियल रोगों की पृष्ठभूमि के खिलाफ। वर्तमान में, 50 से अधिक माइटोकॉन्ड्रियल उत्परिवर्तन का वर्णन किया गया है जो तंत्रिका और मांसपेशी प्रणालियों के वंशानुगत अपक्षयी रोगों का कारण बनते हैं। वे विशेष रूप से मां से बच्चे में संचरित होते हैं, क्योंकि शुक्राणु के माइटोकॉन्ड्रिया युग्मनज का हिस्सा नहीं होते हैं और तदनुसार, नए जीव का हिस्सा नहीं होते हैं।

आनुवंशिक जानकारी के संरक्षण और प्रसारण का उल्लंघन

कोशिका केन्द्रक में अधिकांश आनुवंशिक जानकारी होती है और इस प्रकार यह इसकी सामान्य कार्यप्रणाली सुनिश्चित करती है। चयनात्मक जीन अभिव्यक्ति की सहायता से, यह इंटरफ़ेज़ में कोशिका के कार्य का समन्वय करता है, आनुवंशिक जानकारी संग्रहीत करता है, कोशिका विभाजन की प्रक्रिया में आनुवंशिक सामग्री को पुन: बनाता और स्थानांतरित करता है। डीएनए प्रतिकृति और आरएनए प्रतिलेखन नाभिक में होता है। विभिन्न रोगजनक कारक, जैसे पराबैंगनी और आयनकारी विकिरण, मुक्त कण ऑक्सीकरण, रसायन, वायरस, डीएनए को नुकसान पहुंचा सकते हैं। यह अनुमान लगाया गया है कि गर्म रक्त वाले जानवर की प्रत्येक कोशिका 1 दिन में। 10,000 से अधिक आधार खो दिए। इसमें विभाजन के दौरान नकल करते समय उल्लंघन भी जोड़ा जाना चाहिए। यदि यह क्षति बनी रहती तो कोशिका जीवित नहीं रह पाती। सुरक्षा शक्तिशाली मरम्मत प्रणालियों के अस्तित्व में निहित है, जैसे कि पराबैंगनी एंडोन्यूक्लिज़, पुनर्योजी प्रतिकृति और पुनर्संयोजन मरम्मत की प्रणाली, जो डीएनए क्षति की भरपाई करती है। डीएनए-हानिकारक कारकों के प्रति बढ़ती संवेदनशीलता के कारण रिपेरेटिव सिस्टम में आनुवंशिक दोष बीमारियों के विकास का कारण बनते हैं। यह एक रंजित ज़ेरोडर्मा है, साथ ही कुछ त्वरित उम्र बढ़ने वाले सिंड्रोम भी हैं, जिनमें घातक ट्यूमर की घटना की प्रवृत्ति बढ़ जाती है।

डीएनए प्रतिकृति, मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) का प्रतिलेखन, न्यूक्लिक एसिड से आनुवंशिक जानकारी का प्रोटीन की संरचना में अनुवाद की प्रक्रियाओं के नियमन की प्रणाली काफी जटिल और बहुस्तरीय है। कुछ जीनों को सक्रिय करने वाले 3000 से अधिक प्रतिलेखन कारकों की कार्रवाई को ट्रिगर करने वाले नियामक कैस्केड के अलावा, छोटे आरएनए अणुओं (आरएनए में हस्तक्षेप; आरएनएआई) द्वारा मध्यस्थता वाली एक बहुस्तरीय नियामक प्रणाली भी है। मानव जीनोम, जिसमें लगभग 3 बिलियन प्यूरीन और पाइरीमिडीन आधार होते हैं, में प्रोटीन संश्लेषण के लिए जिम्मेदार संरचनात्मक जीन का केवल 2% होता है। बाकी नियामक आरएनए का संश्लेषण प्रदान करते हैं, जो प्रतिलेखन कारकों के साथ मिलकर, क्रोमोसोम में डीएनए स्तर पर संरचनात्मक जीन के काम को सक्रिय या अवरुद्ध करते हैं या साइटोप्लाज्म में पॉलीपेप्टाइड अणु के निर्माण के दौरान मैसेंजर आरएनए (एमआरएनए) के अनुवाद को प्रभावित करते हैं। . आनुवंशिक जानकारी का उल्लंघन संरचनात्मक जीन और डीएनए के नियामक भाग दोनों के स्तर पर विभिन्न वंशानुगत रोगों के रूप में संबंधित अभिव्यक्तियों के साथ हो सकता है।

हाल ही में, आनुवंशिक सामग्री में होने वाले परिवर्तनों पर बहुत ध्यान दिया गया है जो किसी जीव के व्यक्तिगत विकास के दौरान होते हैं और उनके मिथाइलेशन, एसिटिलेशन और फॉस्फोराइलेशन के कारण डीएनए और गुणसूत्रों के कुछ वर्गों के अवरोध या सक्रियण से जुड़े होते हैं। ये परिवर्तन लंबे समय तक बने रहते हैं, कभी-कभी भ्रूणजनन से लेकर बुढ़ापे तक जीव के पूरे जीवन भर, और एपिजेनोमिक वंशानुक्रम कहलाते हैं।

परिवर्तित आनुवंशिक जानकारी वाली कोशिकाओं का प्रजनन उन प्रणालियों (कारकों) द्वारा भी बाधित होता है जो माइटोटिक चक्र को नियंत्रित करते हैं। वे साइक्लिन-आश्रित प्रोटीन किनेसेस और उनके उत्प्रेरक सबयूनिट्स - साइक्लिन - के साथ बातचीत करते हैं और कोशिका द्वारा पूर्ण माइटोटिक चक्र के मार्ग को अवरुद्ध करते हैं, डीएनए की मरम्मत पूरी होने तक प्रीसिंथेटिक और सिंथेटिक चरणों (ब्लॉक जी 1 / एस) के बीच की सीमा पर विभाजन को रोकते हैं। , और यदि यह असंभव है, तो वे क्रमादेशित मृत्यु कोशिकाएं आरंभ करते हैं। इन कारकों में p53 जीन शामिल है, जिसके उत्परिवर्तन के कारण रूपांतरित कोशिकाओं के प्रसार पर नियंत्रण खत्म हो जाता है; यह लगभग 50% मानव कैंसर में होता है। माइटोटिक चक्र के पारित होने का दूसरा चेकपॉइंट G2/M सीमा पर स्थित है। यहां, माइटोसिस या अर्धसूत्रीविभाजन में बेटी कोशिकाओं के बीच क्रोमोसोमल सामग्री का सही वितरण तंत्र के एक जटिल का उपयोग करके नियंत्रित किया जाता है जो सेल स्पिंडल, केंद्र और सेंट्रोमियर (कीनेटोकोर्स) को नियंत्रित करता है। इन तंत्रों की अक्षमता से गुणसूत्रों या उनके भागों के वितरण का उल्लंघन होता है, जो बेटी कोशिकाओं (एन्यूप्लोइडी) में से किसी एक में किसी भी गुणसूत्र की अनुपस्थिति, एक अतिरिक्त गुणसूत्र (पॉलीप्लोइडी) की उपस्थिति, के पृथक्करण से प्रकट होता है। गुणसूत्र का एक भाग (विलोपन) और उसका दूसरे गुणसूत्र में स्थानांतरण (स्थानांतरण)। ऐसी प्रक्रियाएं अक्सर घातक रूप से विकृत और रूपांतरित कोशिकाओं के प्रजनन के दौरान देखी जाती हैं। यदि यह रोगाणु कोशिकाओं के साथ अर्धसूत्रीविभाजन के दौरान होता है, तो इससे या तो भ्रूण के विकास के प्रारंभिक चरण में भ्रूण की मृत्यु हो जाती है, या क्रोमोसोमल बीमारी वाले जीव का जन्म होता है।

ट्यूमर के विकास के दौरान अनियंत्रित कोशिका प्रजनन उन जीनों में उत्परिवर्तन के परिणामस्वरूप होता है जो कोशिका प्रसार को नियंत्रित करते हैं और इन्हें ऑन्कोजीन कहा जाता है। वर्तमान में ज्ञात 70 से अधिक ऑन्कोजीन में से अधिकांश कोशिका वृद्धि नियमन के घटक हैं, कुछ प्रतिलेखन कारक हैं जो जीन गतिविधि को नियंत्रित करते हैं, साथ ही ऐसे कारक हैं जो कोशिका विभाजन और वृद्धि को रोकते हैं। प्रसार करने वाली कोशिकाओं के अत्यधिक विस्तार (प्रसार) को सीमित करने वाला एक अन्य कारक गुणसूत्रों - टेलोमेरेस के सिरों का छोटा होना है, जो विशुद्ध रूप से स्थैतिक संपर्क के परिणामस्वरूप पूरी तरह से दोहराने में सक्षम नहीं हैं, इसलिए, प्रत्येक कोशिका विभाजन के बाद, टेलोमेर को छोटा कर दिया जाता है। आधारों का निश्चित भाग। इस प्रकार, एक वयस्क जीव की कोशिकाओं का प्रसार, एक निश्चित संख्या में विभाजन (आमतौर पर 20 से 100 तक, जीव के प्रकार और उसकी उम्र के आधार पर) के बाद, टेलोमेयर की लंबाई समाप्त हो जाती है और आगे गुणसूत्र प्रतिकृति रुक ​​जाती है। टेलोमेरेज़ एंजाइम की उपस्थिति के कारण यह घटना शुक्राणुजन्य उपकला, एंटरोसाइट्स और भ्रूण कोशिकाओं में नहीं होती है, जो प्रत्येक विभाजन के बाद टेलोमेरेज़ की लंबाई को बहाल करता है। वयस्क जीवों की अधिकांश कोशिकाओं में, टेलोमेरेज़ अवरुद्ध होता है, लेकिन, दुर्भाग्य से, यह ट्यूमर कोशिकाओं में सक्रिय होता है।

नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच संबंध, दोनों दिशाओं में पदार्थों का परिवहन ऊर्जा खपत के साथ विशेष परिवहन प्रणालियों की भागीदारी के साथ परमाणु झिल्ली में छिद्रों के माध्यम से किया जाता है। इस प्रकार, ऊर्जा और प्लास्टिक पदार्थ, सिग्नल अणु (प्रतिलेखन कारक) को नाभिक में ले जाया जाता है। रिवर्स प्रवाह एमआरएनए के साइटोप्लाज्म अणुओं को लाता है और कोशिका में प्रोटीन संश्लेषण के लिए आवश्यक राइबोसोम, आरएनए (टीआरएनए) को स्थानांतरित करता है। पदार्थों के परिवहन का यही तरीका विषाणुओं में भी अंतर्निहित है, विशेष रूप से एचआईवी जैसे विषाणुओं में। वे अपनी आनुवंशिक सामग्री को मेजबान कोशिका के केंद्रक में स्थानांतरित करते हैं, इसके बाद मेजबान जीनोम में शामिल होते हैं और नए वायरल कणों के आगे प्रोटीन संश्लेषण के लिए नवगठित वायरल आरएनए को साइटोप्लाज्म में स्थानांतरित करते हैं।

संश्लेषण प्रक्रियाओं का उल्लंघन

प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रियाएं एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के सिस्टर्न में होती हैं, जो परमाणु झिल्ली में छिद्रों से निकटता से जुड़ी होती हैं, जिसके माध्यम से राइबोसोम, टीआरएनए और एमआरएनए एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में प्रवेश करते हैं। यहां, पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं का संश्लेषण किया जाता है, जो बाद में एग्रानुलर एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और लैमेलर कॉम्प्लेक्स (गोल्गी कॉम्प्लेक्स) में अपना अंतिम रूप प्राप्त करते हैं, जहां वे पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन और कार्बोहाइड्रेट और लिपिड अणुओं के साथ जुड़ाव से गुजरते हैं। नवगठित प्रोटीन अणु संश्लेषण स्थल पर नहीं रहते, बल्कि एक जटिल विनियमित प्रक्रिया की सहायता से बने रहते हैं, जिसे कहा जाता है प्रोटीन काइनेसिस, सक्रिय रूप से कोशिका के उस अलग हिस्से में स्थानांतरित हो जाते हैं जहां वे अपना इच्छित कार्य करेंगे। इस मामले में, एक बहुत ही महत्वपूर्ण कदम स्थानांतरित अणु को उसके अंतर्निहित कार्य को करने में सक्षम उचित स्थानिक विन्यास में संरचना करना है। ऐसी संरचना विशेष एंजाइमों की मदद से या विशेष प्रोटीन अणुओं - चैपरोन के मैट्रिक्स पर होती है, जो बाहरी प्रभाव के कारण नवगठित या परिवर्तित प्रोटीन अणु को सही त्रि-आयामी संरचना प्राप्त करने में मदद करती है। कोशिका पर प्रतिकूल प्रभाव के मामले में, जब प्रोटीन अणुओं की संरचना के उल्लंघन की संभावना होती है (उदाहरण के लिए, शरीर के तापमान में वृद्धि, एक संक्रामक प्रक्रिया, नशा के साथ), कोशिका में चैपरोन की एकाग्रता तेजी से बढ़ता है. इसलिए, ऐसे अणुओं को भी कहा जाता है तनाव प्रोटीन, या हीट शॉक प्रोटीन. प्रोटीन अणु की संरचना के उल्लंघन से रासायनिक रूप से निष्क्रिय समूहों का निर्माण होता है जो अमाइलॉइडोसिस, अल्जाइमर रोग आदि के मामले में कोशिका के अंदर या बाहर जमा हो जाते हैं। यह स्थिति तथाकथित प्रियन रोगों (भेड़ स्क्रेपी, गाय रेबीज, कुरु, मनुष्यों में क्रुत्ज़फेल्ट-जैकब रोग) में होती है, जब तंत्रिका कोशिका के झिल्ली प्रोटीन में से एक में दोष कोशिका के अंदर निष्क्रिय द्रव्यमान के संचय का कारण बनता है और इसकी महत्वपूर्ण गतिविधि में व्यवधान।

कोशिका में संश्लेषण प्रक्रियाओं का उल्लंघन इसके विभिन्न चरणों में हो सकता है: नाभिक में आरएनए प्रतिलेखन, राइबोसोम में पॉलीपेप्टाइड्स का अनुवाद, पोस्ट-ट्रांसलेशनल संशोधन, बेज अणु का हाइपरमेथिलेशन और ग्लाइकोसिलेशन, कोशिका में प्रोटीन का परिवहन और वितरण और उनका निष्कासन। बाहर की ओर. इस मामले में, कोई राइबोसोम की संख्या में वृद्धि या कमी, पॉलीराइबोसोम का टूटना, दानेदार एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के कुंडों का विस्तार, इसके द्वारा राइबोसोम की हानि, पुटिकाओं और रिक्तिका के गठन का निरीक्षण कर सकता है। तो, पीले टॉडस्टूल के साथ विषाक्तता के मामले में, आरएनए पोलीमरेज़ एंजाइम क्षतिग्रस्त हो जाता है, जो प्रतिलेखन को बाधित करता है। डिप्थीरिया विष, बढ़ाव कारक को निष्क्रिय करके, अनुवाद प्रक्रियाओं को बाधित करता है, जिससे मायोकार्डियम को नुकसान होता है। कुछ विशिष्ट प्रोटीन अणुओं के संश्लेषण के उल्लंघन का कारण संक्रामक एजेंट हो सकते हैं। उदाहरण के लिए, हर्पीसवायरस एमएचसी एंटीजन अणुओं के संश्लेषण और अभिव्यक्ति को रोकते हैं, जो उन्हें आंशिक रूप से प्रतिरक्षा नियंत्रण से बचने की अनुमति देता है, और प्लेग बेसिली तीव्र सूजन मध्यस्थों के संश्लेषण को रोकता है। असामान्य प्रोटीन की उपस्थिति उनके आगे टूटने को रोक सकती है और अक्रिय या यहां तक ​​कि विषाक्त पदार्थों के संचय का कारण बन सकती है। कुछ हद तक, क्षय प्रक्रियाओं में व्यवधान भी इसमें योगदान दे सकता है।

क्षय प्रक्रियाओं का उल्लंघन

इसके साथ ही कोशिका में प्रोटीन के संश्लेषण के साथ-साथ उसका क्षय भी लगातार होता रहता है। सामान्य परिस्थितियों में, इसका एक महत्वपूर्ण विनियामक और रचनात्मक महत्व है, उदाहरण के लिए, एंजाइमों, प्रोटीन हार्मोन और माइटोटिक चक्र के प्रोटीन के निष्क्रिय रूपों के सक्रियण के दौरान। सामान्य कोशिका वृद्धि और विकास के लिए प्रोटीन और ऑर्गेनेल के संश्लेषण और क्षरण के बीच एक सूक्ष्म नियंत्रित संतुलन की आवश्यकता होती है। हालाँकि, प्रोटीन संश्लेषण की प्रक्रिया में, संश्लेषण उपकरण के संचालन में त्रुटियों, प्रोटीन अणु की असामान्य संरचना, रासायनिक और जीवाणु एजेंटों द्वारा इसकी क्षति के कारण, काफी बड़ी संख्या में दोषपूर्ण अणु लगातार बनते रहते हैं। कुछ अनुमानों के अनुसार, उनका हिस्सा सभी संश्लेषित प्रोटीन का लगभग एक तिहाई है।

स्तनधारी कोशिकाओं में कई मुख्य होते हैं प्रोटीन क्षरण मार्ग:लाइसोसोमल प्रोटीज़ (पेंटाइड हाइड्रॉलेज़), कैल्शियम-निर्भर प्रोटीनेज़ (एंडोपेप्टिडेज़) और प्रोटीसोम प्रणाली के माध्यम से। इसके अलावा, कैसपेज़ जैसे विशिष्ट प्रोटीनेस भी होते हैं। मुख्य अंग जिसमें यूकेरियोटिक कोशिकाओं में पदार्थों का क्षरण होता है वह लाइसोसोम है, जिसमें कई हाइड्रोलाइटिक एंजाइम होते हैं। लाइसोसोम और फागोलिसोसोम में एंडोसाइटोसिस और विभिन्न प्रकार की ऑटोफैगी की प्रक्रियाओं के कारण, दोषपूर्ण प्रोटीन अणु और संपूर्ण अंग नष्ट हो जाते हैं: क्षतिग्रस्त माइटोकॉन्ड्रिया, प्लाज्मा झिल्ली के खंड, कुछ बाह्य प्रोटीन, स्रावी कणिकाओं की सामग्री।

प्रोटीन क्षरण का एक महत्वपूर्ण तंत्र प्रोटीसोम है, जो साइटोसोल, न्यूक्लियस, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम और कोशिका झिल्ली पर स्थानीयकृत एक जटिल मल्टीकैटेलिटिक प्रोटीनेज़ संरचना है। यह एंजाइम प्रणाली क्षतिग्रस्त प्रोटीन के साथ-साथ स्वस्थ प्रोटीन को तोड़ने के लिए जिम्मेदार है जिन्हें सामान्य कोशिका कार्य के लिए हटाया जाना चाहिए। इस मामले में, नष्ट किए जाने वाले प्रोटीन को प्रारंभिक रूप से एक विशिष्ट यूबिकिटिन पॉलीपेप्टाइड के साथ जोड़ा जाता है। हालाँकि, गैर-सर्वव्यापी प्रोटीन को प्रोटीसोम में आंशिक रूप से नष्ट भी किया जा सकता है। एमएचसी प्रकार I अणुओं के साथ उनकी बाद की प्रस्तुति के साथ प्रोटीसोम में एक प्रोटीन अणु का छोटे पॉलीपेप्टाइड्स (प्रसंस्करण) में टूटना शरीर के एंटीजेनिक होमोस्टैसिस के प्रतिरक्षा नियंत्रण के कार्यान्वयन में एक महत्वपूर्ण कड़ी है। जब प्रोटीसोम का कार्य कमजोर हो जाता है, तो क्षतिग्रस्त और अनावश्यक प्रोटीन का संचय होता है, जो कोशिका उम्र बढ़ने के साथ होता है। साइक्लिन-निर्भर प्रोटीन के क्षरण के उल्लंघन से कोशिका विभाजन का उल्लंघन होता है, स्रावी प्रोटीन का क्षरण होता है - सिस्टोफिब्रोसिस का विकास होता है। इसके विपरीत, प्रोटीसोम फ़ंक्शन में वृद्धि शरीर की कमी (एड्स, कैंसर) के साथ होती है।

प्रोटीन क्षरण के आनुवंशिक रूप से निर्धारित उल्लंघन के साथ, जीव व्यवहार्य नहीं होता है और भ्रूणजनन के प्रारंभिक चरण में ही मर जाता है। यदि वसा या कार्बोहाइड्रेट का टूटना गड़बड़ा जाता है, तो संचय रोग (थिसॉरिसमोसेस) उत्पन्न हो जाते हैं। साथ ही, कुछ पदार्थ या उनके अधूरे अपघटन के उत्पाद - लिपिड, पॉलीसेकेराइड - की अत्यधिक मात्रा कोशिका के अंदर जमा हो जाती है, जो कोशिका के कार्य को काफी नुकसान पहुंचाती है। अधिकतर यह लीवर एपिथेलियोसाइट्स (हेपेटोसाइट्स), न्यूरॉन्स, फ़ाइब्रोब्लास्ट्स और मैक्रोफैगोसाइट्स में देखा जाता है।

पदार्थों के विघटन की प्रक्रियाओं के अधिग्रहित विकार रोग प्रक्रियाओं (उदाहरण के लिए, प्रोटीन, वसा, कार्बोहाइड्रेट और वर्णक डिस्ट्रोफी) के परिणामस्वरूप हो सकते हैं और असामान्य पदार्थों के गठन के साथ हो सकते हैं। लाइसोसोमल प्रोटियोलिसिस प्रणाली में उल्लंघन से भुखमरी के दौरान अनुकूलन में कमी आती है या भार बढ़ जाता है, कुछ अंतःस्रावी शिथिलता की घटना होती है - इंसुलिन, थायरोग्लोबुलिन, साइटोकिन्स और उनके रिसेप्टर्स के स्तर में कमी। प्रोटीन क्षरण का उल्लंघन घाव भरने की दर को धीमा कर देता है, एथेरोस्क्लेरोसिस के विकास का कारण बनता है और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को प्रभावित करता है। हाइपोक्सिया के तहत, इंट्रासेल्युलर पीएच में परिवर्तन, विकिरण की चोट, झिल्ली लिपिड के बढ़े हुए पेरोक्सीडेशन की विशेषता, साथ ही लाइसोसोमोट्रोपिक पदार्थों के प्रभाव में - बैक्टीरियल एंडोटॉक्सिन, विषाक्त कवक (स्पोरोफ्यूसरिन) के मेटाबोलाइट्स, सिलिकॉन ऑक्साइड क्रिस्टल - लाइसोसोम झिल्ली की स्थिरता परिवर्तन, सक्रिय लाइसोसोमल एंजाइम साइटोप्लाज्म में छोड़े जाते हैं, जो कोशिका संरचनाओं के विनाश और उसकी मृत्यु का कारण बनता है।

अध्याय 1

कोशिका शरीर क्रिया विज्ञान की मूल बातें

मैं. डुडेल

प्लाज्मा झिल्ली . पशु कोशिकाएँ प्लाज़्मा झिल्ली द्वारा सीमित होती हैं (चित्र 1.1)। हम इसकी संरचना पर अधिक विस्तार से ध्यान देंगे, जो कई इंट्रासेल्युलर झिल्लियों की संरचना के समान है। झिल्ली के मुख्य मैट्रिक्स में शामिल हैं लिपिडमुख्य रूप से फॉस्फेटिडिलकोलाइन। इन लिपिडों में एक हाइड्रोफिलिक हेड समूह होता है जिससे लंबी हाइड्रोफोबिक हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाएं जुड़ी होती हैं। पानी में, ऐसे लिपिड स्वचालित रूप से 4-5 एनएम मोटी दो परत वाली फिल्म बनाते हैं, जिसमें हाइड्रोफिलिक समूह जलीय माध्यम का सामना करते हैं, और हाइड्रोफोबिक हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाएं दो पंक्तियों में व्यवस्थित होती हैं, जिससे एक निर्जल लिपिड चरण बनता है। कोशिका झिल्ली इस प्रकार की लिपिड बाईलेयर होती है और इसमें ग्लाइकोलिपिड्स, कोलेस्ट्रॉल और फॉस्फोलिपिड्स होते हैं (चित्र 1.2)। ग्लाइकोलिपिड्स का हाइड्रोफिलिक भाग ऑलिगोसेकेराइड्स द्वारा बनता है। ग्लाइकोलिपिड्स हमेशा प्लाज्मा झिल्ली की बाहरी सतह पर स्थित होते हैं, और अणु का ऑलिगोसेकेराइड भाग पर्यावरण में डूबे हुए बाल की तरह उन्मुख होता है। फॉस्फोलिपिड्स के बीच लगभग समान मात्रा में बिखरे हुए कोलेस्ट्रॉल अणु झिल्ली को स्थिर करते हैं। झिल्ली की आंतरिक और बाहरी परतों में विभिन्न लिपिड का वितरण समान नहीं होता है, और यहां तक ​​कि एक ही परत के भीतर भी ऐसे क्षेत्र होते हैं जिनमें कुछ प्रकार के लिपिड केंद्रित होते हैं। इतना असमान वितरण

चावल। 1.1. सबसे महत्वपूर्ण अंगकों को दर्शाने वाली कोशिका का योजनाबद्ध चित्रण

संभवतः इसका कुछ, अभी तक अस्पष्ट, कार्यात्मक महत्व है।

झिल्ली के अपेक्षाकृत निष्क्रिय लिपिड मैट्रिक्स में डूबे हुए मुख्य कार्यात्मक तत्व हैं गिलहरी(चित्र 1.2)। वजन के अनुसार प्रोटीन विभिन्न झिल्लियों में 25 से 75% तक होता है, लेकिन चूंकि प्रोटीन अणु लिपिड अणुओं की तुलना में बहुत बड़े होते हैं, वजन के हिसाब से 50% 1 प्रोटीन अणु और 50 लिपिड अणुओं के अनुपात के बराबर होता है। कुछ प्रोटीन झिल्ली में बाहरी से भीतरी सतह तक प्रवेश करते हैं, जबकि अन्य एक परत में स्थिर रहते हैं। प्रोटीन अणु आमतौर पर उन्मुख होते हैं ताकि उनके हाइड्रोफोबिक समूह लिपिड झिल्ली में डूबे रहें और झिल्ली की सतह पर ध्रुवीय हाइड्रोफिलिक समूह जलीय चरण में डूबे रहें। कई बाहरी सतह झिल्ली प्रोटीन ग्लाइकोप्रोटीन हैं; उनके हाइड्रोफिलिक सैकेराइड समूह बाह्य कोशिकीय वातावरण का सामना करते हैं।

इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल की झिल्ली प्रणाली .

कोशिका आयतन का लगभग आधा भाग झिल्लियों द्वारा साइटोसोल से पृथक अंगकों द्वारा व्याप्त होता है। इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल की झिल्लियों की कुल सतह प्लाज्मा झिल्ली की सतह से कम से कम 10 गुना अधिक होती है। सबसे व्यापक रूप से प्रयुक्त झिल्ली प्रणाली है अन्तः प्रदव्ययी जलिका,एक नेटवर्क का प्रतिनिधित्व करना

चावल। 1.2.प्लाज्मा झिल्ली का योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व. प्रोटीन फॉस्फोलिपिड बाइलेयर में अंतर्निहित होते हैं, जिनमें से कुछ बाइलेयर में फैले होते हैं जबकि अन्य केवल बाहरी या आंतरिक परत से जुड़े होते हैं

अत्यधिक कुंडलित नलिकाएं या थैलीदार लम्बी संरचनाएं; एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के बड़े क्षेत्र राइबोसोम से युक्त हैं; ऐसे जालिका को दानेदार या खुरदुरा कहा जाता है (चित्र 1.1)। गॉल्जीकायइसमें झिल्ली से बंधी लामेल्ला भी होती है, जिसमें से पुटिकाएं या पुटिकाएं टूट जाती हैं (चित्र 1.1)। लाइसोसोम और पेरोक्सीसोमछोटे विशेष पुटिकाएँ हैं। इन सभी विविध अंगों में, झिल्ली और उसके द्वारा कवर किए गए स्थान में एंजाइमों के विशिष्ट सेट होते हैं; ऑर्गेनेल के अंदर विशेष चयापचय उत्पाद जमा होते हैं, जिनका उपयोग ऑर्गेनेल के विभिन्न कार्यों को करने के लिए किया जाता है।

मुख्यऔर माइटोकॉन्ड्रियाइनमें अंतर यह है कि इनमें से प्रत्येक अंगक दो झिल्लियों से घिरा होता है। नाभिक चयापचय के गतिज नियंत्रण के लिए जिम्मेदार है; मुड़ी हुई आंतरिक माइटोकॉन्ड्रियल झिल्ली ऑक्सीडेटिव चयापचय का स्थल है; यहां, पाइरूवेट या फैटी एसिड के ऑक्सीकरण के कारण, एक उच्च-ऊर्जा यौगिक एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी, या एटीपी) संश्लेषित किया जाता है।

cytoskeleton . अंगकों के आस-पास के साइटोप्लाज्म को किसी भी तरह से अनाकार नहीं माना जा सकता है; यह साइटोस्केलेटन के एक नेटवर्क द्वारा व्याप्त है। साइटोस्केलेटन में सूक्ष्मनलिकाएं, एक्टिन फिलामेंट्स और मध्यवर्ती फिलामेंट्स होते हैं (चित्र 1.1)। सूक्ष्मनलिकाएंइनका बाहरी व्यास लगभग 25 एनएम है; वे ट्यूबुलिन प्रोटीन अणुओं के संयोजन के परिणामस्वरूप, एक सामान्य बहुलक की तरह बनते हैं। एक्टिन फिलामेंट-निकट-झिल्ली परत और संपूर्ण कोशिका में स्थित सिकुड़े हुए तंतु - मुख्य रूप से गति से जुड़ी प्रक्रियाओं में भाग लेते हैं। माध्यमिक रेशेविभिन्न प्रकार की कोशिकाओं में विभिन्न रासायनिक संरचना के ब्लॉक से मिलकर बनता है; वे ऊपर उल्लिखित साइटोस्केलेटन के अन्य दो तत्वों के बीच विभिन्न प्रकार के संबंध बनाते हैं। ऑर्गेनेल और प्लाज़्मा झिल्ली भी साइटोस्केलेटन से जुड़े होते हैं, जो न केवल कोशिका के आकार और उसमें ऑर्गेनेल की स्थिति को बनाए रखता है, बल्कि कोशिका के आकार और उसकी गतिशीलता में परिवर्तन को भी निर्धारित करता है।

साइटोसोल . कोशिका आयतन का लगभग आधा भाग साइटोसोल द्वारा व्याप्त होता है। क्योंकि इसमें लगभग 20% (वजन के हिसाब से) प्रोटीन होता है, यह जलीय घोल की तुलना में एक जेल जैसा अधिक होता है। कार्बनिक और अकार्बनिक सहित छोटे अणु आयन,जलीय चरण में घुल गया. कोशिका और पर्यावरण (बाह्यकोशिकीय स्थान) के बीच आयनों का आदान-प्रदान होता है; इन विनिमय प्रक्रियाओं पर अगले भाग में चर्चा की जाएगी। बाह्यकोशिकीय स्थान में आयनों की सांद्रता को एक स्थिर स्तर पर काफी सटीकता के साथ बनाए रखा जाता है; प्रत्येक आयन की अंतःकोशिकीय सांद्रता का एक विशिष्ट स्तर भी होता है जो कोशिका के बाहर की सांद्रता से भिन्न होता है (तालिका 1.1)। बाह्य कोशिकीय वातावरण में सबसे आम धनायन हैना+ कोशिका में इसकी सांद्रता 10 गुना से भी कम होती है। इसके विपरीत, कोशिका के अंदर K+ की सांद्रता सबसे अधिक होती है, कोशिका के बाहर यह परिमाण के एक क्रम से अधिक कम होती है। बाह्यकोशिकीय और अंतःकोशिकीय सांद्रता के बीच सबसे बड़ा ग्रेडिएंट Ca 2+ के लिए मौजूद है, जिसके कोशिका के अंदर मुक्त आयनों की सांद्रता इसके बाहर की तुलना में कम से कम 10,000 गुना कम है। सभी आयन साइटोसोल में नहीं घुलते हैं; उनमें से कुछ प्रोटीन पर अवशोषित होते हैं या ऑर्गेनेल में जमा होते हैं। उदाहरण के लिए, Ca 2+ के मामले में बाध्य आयन मुक्त आयनों की तुलना में बहुत अधिक संख्या में होते हैं। अधिकांश साइटोसोल प्रोटीन एंजाइम होते हैं, जिनकी भागीदारी से मध्यवर्ती चयापचय की कई प्रक्रियाएं होती हैं: ग्लाइकोलाइसिस और ग्लूकोनियोजेनेसिस, अमीनो एसिड का संश्लेषण या विनाश, राइबोसोम पर प्रोटीन संश्लेषण (चित्र 1.1)। साइटोसोल में लिपिड बूंदें और ग्लाइकोजन कणिकाएं भी होती हैं, जो महत्वपूर्ण अणुओं के भंडार के रूप में काम करती हैं।

तालिका 1.1.होमियोथर्मिक जानवरों की मांसपेशियों की कोशिकाओं में आयनों की इंट्रा- और बाह्य कोशिकीय सांद्रता। ए – - "उच्च आणविक भार सेलुलर आयन"

1.2. कोशिका और पर्यावरण के बीच पदार्थों का आदान-प्रदान

हमने कोशिका शरीर क्रिया विज्ञान की बुनियादी बातों की समीक्षा करने के लिए इस विवरण का उपयोग करने के लिए कोशिका की संरचना का संक्षेप में वर्णन किया है। किसी भी स्थिति में किसी कोशिका को स्थैतिक गठन नहीं माना जा सकता है, क्योंकि विभिन्न इंट्रासेल्युलर डिब्बों के साथ-साथ डिब्बों और पर्यावरण के बीच पदार्थों का निरंतर आदान-प्रदान होता है। कोशिका की संरचनाएं गतिशील संतुलन में हैं, और एक दूसरे के साथ और बाहरी वातावरण के साथ कोशिकाओं की बातचीत एक कार्यशील जीव के जीवन को बनाए रखने के लिए एक आवश्यक शर्त है। इस अध्याय में, हम ऐसे आदान-प्रदान के मूलभूत तंत्रों पर विचार करेंगे। बाद के अध्यायों में, तंत्रिका कोशिका और उसके कार्यों के संबंध में इन तंत्रों पर विचार किया जाएगा;

हालाँकि, वही तंत्र अन्य सभी अंगों के कामकाज का आधार हैं।

प्रसार.किसी पदार्थ को स्थानांतरित करने की सबसे सरल प्रक्रिया प्रसार है। समाधानों (या गैसों) में, परमाणु और अणु स्वतंत्र रूप से चलते हैं, और सांद्रता में अंतर प्रसार द्वारा संतुलित होता है। तरल या गैस से भरे दो आयतनों पर विचार करें (चित्र 1.3), जिनमें पदार्थों की सांद्रता होती हैसी1 और सी2 और सतह क्षेत्र ए और मोटाई के साथ एक परत द्वारा अलग किया गयाडी। समय t में पदार्थ का प्रवाह m बताया गया है फ़िक का प्रसार का पहला नियम:

डी.एम/ डीटी= डीए/ डी ( सी 1 -С 2)=डीए/ डीडी सी(1)

जहां डी प्रसार गुणांक है, जो किसी दिए गए पदार्थ, विलायक और तापमान के लिए स्थिर है। अधिक सामान्य रूप में, एकाग्रता अंतर के लिए dx दूरी पर dc

डीएम/डीटी=-डी ए डीसी/डीएक्स,(2)

खंड ए के माध्यम से प्रवाह एकाग्रता ढाल के समानुपाती होता हैडीसी/डीएक्स . समीकरण में ऋण चिह्न दिखाई देता है क्योंकि x दिशा में सांद्रता में परिवर्तन ऋणात्मक है।

प्रसार सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया है जिसके द्वारा जलीय घोल में अधिकांश अणु कम दूरी तक चलते हैं। यह बात कोशिका में उनकी गति पर भी लागू होती है, क्योंकि झिल्लियों द्वारा प्रसार बाधित नहीं होता है। कई पदार्थ लिपिड झिल्ली के माध्यम से स्वतंत्र रूप से फैल सकते हैं, विशेष रूप से पानी और ओ 2 और सीओ 2 जैसी घुली हुई गैसें। वसा में घुलनशील

चावल। 1.3.प्रसार की मात्रात्मक योजना. दोनों स्थानों को मोटाई की एक परत द्वारा अलग किया जाता हैडीऔर क्षेत्र एक।सी; - आयतन के बाएँ भाग में कणों की उच्च सांद्रता, सी:, - दाएँ भाग में कणों की कम सांद्रता भाग, गुलाबी सतहप्रसार परत में सांद्रता प्रवणता है। प्रसार प्रवाह डीएम/डीटी - देखें समीकरण (1)

पदार्थ झिल्लियों के माध्यम से भी अच्छी तरह फैलते हैं; यह इथेनॉल और यूरिया जैसे अपेक्षाकृत छोटे ध्रुवीय अणुओं पर भी लागू होता है, जबकि शर्करा कठिनाई के साथ लिपिड परत से गुजरती है। साथ ही, लिपिड परतें आवेशित अणुओं के लिए व्यावहारिक रूप से अभेद्य होती हैं, जिनमें अकार्बनिक आयन भी शामिल हैं। गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए, प्रसार समीकरण (1) आमतौर पर झिल्ली और फैलाने वाले पदार्थ की विशेषताओं को एक में जोड़कर रूपांतरित किया जाता है पैरामीटर-पारगम्यता (पी):

डीएम/डीटी=पी एडी सी।(3)

अंजीर पर. 1.4 की तुलना की गई विभिन्न अणुओं के लिए लिपिड झिल्ली की पारगम्यता (पी)।

झिल्ली छिद्रों के माध्यम से प्रसार . प्लाज्मा झिल्ली (और अन्य कोशिका झिल्ली) न केवल लिपिड परत के माध्यम से फैलने वाले पदार्थों के लिए पारगम्य हैं, बल्कि कई आयनों, शर्करा, अमीनो एसिड और न्यूक्लियोटाइड के लिए भी पारगम्य हैं। ये पदार्थ बने छिद्रों के माध्यम से झिल्ली को पार करते हैं परिवहन प्रोटीन,झिल्ली में जड़ा हुआ. ऐसे प्रोटीन के अंदर 1 एनएम से कम व्यास वाला एक पानी से भरा चैनल होता है जिसके माध्यम से छोटे अणु फैल सकते हैं। वे एक सांद्रण प्रवणता के साथ चलते हैं, और यदि वे आवेश वहन करते हैं, तो चैनलों के माध्यम से उनका आंदोलन भी झिल्ली क्षमता द्वारा नियंत्रित होता है। झिल्ली चैनल अपेक्षाकृत चयनात्मक होते हैं

चावल। 1.4.विभिन्न पदार्थों के लिए कृत्रिम लिपिड बाईलेयर्स की पारगम्यता

अणुओं के प्रकार के संबंध में जो उनके माध्यम से गुजर सकते हैं, उदाहरण के लिए, पोटेशियम, सोडियम और कैल्शियम चैनल हैं, जिनमें से प्रत्येक एक विशिष्ट को छोड़कर लगभग किसी भी आयन के लिए अभेद्य है। ऐसा चयनात्मकताचैनल की दीवारों में बाइंडिंग साइटों के चार्ज या संरचना के कारण, जो एक विशिष्ट अणु के परिवहन की सुविधा प्रदान करता है और चैनल के माध्यम से अन्य पदार्थों के प्रवेश को रोकता है (चित्र)। 1.5, ए) .

व्यवहार के पीछे झिल्ली आयन चैनलइसका निरीक्षण करना आसान है, क्योंकि आयनों की गति के दौरान उत्पन्न होने वाली धारा को मापा जा सकता है, यहां तक ​​कि एक चैनल के लिए भी। यह दिखाया गया है कि चैनल अनायास और उच्च आवृत्ति के साथ अपनी स्थिति को खुले से बंद में बदलते हैं। पोटेशियम चैनल को लगभग 2 पीए (2 · 10 -12 ए) के आयाम और कई मिलीसेकंड की अवधि के साथ वर्तमान दालों की विशेषता है (चित्र 2.12, पृष्ठ 37 देखें) [3]। इस अवधि के दौरान, दसियों हज़ार आयन इससे होकर गुजरते हैं। एक संरचना से दूसरे संरचना में प्रोटीन के संक्रमण का अध्ययन एक्स-रे विवर्तन, मोसबाउर स्पेक्ट्रोस्कोपी और परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) द्वारा किया जाता है। इस प्रकार प्रोटीन अत्यधिक गतिशील, मोबाइल संरचनाएं हैं, और प्रोटीन के माध्यम से चैनल केवल एक कठोर, पानी से भरी ट्यूब नहीं है (चित्रा 1.5 ए) बल्कि तेजी से बढ़ते आणविक समूहों और आवेशों की एक भूलभुलैया है। यह चैनल गतिशील प्रतिक्रिया परिलक्षित होता है चैनल की ऊर्जा प्रोफ़ाइल,अंजीर में दिखाया गया है। 1.5, बी। यहां, एब्सिस्सा सी 0 की आयन सांद्रता और 0 की क्षमता वाले बाहरी समाधान से सी 1 की एकाग्रता और ई की क्षमता वाले आंतरिक समाधान तक चैनल की लंबाई दिखाता है। वाई-अक्ष

चावल। 1.5.ए. एक प्रोटीन की योजना जो प्लाज्मा झिल्ली के लिपिड बाईलेयर में एम्बेडेड एक पोटेशियम चैनल बनाती है। चैनल की "दीवार" पर चार ऋणात्मक आवेश लगे होते हैं। बी. चैनल की योजनाबद्ध ऊर्जा प्रोफ़ाइल अंजीर में दिखाई गई है। A. y-अक्ष पर, चैनल के पारित होने के लिए आवश्यक गतिज ऊर्जा के मान प्लॉट किए जाते हैं; एब्सिस्सा अक्ष के साथ, झिल्ली की आंतरिक और बाहरी सतहों के बीच की दूरी। ऊर्जा मिनिमा चैनल दीवार में निश्चित नकारात्मक चार्ज के साथ सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों की बाध्यकारी साइटों से मेल खाती है। ऊर्जा मैक्सिमा चैनल में प्रसार बाधाओं के अनुरूप है। यह माना जाता है कि चैनल प्रोटीन की संरचना अनायास दोलन करती है; ऊर्जा प्रोफ़ाइल के विकल्प ठोस और धराशायी रेखाओं द्वारा दिखाए गए हैं; ये दोलन ऊर्जा अवरोध पर काबू पाने पर आयनों के बंधन को बहुत सुविधाजनक बनाते हैं (लेकिन परिवर्तनों के साथ)

चैनल बाइंडिंग स्थलों पर आयन का ऊर्जा स्तर दिखाया गया है; ग्राफ़ में शिखर पारगम्यता बाधा का प्रतिनिधित्व करता है जिसे चैनल में प्रवेश करने के लिए आयन ऊर्जा को दूर करना होगा, और ग्राफ़ का "डुबकी" अपेक्षाकृत स्थिर स्थिति (बाइंडिंग) का प्रतिनिधित्व करता है। ऊर्जा शिखर बाधा के बावजूद, यदि ऊर्जा प्रोफ़ाइल अनायास चक्रित हो तो एक आयन चैनल में प्रवेश कर सकता है; इस प्रकार, आयन अचानक ऊर्जा शिखर के "दूसरी तरफ" प्रकट हो सकता है और कोशिका में जाना जारी रख सकता है। आयन के चार्ज, आकार और जलयोजन की डिग्री और चैनल की दीवारों की संरचनाओं से जुड़ने की क्षमता के आधार पर, चैनल की ऊर्जा प्रोफ़ाइल विभिन्न आयनों के लिए भिन्न होती है, जो अलग-अलग प्रकार के चैनलों की चयनात्मकता को समझा सकती है।

आयनों का प्रसार संतुलन . झिल्ली चैनलों के माध्यम से विभिन्न आयनों के प्रसार से बाह्य और अंतःकोशिकीय वातावरण के बीच सांद्रता में अंतर को समाप्त किया जाना चाहिए। हालाँकि, जैसा कि तालिका से देखा जा सकता है। 1.1, ऐसे मतभेद बने रहते हैं, इसलिए कुछ तो होंगे ही संतुलनझिल्ली में प्रसार और अन्य परिवहन प्रक्रियाओं के बीच। अगले दो खंड उन तरीकों से निपटते हैं जिनसे ऐसा संतुलन स्थापित किया जाता है। आयनों के मामले में, प्रसार संतुलन उनके आवेश से प्रभावित होता है। अनावेशित अणुओं का प्रसार सांद्रण अंतर द्वारा प्रदान किया जाता हैडीसी , और जब सांद्रता बराबर हो जाती है, तो वास्तविक परिवहन रुक जाता है। आवेशित कण विद्युत क्षेत्र से अतिरिक्त रूप से प्रभावित होते हैं। उदाहरण के लिए, जब एक पोटेशियम आयन अपनी सांद्रता प्रवणता के साथ किसी कोशिका से बाहर निकलता है, तो उस पर एक धनात्मक आवेश होता है। इस प्रकार, इंट्रासेल्युलर वातावरण अधिक नकारात्मक रूप से चार्ज हो जाता है, जिसके परिणामस्वरूप झिल्ली में संभावित अंतर होता है। इंट्रासेल्युलर नकारात्मक चार्ज नए पोटेशियम आयनों को कोशिका छोड़ने से रोकता है, और जो आयन फिर भी कोशिका छोड़ते हैं, वे झिल्ली पर चार्ज को और बढ़ा देंगे। जब विद्युत क्षेत्र की क्रिया सांद्रता में अंतर के कारण प्रसार दबाव की भरपाई करती है तो पोटेशियम आयनों का प्रवाह रुक जाता है। आयन झिल्ली से गुजरते रहते हैं, लेकिन दोनों दिशाओं में समान मात्रा में। इसलिए, झिल्ली पर आयन सांद्रता में दिए गए अंतर के लिए, मौजूद है संतुलन क्षमताइआयन जिस पर झिल्ली से आयनों का प्रवाह रुक जाता है। संतुलन क्षमता को आसानी से उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है नर्नस्ट समीकरण:

इआयन= आरटी/ जेडएफ* एल.एनबाहर/ सी में(4)

जहां आर गैस स्थिरांक है, T पूर्ण तापमान है, z आयन संयोजकता है (आयनों के लिए नकारात्मक)बाहर बाह्यकोशिकीय आयन सांद्रता है,सी में आयन की अंतःकोशिकीय सांद्रता है,एफ फैराडे संख्या. यदि हम समीकरण में स्थिरांकों को प्रतिस्थापित करते हैं, तो शरीर के तापमान (T = 310 K) पर पोटेशियम आयन E के लिए संतुलन क्षमता होती है K बराबर है:

इक= –61 एमबी लॉग /(5)

यदि [K + बाहर ]/[ K + अंदर ] = 39, जैसा तालिका से निम्नानुसार है। 1.1, फिर

एक= -61 एम बी लॉग 39= -97 एमवी।

वास्तव में, यह पाया गया कि सभी कोशिकाओं में है झिल्ली क्षमता;स्तनधारी मांसपेशी कोशिकाओं में इसका स्तर लगभग -90 mV होता है। स्थितियों और आयनों की सापेक्ष सांद्रता के आधार पर, कोशिकाओं की झिल्ली क्षमता -40 से -120mV तक हो सकती है। उपरोक्त उदाहरण में सेल के लिए (तालिका 1.1) विराम विभव,लगभग -90 एमवी के बराबर, इंगित करता है कि झिल्ली चैनलों के माध्यम से पोटेशियम आयनों का प्रवाह लगभग संतुलन में है। यह आश्चर्य की बात नहीं है, क्योंकि विश्राम झिल्ली में पोटेशियम चैनलों की खुली अवस्था सबसे अधिक संभावित है; झिल्ली पोटेशियम आयनों के लिए सबसे अधिक पारगम्य है। हालाँकि, झिल्ली क्षमता अन्य आयनों के प्रवाह से भी निर्धारित होती है।

जिस आसानी से अनावेशित कण एक झिल्ली के माध्यम से फैल सकते हैं उसे समीकरण (3) में निर्धारित किया गया है। आवेशित कणों के प्रति पारगम्यता थोड़ा अधिक जटिल समीकरण द्वारा वर्णित:

पी= एम आरटी/ डीएफ(6)

कहाँ एमझिल्ली में आयन की गतिशीलता है,डी - झिल्ली की मोटाई,ए आर, टी और एफ ज्ञात थर्मोडायनामिक स्थिरांक। इस तरह से निर्धारित विभिन्न आयनों के लिए पारगम्यता मूल्यों का उपयोग झिल्ली क्षमता की गणना के लिए किया जा सकता हैएम जब पोटेशियम, सोडियम और क्लोराइड आयन एक साथ झिल्ली से गुजरते हैं (पारगम्यता पी के साथ)।के, पी ना और पी सीएल क्रमश)। यह माना जाता है कि क्षमता झिल्ली में समान रूप से गिरती है, ताकि क्षेत्र की ताकत स्थिर रहे। इस मामले में, यह लागू होता है गोल्डमैन समीकरण, या स्थिर क्षेत्र समीकरण :

इएम= आर टी/ एफ * एलएन(पी के + पी ना + पी सीएल )/ (पी के + पी ना + पी सीएल )(7)

अधिकांश कोशिका झिल्लियों के लिए पीक R से लगभग 30 गुना अधिकना (अनुभाग 1.3 भी देखें)। सापेक्ष मूल्यपीसीएल बहुत भिन्न होता है; कई झिल्लियों के लिएपीसीएल आर की तुलना में छोटाक , हालाँकि दूसरों के लिए (उदाहरण के लिए कंकाल की मांसपेशी में)पीसीएल , आर से बहुत अधिकक।

सक्रिय परिवहन, सोडियम पंप . पिछला अनुभाग आयनों के निष्क्रिय प्रसार और दिए गए इंट्रा- और बाह्य कोशिकीय आयन सांद्रता पर परिणामी झिल्ली क्षमता का वर्णन करता है। हालाँकि, इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, झिल्ली के बाद से कोशिका के अंदर आयनों की सांद्रता स्वचालित रूप से स्थिर नहीं होती है

क्षमता की तुलना में थोड़ा अधिक विद्युत ऋणात्मक हैई के, और ई की तुलना में बहुत अधिकना (लगभग +60 एमवी)। प्रसार के कारण, आयनों की अंतःकोशिकीय सांद्रता, कम से कम पोटेशियम और सोडियम, बाह्य कोशिकीय सांद्रता के बराबर होनी चाहिए। आयन प्रवणता की स्थिरता सक्रिय परिवहन के माध्यम से प्राप्त की जाती है: झिल्ली प्रोटीन विद्युत और (या) एकाग्रता प्रवणताओं के विरुद्ध झिल्ली में आयनों का परिवहन करते हैं, इसके लिए चयापचय ऊर्जा का उपभोग करते हैं। सक्रिय परिवहन की सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया कार्य हैना/क - एक पंप जो लगभग सभी कोशिकाओं में मौजूद होता है;

पंप सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर पंप करता है और साथ ही पोटेशियम आयनों को कोशिका में पंप करता है। यह सोडियम आयनों और उच्च पोटेशियम की कम इंट्रासेल्युलर सांद्रता सुनिश्चित करता है (तालिका 1.1)। झिल्ली पर सोडियम आयनों की सांद्रता प्रवणता में विद्युत आवेगों के रूप में सूचना के प्रसारण (धारा 2.2 देखें) के साथ-साथ अन्य सक्रिय परिवहन तंत्रों के रखरखाव और सेल वॉल्यूम विनियमन (नीचे देखें) से जुड़े विशिष्ट कार्य होते हैं। इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि सेल द्वारा खपत की गई ऊर्जा का 1/3 से अधिक Na / K पंप पर खर्च किया जाता है, और कुछ सबसे सक्रिय कोशिकाओं में 70% तक ऊर्जा इसके संचालन पर खर्च की जाती है।

Na/K परिवहन प्रोटीन एक ATPase है। झिल्ली की आंतरिक सतह पर, यह एटीपी को एडीपी और फॉस्फेट में विभाजित करता है (चित्र 1.6)। एक एटीपी अणु की ऊर्जा का उपयोग कोशिका से तीन सोडियम आयनों और एक साथ दो पोटेशियम आयनों को कोशिका में ले जाने के लिए किया जाता है, यानी कुल मिलाकर, एक चक्र में कोशिका से एक सकारात्मक चार्ज हटा दिया जाता है। इस प्रकार Na/K पंप है इलेक्ट्रोजेनिक(झिल्ली के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह बनाता है), जिससे झिल्ली क्षमता की इलेक्ट्रोनगेटिविटी में लगभग 10 एमवी की वृद्धि होती है। ट्रांसपोर्ट प्रोटीन इस ऑपरेशन को उच्च दर से करता है: प्रति सेकंड 150 से 600 सोडियम आयन तक। परिवहन प्रोटीन का अमीनो एसिड अनुक्रम ज्ञात है, लेकिन इस जटिल विनिमय परिवहन का तंत्र अभी तक स्पष्ट नहीं है। इस प्रक्रिया को प्रोटीन द्वारा सोडियम या पोटेशियम आयनों के स्थानांतरण की ऊर्जा प्रोफाइल का उपयोग करके वर्णित किया गया है (चित्र 1.5.5)। परिवहन प्रोटीन (एक प्रक्रिया जिसमें ऊर्जा की आवश्यकता होती है) की संरचना में निरंतर परिवर्तन से जुड़े इन प्रोफाइलों में परिवर्तन की प्रकृति से, कोई विनिमय की स्टोइकोमेट्री का न्याय कर सकता है: तीन सोडियम आयनों के लिए दो पोटेशियम आयनों का आदान-प्रदान किया जाता है।

Na/K-पंप, इंसुलेटेड जैसाना+ /K + -निर्भर झिल्ली ATPase, विशेष रूप से कार्डियक ग्लाइकोसाइड ouabain (स्ट्रॉफ़ैन्थिन) द्वारा बाधित। चूँकि Na/K पंप का संचालन एक बहु-चरण रासायनिक प्रतिक्रिया है, यह, सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तरह, तापमान पर अत्यधिक निर्भर है, जो

चावल। 1.6.Na/K-पंप-ATPase की योजना (प्लाज्मा झिल्ली के लिपिड बाईलेयर में डूबा हुआ), जो एक चक्र में संभावित और एकाग्रता ग्रेडिएंट के खिलाफ सेल से तीन Na + आयन लेता है और दो K आयनों को सेल में लाता है + . इस प्रक्रिया के दौरान, एक एटीपी अणु एडीपी और फॉस्फेट में विभाजित हो जाता है। आरेख में, ATPase को एक बड़े (कार्यात्मक) और एक छोटे सबयूनिट से युक्त डिमर के रूप में दिखाया गया है; झिल्ली में यह दो बड़ी और दो छोटी उपइकाइयों द्वारा निर्मित टेट्रामर के रूप में मौजूद होता है

अंजीर में दिखाया गया है। 1.7. यहां मांसपेशियों की कोशिकाओं से सोडियम आयनों का प्रवाह समय के विपरीत दिखाया गया है; यह व्यावहारिक रूप से Na/K पंप के संचालन द्वारा मध्यस्थ सोडियम आयनों के प्रवाह के बराबर है, क्योंकि एकाग्रता और संभावित ग्रेडिएंट के विरुद्ध सोडियम आयनों का निष्क्रिय प्रवाह बेहद छोटा है। यदि तैयारी को लगभग 18 डिग्री सेल्सियस तक ठंडा किया जाता है, तो सेल से सोडियम आयनों का प्रवाह तेजी से 15 गुना कम हो जाएगा, और गर्म करने के तुरंत बाद यह अपने मूल स्तर पर बहाल हो जाएगा। कोशिका से सोडियम आयनों के प्रवाह में ऐसी कमी उस कमी से कई गुना अधिक है जो प्रसार प्रक्रिया या एक साधारण रासायनिक प्रतिक्रिया की तापमान निर्भरता के अनुरूप होगी। इसी तरह का प्रभाव तब देखा जाता है जब डाइनिट्रोफेनोल (डीएनपी) विषाक्तता के परिणामस्वरूप चयापचय ऊर्जा समाप्त हो जाती है (चित्र 1.7.5)। इसलिए, कोशिका से सोडियम आयनों का प्रवाह एक ऊर्जा-निर्भर प्रतिक्रिया - एक सक्रिय पंप द्वारा प्रदान किया जाता है। पंप की एक अन्य विशेषता, महत्वपूर्ण तापमान और ऊर्जा निर्भरता के साथ, संतृप्ति स्तर की उपस्थिति है (जैसा कि अन्य सभी रासायनिक प्रतिक्रियाओं के साथ होता है); इसका मतलब यह है कि पंप की गति अनिश्चित काल तक नहीं बढ़ सकती क्योंकि परिवहनित आयनों की सांद्रता बढ़ती है (चित्र 1.8)। इसके विपरीत, निष्क्रिय रूप से फैलने वाले पदार्थ का प्रवाह प्रसार के नियम (समीकरण 1 और 2) के अनुसार एकाग्रता अंतर के अनुपात में बढ़ता है।

चावल। 1.7. ए, बी.ना सक्रिय परिवहन + . Y-अक्ष:सेल से रेडियोधर्मी 24 Na + का प्रवाह (imp./min)। भुज अक्ष:प्रयोग शुरू होने के बाद से समय. एक।सेल को 18.3°C से 0.5°C तक ठंडा किया जाता है; प्रवाहना+ इस अवधि के दौरान कोशिका का बाहर निकलना अवरुद्ध हो जाता है। बी। 0.2 mmol/l की सांद्रता पर डाइनिट्रोफेनोल (DNF) के साथ कोशिका से Na+ के प्रवाह का दमन (संशोधित)

Na/K पंप के अलावा, प्लाज्मा झिल्ली में कम से कम एक और पंप होता है - कैल्शियम;यह पंप कोशिका से कैल्शियम आयनों (Ca 2+) को बाहर निकालता है और उनकी अंतःकोशिकीय सांद्रता को अत्यंत निम्न स्तर पर बनाए रखने में शामिल होता है (तालिका 1.1)। कैल्शियम पंप मांसपेशियों की कोशिकाओं के सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम में बहुत उच्च घनत्व पर मौजूद होता है, जो एटीपी अणुओं के टूटने के परिणामस्वरूप कैल्शियम आयन जमा करता है (अध्याय 4 देखें)।

झिल्ली क्षमता और कोशिका आयतन पर Na/K पंप का प्रभाव . अंजीर पर. 1.9 झिल्ली धारा के विभिन्न घटकों को दर्शाता है और आयनों की अंतःकोशिकीय सांद्रता को दर्शाता है

चावल। 1.8.चैनल के माध्यम से प्रसार के दौरान या पंपिंग परिवहन के दौरान अणुओं के परिवहन की दर और उनकी एकाग्रता (चैनल में प्रवेश के बिंदु पर या पंप के बंधन के बिंदु पर) के बीच का अनुपात। उत्तरार्द्ध उच्च सांद्रता (अधिकतम दर) पर संतृप्त होता हैवीमैक्स ) अधिकतम पंप गति के आधे के अनुरूप भुज पर मान (वीमैक्स /2), संतुलन सांद्रता है को एम

चावल। 1.9.Na+ सांद्रता दर्शाने वाला आरेख , के+ औरसीएल- कोशिका के अंदर और बाहर और इन आयनों के कोशिका झिल्ली में प्रवेश करने के रास्ते (विशिष्ट आयन चैनलों के माध्यम से या Na/K पंप की मदद से। दिए गए एकाग्रता ग्रेडिएंट के साथ, संतुलन क्षमताई ना, ई के और ई सी एल - संकेतित, झिल्ली क्षमता के बराबर हैंएम = – 90 एमवी

उनका अस्तित्व सुनिश्चित करें. पोटेशियम आयनों का एक बाहरी प्रवाह पोटेशियम चैनलों के माध्यम से देखा जाता है, क्योंकि झिल्ली क्षमता पोटेशियम आयनों के लिए संतुलन क्षमता की तुलना में कुछ हद तक अधिक इलेक्ट्रोपोसिटिव है। सोडियम चैनलों की कुल चालकता पोटेशियम चैनलों की तुलना में बहुत कम है; विश्राम क्षमता पर सोडियम चैनल पोटेशियम चैनलों की तुलना में बहुत कम बार खुले होते हैं; हालाँकि, लगभग उतनी ही संख्या में सोडियम आयन कोशिका में प्रवेश करते हैं जितनी पोटेशियम आयन इसे छोड़ते हैं, क्योंकि कोशिका में सोडियम आयनों के प्रसार के लिए बड़ी सांद्रता और संभावित ग्रेडिएंट की आवश्यकता होती है। Na/K पंप निष्क्रिय प्रसार धाराओं के लिए आदर्श मुआवजा प्रदान करता है, क्योंकि यह सोडियम आयनों को कोशिका से बाहर और पोटेशियम आयनों को उसमें स्थानांतरित करता है। इस प्रकार, सेल के अंदर और बाहर स्थानांतरित होने वाले आवेशों की संख्या में अंतर के कारण पंप इलेक्ट्रोजेनिक है, जो अपने संचालन की सामान्य गति पर लगभग 10 की झिल्ली क्षमता बनाता है। एमवी अकेले निष्क्रिय आयन धाराओं द्वारा उत्पन्न होने की तुलना में अधिक विद्युत ऋणात्मक है (समीकरण 7 देखें)। परिणामस्वरूप, झिल्ली क्षमता पोटेशियम संतुलन क्षमता के करीब पहुंच जाती है, जिससे पोटेशियम आयनों का रिसाव कम हो जाता है। ना गतिविधि/K-पंप को सोडियम आयनों की इंट्रासेल्युलर सांद्रता द्वारा नियंत्रित किया जाता है। पंप की गति धीमी हो जाती है क्योंकि कोशिका से निकाले जाने वाले सोडियम आयनों की सांद्रता कम हो जाती है (चित्र 1.8), जिससे पंप का संचालन और कोशिका में सोडियम आयनों का प्रवाह एक दूसरे को संतुलित करता है, जिससे इंट्रासेल्युलर सांद्रता बनी रहती है। लगभग 10 mmol/l के स्तर पर सोडियम आयन।

पंपिंग और निष्क्रिय झिल्ली धाराओं के बीच संतुलन बनाए रखने के लिए, पोटेशियम और सोडियम आयनों के लिए चैनल प्रोटीन की तुलना में कई अधिक Na/K-पंप अणुओं की आवश्यकता होती है। जब चैनल खुला होता है, तो कुछ मिलीसेकंड में हजारों आयन इससे गुजरते हैं (ऊपर देखें), और चूंकि चैनल आमतौर पर प्रति सेकंड कई बार खोला जाता है, इस दौरान कुल मिलाकर 10 5 से अधिक आयन इससे गुजरते हैं। एक एकल पंप प्रोटीन प्रति सेकंड कई सौ सोडियम आयनों को स्थानांतरित करता है, इसलिए प्लाज्मा झिल्ली में चैनल अणुओं की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक पंप अणु होने चाहिए। विश्राम के समय चैनल धाराओं के मापन से प्रति 1 µm 2 झिल्ली में औसतन एक पोटेशियम और एक सोडियम खुला चैनल दिखाई दिया; इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि लगभग 1000 Na/K पंप अणु एक ही स्थान में मौजूद होने चाहिए, यानी। उनके बीच की दूरी औसतन 34 एनएम है; चैनल प्रोटीन के रूप में पंपिंग प्रोटीन का व्यास 8-10 एनएम है। इस प्रकार, झिल्ली पंपिंग अणुओं से पर्याप्त रूप से सघन रूप से संतृप्त होती है

तथ्य यह है कि कोशिका में सोडियम आयनों और कोशिका से बाहर पोटेशियम आयनों के प्रवाह की भरपाई पंप के संचालन से होती है, इसका एक और परिणाम होता है, जिसमें एक स्थिर आसमाटिक दबाव बनाए रखना शामिल होता है और स्थिर मात्रा.कोशिका के अंदर बड़े आयनों, मुख्य रूप से प्रोटीन (ए - तालिका 1.1 में) की उच्च सांद्रता होती है, जो झिल्ली में प्रवेश करने में सक्षम नहीं होते हैं (या इसे बहुत धीरे से भेदते हैं) और इसलिए कोशिका के अंदर एक निश्चित घटक होते हैं। इन आयनों के आवेश को संतुलित करने के लिए समान संख्या में धनायनों की आवश्यकता होती है। Na/K पंप की क्रिया के कारण, ये धनायन मुख्य रूप से पोटेशियम आयन होते हैं। आयनों की इंट्रासेल्युलर सांद्रता में उल्लेखनीय वृद्धि केवल C1 के प्रवाह के कारण आयनों की सांद्रता में वृद्धि के साथ हो सकती है - कोशिका में सांद्रता प्रवणता के साथ (तालिका 1.1), लेकिन झिल्ली क्षमता इसका प्रतिकार करती है। आने वाली धारासीएल- केवल तब तक मनाया जाता है जब तक क्लोराइड आयनों के लिए संतुलन क्षमता नहीं पहुंच जाती; यह तब देखा जाता है जब क्लोराइड आयन ग्रेडिएंट पोटेशियम आयन ग्रेडिएंट के लगभग विपरीत होता है, क्योंकि क्लोराइड आयन नकारात्मक रूप से चार्ज होते हैं (समीकरण 4)। इस प्रकार, क्लोराइड आयनों की एक कम इंट्रासेल्युलर सांद्रता स्थापित की जाती है, जो पोटेशियम आयनों की कम बाह्यकोशिकीय सांद्रता के अनुरूप होती है। परिणामस्वरुप कोशिका में आयनों की कुल संख्या सीमित हो जाती है। यदि Na/K पंप अवरुद्ध होने पर झिल्ली क्षमता कम हो जाती है, उदाहरण के लिए, एनोक्सिया के दौरान, तो क्लोराइड आयनों के लिए संतुलन क्षमता कम हो जाती है, और क्लोराइड आयनों की इंट्रासेल्युलर सांद्रता तदनुसार बढ़ जाती है। आवेशों के संतुलन को बहाल करते हुए, पोटेशियम आयन भी कोशिका में प्रवेश करते हैं; कोशिका में आयनों की कुल सांद्रता बढ़ जाती है, जिससे आसमाटिक दबाव बढ़ जाता है; यह पानी को कोशिका में प्रवेश करने के लिए बाध्य करता है। कोशिका सूज जाती है। यह सूजन देखी जाती हैविवो में ऊर्जा की कमी की स्थिति में.

कम और अधिक घनत्व के बीच में एक घुले हुए पदार्थ का जमाव ना + झिल्ली परिवहन के लिए एक प्रेरक शक्ति के रूप में . कोशिका के लिए Na/K-पंप का महत्व झिल्ली में सामान्य K+ और Na+ ग्रेडिएंट के स्थिरीकरण तक सीमित नहीं है। झिल्ली प्रवणता में संग्रहीत ऊर्जाना+ , अक्सर अन्य पदार्थों के लिए झिल्ली परिवहन प्रदान करने के लिए उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, अंजीर में। 1.10 "समर्थन" दिखाता हैना+ और कोशिका में शर्करा के अणु। झिल्ली परिवहन प्रोटीन सांद्रण प्रवणता के विरुद्ध भी शर्करा अणु को कोशिका में ले जाता है, जबकि Na+ सांद्रण और संभावित प्रवणता के साथ चलता है, जिससे ऊर्जा मिलती है शर्करा का परिवहन.शर्करा का ऐसा परिवहन पूरी तरह से उच्च ढाल के अस्तित्व पर निर्भर करता हैना+ ; अगर इंट्रासेल्युलर एकाग्रताना+ काफी बढ़ जाता है, फिर शर्करा का परिवहन रुक जाता है। विभिन्न के लिएसी अखारोव, विभिन्न सहानुभूति प्रणालियाँ हैं। अमीनो एसिड का परिवहनपरिवहन के समान पिंजरे मेंसी अखारोव को चित्र में दिखाया गया है। 1.10; यह ग्रेडिएंट द्वारा भी प्रदान किया जाता हैना+ , कम से कम पांच अलग-अलग सिम्पोर्ट सिस्टम हैं, जिनमें से प्रत्येक संबंधित अमीनो एसिड के एक समूह के लिए विशिष्ट है।

सिम्पपोर्ट सिस्टम के अलावा, वहाँ भी हैं "एंटीपोर्ट"।उनमें से एक, उदाहरण के लिए, आने वाले तीन सोडियम आयनों के बदले में एक चक्र में एक कैल्शियम आयन को कोशिका से बाहर स्थानांतरित करता है (चित्र 1.10)। के लिए ऊर्जा परिवहन सीए 2+सांद्रण और संभावित प्रवणता के साथ तीन सोडियम आयनों के प्रवेश के कारण बनता है। यह ऊर्जा उच्च कैल्शियम आयन ग्रेडिएंट (कोशिका के अंदर 10-7 mol/l से कम से लेकर कोशिका के बाहर लगभग 2 mmol/l तक) बनाए रखने के लिए पर्याप्त है (विश्राम क्षमता पर)।

एंडो- और एक्सोसाइटोसिस . कुछ पदार्थों के लिए जो कोशिका में प्रवेश करते हैं या निकाले जाने चाहिए

चावल। 1.10.झिल्ली के लिपिड बाइलेयर में एम्बेडेड प्रोटीन कोशिका में ग्लूकोज और Na + के आयात में मध्यस्थता करते हैं, साथ ही Ca2+/Na+ -एंटीपोर्ट, जिसमें प्रेरक शक्ति कोशिका झिल्ली पर Na+ की प्रवणता होती है

इससे कोई परिवहन चैनल नहीं हैं; ऐसे पदार्थों में शामिल हैं, उदाहरण के लिए, प्रोटीन और कोलेस्ट्रॉल। वे प्लाज्मा झिल्ली से होकर गुजर सकते हैं पुटिकाओंया बुलबुले,एंडो- और एक्सोसाइटोसिस द्वारा। अंजीर पर. 1.11 इन प्रक्रियाओं के मुख्य तंत्र को दर्शाता है। एक्सोसाइटोसिस के दौरान, कुछ अंगक (नीचे देखें) एक ऐसे पदार्थ से भरे पुटिकाओं का निर्माण करते हैं जिन्हें कोशिका से निकालने की आवश्यकता होती है, जैसे हार्मोन या बाह्य कोशिकीय एंजाइम। जब ऐसे पुटिकाएं प्लाज्मा झिल्ली तक पहुंचती हैं, तो उनकी लिपिड झिल्ली इसके साथ विलीन हो जाती है, जिससे सामग्री बाहरी वातावरण में बच जाती है। विपरीत प्रक्रिया, एन्डोसाइटोसिस में, प्लाज्मा झिल्ली आक्रमण करती है, जिससे एक गड्ढा बनता है, जो फिर गहरा होता है और बंद हो जाता है, जिससे बाह्य कोशिकीय द्रव और कुछ मैक्रोमोलेक्यूल्स से भरा एक इंट्रासेल्युलर पुटिका बनता है। इस झिल्ली संलयन और पुटिका के बंद होने को सुनिश्चित करने के लिए, साइटोस्केलेटन के संकुचनशील तत्व स्वयं झिल्ली के साथ मिलकर कार्य करते हैं (नीचे देखें)। एन्डोसाइटोसिस में हमेशा बाह्यकोशिकीय माध्यम को कोशिका में कैद करना शामिल नहीं होता है। कोशिका झिल्ली में, अक्सर विशेष समूहों में व्यवस्थित, इंसुलिन या एंटीजन जैसे मैक्रोमोलेक्यूल्स के लिए विशिष्ट रिसेप्टर्स होते हैं। इन मैक्रोमोलेक्यूल्स के अपने रिसेप्टर्स से बंधने के बाद, रिसेप्टर के आसपास के झिल्ली क्षेत्र में एंडोसाइटोसिस होता है, और मैक्रोमोलेक्यूल्स को चुनिंदा रूप से कोशिका में ले जाया जाता है (चित्र 1.12, बी)।

एंडो- और एक्सोसाइटोसिस कोशिकाओं में लगातार होते रहते हैं। परिसंचारी झिल्ली सामग्री की मात्रा महत्वपूर्ण है; 1 घंटे के भीतर, मैक्रोफेज अपने साइटोप्लाज्मिक झिल्ली के सतह क्षेत्र से दोगुना पुटिकाओं के रूप में अवशोषित हो जाता है। अधिकांश कोशिकाओं में, झिल्ली सामग्री का कारोबार इतना गहन नहीं है, लेकिन फिर भी महत्वपूर्ण होना चाहिए।

चावल। 1.11.एक्सोसाइटोसिस और एंडोसाइटोसिस। ऊपर:अंतःकोशिकीय पुटिका प्लाज्मा झिल्ली के लिपिड बाइलेयर के साथ विलीन हो जाती है और बाह्यकोशिकीय स्थान में खुलती है। इस प्रक्रिया को एक्सोसाइटोसिस कहा जाता है। तल पर:प्लाज़्मा झिल्ली एक छोटे से क्षेत्र में आक्रमण करती है और बाह्य कोशिकीय सामग्री से भरे पुटिका को खोल देती है। इस प्रक्रिया को एन्डोसाइटोसिस कहा जाता है।

1.3. कोशिका के भीतर पदार्थों का परिवहन

एंडो- और एक्सोसाइटोसिस न केवल कोशिका झिल्ली के माध्यम से पदार्थों के परिवहन की प्रक्रियाएं हैं, बल्कि झिल्ली विनिमय की प्रक्रियाएं भी हैं - कोशिका के संरचनात्मक घटक। इस खंड में विचार का विषय कोशिका और उसके अंगों में अन्य समान परिवहन प्रक्रियाएं हैं।

चावल। 1.12. ए-बी.एक्सो-और एन्डोसाइटोसिस सहित प्रक्रियाओं की योजना। एक।दानेदार एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में संश्लेषित प्रोटीन को गोल्गी तंत्र के माध्यम से प्लाज्मा झिल्ली में ले जाया जाता है, जहां इसे एक्सोसाइटोसिस द्वारा स्रावित किया जाता है। बी।एलडीएल (कम घनत्व वाले लिपोप्रोटीन) कणों से बंधा कोलेस्ट्रॉल प्लाज्मा झिल्ली से जुड़ जाता है, झिल्ली के इस क्षेत्र में एक एंडोसाइटिक पुटिका के गठन को प्रेरित करता है, और लाइसोसोम में ले जाया जाता है, जहां इसे जारी किया जाता है। में।एंडोसाइटोसिस के दौरान कैप्चर की गई बाह्यकोशिकीय सामग्री (चित्र में)। दायी ओर),पुटिकाओं, या पुटिकाओं में कोशिका के माध्यम से परिवहन किया जाता है, और एक्सोसाइटोसिस के माध्यम से जारी किया जाता है (चित्र में) बाएं)

प्रसार . स्वाभाविक रूप से, साइटोसोल में सांद्रता में अंतर प्रसार द्वारा समाप्त हो जाता है; ऑर्गेनेल में निहित तरल पदार्थों के लिए भी यही सच है। घुले हुए प्रोटीन की उच्च सांद्रता के कारण, यहाँ प्रसार पानी की तुलना में बहुत धीमा है। लिपिड झिल्ली - कोशिका के चारों ओर और कोशिकांगों के भीतर - द्वि-आयामी तरल पदार्थ हैं जिनमें प्रसार होता है। झिल्ली की द्विपरत में लिपिड अपनी परत के भीतर फैलते हैं, शायद ही कभी एक से दूसरे में जाते हैं। उनमें डूबे प्रोटीन भी काफी गतिशील होते हैं; वे झिल्ली के लंबवत एक अक्ष के चारों ओर घूमते हैं या बहुत भिन्न प्रसार स्थिरांक के साथ पार्श्व में फैलते हैं, फॉस्फोलिपिड्स की तुलना में 2-10,000 गुना धीमी गति से। इसलिए, यदि कुछ प्रोटीन लिपिड परत में स्वतंत्र रूप से और लिपिड अणुओं के समान गति से चलते हैं, तो अन्य स्थिर हो जाते हैं, यानी। साइटोस्केलेटन के साथ काफी मजबूती से जुड़ा हुआ है। झिल्ली में विशिष्ट प्रोटीन के "स्थायी" समुच्चय होते हैं, जैसे तंत्रिका कोशिकाओं की पूर्व और पोस्टसिनेप्टिक संरचनाएं। स्वतंत्र रूप से घूमने वाले प्रोटीन को फ्लोरोसेंट रंगों से बांधकर प्रदर्शित किया जा सकता है, जो छोटी चमक के साथ झिल्ली के एक छोटे से क्षेत्र को रोशन करके चमकने के लिए प्रेरित होते हैं। ऐसे प्रयोगों से पता चलता है कि 1 मिनट से भी कम समय में डाई से बंधे प्रोटीन झिल्ली पर 10 माइक्रोन तक की दूरी पर समान रूप से वितरित हो जाते हैं।

ऑर्गेनेल झिल्लियों में सक्रिय परिवहन .

सक्रिय परिवहन की प्रक्रियाएँ, जो प्लाज़्मा झिल्ली के कामकाज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं, कोशिका के अंदर, ऑर्गेनेल की झिल्लियों में भी होती हैं। विभिन्न अंगों की विशिष्ट सामग्री आंशिक रूप से आंतरिक संश्लेषण द्वारा और आंशिक रूप से साइटोसोल से सक्रिय परिवहन द्वारा बनाई जाती है। उत्तरार्द्ध का एक उदाहरण मांसपेशी कोशिकाओं के सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम में ऊपर वर्णित सीए 2+ पंप है। यह विशेष रूप से दिलचस्प है कि माइटोकॉन्ड्रिया में एटीपी संश्लेषण के मामले में, प्लाज्मा झिल्ली के एटीपीस पंपों में जो होता है, उसके विपरीत सिद्धांत लागू होता है (चित्र 1.6)। एटीपी संश्लेषण के दौरान, ऑक्सीडेटिव चयापचय एक तीव्र ढाल के गठन की ओर जाता हैएच+ भीतरी झिल्लियों पर. यह ढाल अणुओं के सक्रिय परिवहन के रिवर्स पंप चक्र के लिए प्रेरक शक्ति है: एच + आयन ढाल के साथ झिल्ली के माध्यम से चलते हैं, और इसके परिणामस्वरूप जारी ऊर्जा एडीपी और फॉस्फेट से एटीपी के संश्लेषण को सुनिश्चित करती है। परिणामी एटीपी, बदले में, सक्रिय परिवहन सहित कोशिका को ऊर्जा प्रदान करता है।

पुटिकाओं में परिवहन . कोशिका में बड़ी संख्या में अंगक और संबद्ध पुटिकाएं होती हैं (चित्र 1.1)। ये अंगक, और विशेष रूप से पुटिकाएं, निरंतर गति में हैं, अपनी सामग्री को अन्य अंगकों या प्लाज्मा झिल्ली तक पहुंचाते हैं। वेसिकल्स कोशिका झिल्ली से ऑर्गेनेल की ओर भी स्थानांतरित हो सकते हैं, जैसे एन्डोसाइटोसिस में।

प्रक्रिया प्रोटीन स्रावअंजीर में दिखाया गया है। 1.12 एक।प्रोटीन को एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (तथाकथित दानेदार, या खुरदरा, एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम) से जुड़े राइबोसोम पर कोशिका नाभिक के पास संश्लेषित किया जाता है; एक बार एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में, प्रोटीन को परिवहन पुटिकाओं में पैक किया जाता है, जो ऑर्गेनेल से अलग हो जाते हैं और गोल्गी तंत्र में स्थानांतरित हो जाते हैं। यहां वे गोल्गी तंत्र के टैंकों में विलीन हो जाते हैं, जहां प्रोटीन को संशोधित किया जाता है (यानी, ग्लाइकोप्रोटीन में परिवर्तित किया जाता है)। कुंडों के सिरों पर, पुटिकाएं फिर से अलग हो जाती हैं। संशोधित प्रोटीन ले जाने वाले स्रावी पुटिकाएं प्लाज्मा झिल्ली की ओर बढ़ती हैं और एक्सोसाइटोसिस द्वारा अपनी सामग्री को छोड़ती हैं।

सेल में परिवहन पथ का एक और उदाहरण चित्र में दिखाया गया है। 1.12, बी; कोशिका द्वारा कोलेस्ट्रॉल का अवशोषण है। रक्त में पहुँचाया जाने वाला कोलेस्ट्रॉल मुख्य रूप से कणों जैसे प्रोटीन से जुड़ा होता है "निम्न घनत्व लिपोप्रोटीन"(एलएनपी)। ये कण झिल्ली पर विशिष्ट एलडीएल रिसेप्टर साइटों से जुड़ते हैं जहां एंडोसाइटोसिस होता है और एलडीएल को "लेपित" पुटिकाओं में कोशिका में ले जाया जाता है। ये पुटिकाएं मिलकर एंडोसोम बनाती हैं और इस प्रक्रिया के दौरान अपनी 'रिंगिंग' खो देती हैं। बदले में एंडोसोम मुख्य रूप से हाइड्रोलाइटिक एंजाइम वाले प्राथमिक लाइसोसोम के साथ मिलकर द्वितीयक, बड़े लाइसोसोम बनाते हैं। उनमें, कोलेस्ट्रॉल एलडीएल कणों से निकलता है और साइटोसोल में फैल जाता है, जहां यह उपलब्ध हो जाता है, उदाहरण के लिए, लिपिड झिल्ली के संश्लेषण के लिए। जिन पुटिकाओं में एलडीएल नहीं होता है उन्हें एंडोसोम से भी अलग किया जाता है, जो एक विशेष तरीके से प्लाज्मा झिल्ली में जाते हैं और इसके साथ विलय करते हैं, झिल्ली सामग्री और संभवतः एलडीएल रिसेप्टर्स को वापस लौटाते हैं। जिस क्षण से एलडीएल कण झिल्ली से जुड़ता है, तब तक 10-15 मिनट बीत जाते हैं जब तक कि कोलेस्ट्रॉल द्वितीयक लाइसोसोम से मुक्त नहीं हो जाता। एलडीएल के बंधन और अवशोषण में कमी, यानी कोशिका को कोलेस्ट्रॉल की आपूर्ति में कमी, एक गंभीर और व्यापक बीमारी, एथेरोस्क्लेरोसिस (धमनियों का "सख्त होना") के विकास में निर्णायक भूमिका निभाती है।

चित्र में दिखाए गए मार्गों के समान कई अन्य परिवहन मार्ग हैं। 1.11 और 1.12,ए, जिसकी सहायता से कोशिका में विशिष्ट पुटिकाएँ गति करती हैं। यह ठीक से ज्ञात नहीं है कि वे कैसे चलते हैं, लेकिन संभवतः साइटोस्केलेटन के तत्व इस प्रक्रिया में शामिल होते हैं। पुटिकाएं सूक्ष्मनलिकाएं के साथ सरक सकती हैं, ऐसी स्थिति में गति के लिए ऊर्जा पुटिका से जुड़े प्रोटीन, एटीपीस (नीचे देखें) द्वारा प्रदान की जाती है। यह पूरी तरह से समझ से परे है कि कितने अलग-अलग पुटिकाएँ, सभी दिशाओं में एक के बाद एक चलते हुए, अपने गंतव्य तक पहुँचती हैं। उन्हें स्पष्ट रूप से इस तरह से "चिह्नित" करने की आवश्यकता है कि इसे परिवहन प्रणाली द्वारा पहचाना जाए और उद्देश्यपूर्ण आंदोलन में परिवर्तित किया जाए।

अंगकों के निर्माण और विनाश द्वारा परिवहन . अब तक, हमने एंडो- और एक्सोसाइटोसिस को पुटिकाओं की सामग्री के परिवहन की प्रक्रिया के रूप में माना है। इन प्रक्रियाओं का एक और पहलू है, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि एंडोसाइटोसिस द्वारा कोशिका की सतह के एक क्षेत्र में प्लाज्मा झिल्ली का निर्देशित निष्कासन और, इसके विपरीत, एक्सोसाइटोसिस द्वारा इसे दूसरे में जोड़ना, महत्वपूर्ण वर्गों को स्थानांतरित करता है। झिल्ली (चित्र 1.12.ई), उदाहरण के लिए, कोशिका को एक वृद्धि बनाने या स्थानांतरित होने का अवसर देती है।

इसी तरह की पुनर्व्यवस्थाएं साइटोस्केलेटन के लिए भी विशिष्ट हैं, विशेष रूप से माइक्रोफिलामेंट्स और सूक्ष्मनलिकाएं (चित्र 1.1) के लिए। माइक्रोफिलामेंट्समुख्य रूप से शामिल हैं एफ-एक्टिन प्रोटीनजो साइटोसोल से मोनोमर के पोलीमराइजेशन के परिणामस्वरूप रेशेदार बंडलों में एकत्रित होने में सक्षम है। बंडल ध्रुवीकृत होते हैं, यानी वे अक्सर केवल एक छोर से बढ़ते हैं, नए एक्टिन अणुओं को जमा करते हैं, जबकि दूसरा छोर निष्क्रिय होता है या यहां विघटन होता है। इस ध्रुवीकृत वृद्धि के कारण, माइक्रोफ़िलामेंट कुशलतापूर्वक चलते हैं और उनके नेटवर्क की संरचना बदल सकती है। एक्टिन का डिपॉलीमराइज़्ड अवस्था (सोल) से संगठित अवस्था (जेल) में संक्रमण अन्य प्रोटीन के प्रभाव या आयन सांद्रता में परिवर्तन (नीचे देखें) के तहत बहुत जल्दी हो सकता है। ऐसे प्रोटीन भी होते हैं जो एक्टिन फिलामेंट्स को छोटे-छोटे टुकड़ों में तोड़ने का कारण बनते हैं। कई कोशिकाओं की पतली वृद्धि - फ़िलाओपोडिया - में एक्टिन का एक केंद्रीय बंडल होता है (चित्र 1.1), और फ़िलोपोडिया की विभिन्न गतिविधियाँ संभवतः एक्टिन संक्रमण के कारण होती हैं: पोलीमराइज़ेशन - डीपोलीमराइज़ेशन।

सूक्ष्मनलिकाएंभी अक्सर इसी तरह की हरकतों से गुजरते हैं। इन आंदोलनों का तंत्र समान है - साइटोसोल से ट्यूबुलिन का पोलीमराइजेशन इस तरह से होता है कि सूक्ष्मनलिका का एक सिरा बढ़ता है, जबकि दूसरा या तो नहीं बदलता है, या वहां डिस्सेप्लर होता है। इस प्रकार, सूक्ष्मनलिकाएं, सामग्री को उचित रूप से जोड़ने या हटाने से, साइटोसोल के माध्यम से आगे बढ़ सकती हैं।

साइटोस्केलेटन की सक्रिय गतिविधियां . साइटोस्केलेटल संरचनाओं में परिवर्तन ऊपर वर्णित सक्रिय आंदोलनों और पुनर्व्यवस्था दोनों के परिणामस्वरूप हो सकता है। कई मामलों में, सूक्ष्मनलिकाएं और एक्टिन फिलामेंट्स की गति संकुचनशील प्रोटीन द्वारा संचालित होती है जो फिलामेंट्स या नलिकाओं को बांधती है और उन्हें एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित कर सकती है। गिलहरी मायोसिन और डायनेइनसभी कोशिकाओं के साइटोसोल में अपेक्षाकृत उच्च सांद्रता में मौजूद; वे ऐसे तत्व हैं जो ऊर्जा को विशेष कोशिकाओं (मांसपेशियों) और ऑर्गेनेल (सिलिया) में गति में परिवर्तित करते हैं। मांसपेशी कोशिकाओं में, मायोसिन एक्टिन फिलामेंट्स के समानांतर उन्मुख मोटे फिलामेंट्स बनाता है। मायोसिन अणु, अपने "सिर" के साथ, एक्टिन फिलामेंट से जुड़ जाता है और, एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करके, एक्टिन अणु के साथ मायोसिन को विस्थापित करता है।मायोसिन फिर एक्टिन से अलग हो जाता है। ऐसे कई कनेक्शन-डिस्कनेक्ट चक्रों का सेट एक मैक्रोस्कोपिक की ओर ले जाता है मांसपेशीय तंतुओं का संकुचन(अध्याय 4). डायनेइन सिलिया ऑपरेशन के दौरान सूक्ष्मनलिकाएं की गति में समान भूमिका निभाता है (चित्र 1.1)। अविशिष्ट कोशिकाओं के साइटोप्लाज्म में, मायोसिन और डायनेइन नियमित फाइबर नहीं बनाते हैं, लेकिन ज्यादातर मामलों में अणुओं के छोटे समूह बनाते हैं। ऐसे छोटे समुच्चय के रूप में भी, वे एक्टिन फिलामेंट्स या सूक्ष्मनलिकाएं को स्थानांतरित करने में सक्षम हैं। चावल। 1.13 इस प्रक्रिया को दर्शाता है जब विपरीत ध्रुवीकृत मायोसिन अणु भी अलग-अलग दिशाओं में ध्रुवीकृत दो एक्टिन फिलामेंट्स से जुड़े होते हैं। मायोसिन के प्रमुख समूह अणु की पूंछ की ओर झुकते हैं, एटीपी का उपभोग करते हैं, और दो एक्टिन फिलामेंट विपरीत दिशा में स्थानांतरित हो जाते हैं, जिसके बाद मायोसिन उनसे अलग हो जाता है। इस प्रकार के आंदोलन, जिसके दौरान एटीपी की ऊर्जा यांत्रिक कार्य में परिवर्तित हो जाती है, साइटोस्केलेटन के आकार को बदल सकती है और, परिणामस्वरूप, कोशिकाएं, साथ ही साइटोस्केलेटन से जुड़े ऑर्गेनेल का परिवहन प्रदान करती हैं।

अक्षतंतु परिवहन

इंट्रासेल्युलर परिवहन की प्रक्रियाओं को तंत्रिका कोशिका के अक्षतंतु पर सबसे स्पष्ट रूप से प्रदर्शित किया जा सकता है। अक्षतंतु परिवहनउन घटनाओं को दर्शाने के लिए यहां विस्तार से चर्चा की गई है जो संभवतः अधिकांश कोशिकाओं में समान तरीके से घटित होती हैं। एक अक्षतंतु जिसका व्यास केवल कुछ माइक्रोन है, एक मीटर या उससे अधिक लंबा हो सकता है, और प्रोटीन को नाभिक से अक्षतंतु के दूरस्थ सिरे तक प्रसार द्वारा स्थानांतरित होने में कई साल लगेंगे। यह लंबे समय से ज्ञात है कि जब अक्षतंतु का कोई भी भाग संकुचन से गुजरता है, तो अक्षतंतु का समीपस्थ भाग फैलता है। ऐसा लगता है जैसे अक्षतंतु में केन्द्रापसारक प्रवाह अवरुद्ध हो गया है। ऐसा प्रवाह-तेज अक्षतंतु परिवहन कर सकते हैंरेडियोधर्मी मार्करों की गति द्वारा प्रदर्शित किया जा सकता है, जैसा कि चित्र में दिखाए गए प्रयोग में है। 1.14. रेडियोधर्मी रूप से लेबल किए गए ल्यूसीन को पृष्ठीय जड़ नाड़ीग्रन्थि में इंजेक्ट किया गया था, और फिर, दूसरे से 10वें घंटे तक, रेडियोधर्मिता को न्यूरॉन निकायों से 166 मिमी की दूरी पर कटिस्नायुशूल तंत्रिका में मापा गया था। 10 घंटों तक, इंजेक्शन स्थल पर रेडियोधर्मिता के चरम में कोई खास बदलाव नहीं आया। लेकिन रेडियोधर्मिता की तरंग अक्षतंतु के साथ लगभग 34 मिमी प्रति 2 घंटे, या 410 मिमी/दिन की निरंतर गति से फैलती है। यह दिखाया गया है कि होमियोथर्मिक जानवरों के सभी न्यूरॉन्स में, तेज अक्षतंतु परिवहन एक ही दर पर होता है, और पतले, अनमाइलिनेटेड फाइबर और सबसे मोटे अक्षतंतु के साथ-साथ मोटर और संवेदी फाइबर के बीच कोई ध्यान देने योग्य अंतर नहीं होता है। रेडियोधर्मी मार्कर का प्रकार भी तेज़ एक्सोनल परिवहन की दर को प्रभावित नहीं करता है; विभिन्न रेडियोधर्मी पदार्थ मार्कर के रूप में काम कर सकते हैं।

चावल। 1.13.एक निश्चित अभिविन्यास वाला एक गैर-मांसपेशी मायोसिन कॉम्प्लेक्स विभिन्न ध्रुवता के एक्टिन फिलामेंट्स से बंध सकता है और, एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करके, उन्हें एक दूसरे के सापेक्ष स्थानांतरित कर सकता है।

अणु, जैसे कि विभिन्न अमीनो एसिड, जो न्यूरॉन के शरीर के प्रोटीन में शामिल होते हैं। यदि हम यहां पहुंचाई गई रेडियोधर्मिता के वाहकों की प्रकृति निर्धारित करने के लिए तंत्रिका के परिधीय भाग का विश्लेषण करते हैं, तो ऐसे वाहक मुख्य रूप से प्रोटीन अंश में पाए जाते हैं, लेकिन मध्यस्थों और मुक्त अमीनो एसिड की संरचना में भी पाए जाते हैं। यह जानते हुए कि इन पदार्थों के गुण अलग-अलग हैं और विशेष रूप से उनके अणुओं के आकार अलग-अलग हैं, हम उन सभी के लिए सामान्य परिवहन तंत्र द्वारा ही परिवहन की निरंतर दर की व्याख्या कर सकते हैं।

ऊपर वर्णित है तेज़ अक्षतंतु परिवहनहै अग्रगामीयानी कोशिका शरीर से दूर निर्देशित। यह दिखाया गया है कि कुछ पदार्थ किसकी सहायता से परिधि से कोशिका शरीर की ओर बढ़ते हैं प्रतिगामी परिवहन.उदाहरण के लिए, एसिटाइलकोलिनेस्टरेज़ को इस दिशा में तेज़ एक्सोनल परिवहन की दर से दो गुना कम दर पर ले जाया जाता है। न्यूरोएनाटॉमी में अक्सर इस्तेमाल किया जाने वाला मार्कर-हॉर्सरैडिश पेरोक्सीडेज- भी प्रतिगामी गति से चलता है। प्रतिगामी परिवहन संभवतः कोशिका शरीर में प्रोटीन संश्लेषण के नियमन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। अक्षतंतु संक्रमण के कुछ दिनों बाद, कोशिका शरीर में क्रोमैटोलिसिस देखा जाता है, जो प्रोटीन संश्लेषण के उल्लंघन का संकेत देता है। क्रोमैटोलिसिस के लिए आवश्यक समय अक्षतंतु संक्रमण के स्थल से कोशिका शरीर तक प्रतिगामी परिवहन की अवधि से संबंधित होता है। ऐसा परिणाम इस उल्लंघन के लिए एक स्पष्टीकरण भी सुझाता है - प्रोटीन संश्लेषण को नियंत्रित करने वाले "सिग्नल पदार्थ" की परिधि से संचरण बाधित होता है। जाहिर है, मुख्य "वाहन" का उपयोग तेजी से एक्सोनल के लिए किया जाता है

चावल। 1.14.एक बिल्ली की कटिस्नायुशूल तंत्रिका के संवेदी तंतुओं में तीव्र अक्षतंतु परिवहन को प्रदर्शित करने वाला एक प्रयोग। ट्रिटियम-लेबल ल्यूसीन को पृष्ठीय जड़ नाड़ीग्रन्थि में इंजेक्ट किया जाता है और नाड़ीग्रन्थि और संवेदी तंतुओं में रेडियोधर्मिता इंजेक्शन के 2, 4, 6, 8 और 10 घंटे बाद मापी जाती है। (चित्रा के नीचे).द्वारा सूच्याकार आकृति का भुजनाड़ीग्रन्थि से कटिस्नायुशूल तंत्रिका के वर्गों तक की दूरी, जहां माप किया जाता है, स्थगित कर दी जाती है। y-अक्ष पर, केवल ऊपरी और निचले वक्रों के लिए, रेडियोधर्मिता (imp./min) को लघुगणकीय पैमाने पर प्लॉट किया जाता है। बढ़ी हुई रेडियोधर्मिता की "लहर"। (तीर) 410 मिमी/दिन की गति से चलती है (द्वारा)

परिवहन हैं वेसिकल्स (वेसिकल्स) और ऑर्गेनेल,जैसे कि माइटोकॉन्ड्रिया में परिवहन किए जाने वाले पदार्थ होते हैं। सबसे बड़े पुटिकाओं या माइटोकॉन्ड्रिया की गति को माइक्रोस्कोप का उपयोग करके देखा जा सकता हैविवो में . ऐसे कण एक दिशा में छोटी, तेज गति करते हैं, रुकते हैं, अक्सर थोड़ा पीछे या किनारे की ओर बढ़ते हैं, फिर रुकते हैं और फिर मुख्य दिशा में तेजी से आगे बढ़ते हैं। 410 मिमी/दिन लगभग 5 μm/s के औसत पूर्ववर्ती वेग के अनुरूप है; इसलिए प्रत्येक व्यक्तिगत गति की गति बहुत अधिक होनी चाहिए, और यदि हम ऑर्गेनेल, फिलामेंट्स और सूक्ष्मनलिकाएं के आकार को ध्यान में रखते हैं, तो ये गति वास्तव में बहुत तेज़ होती हैं। तीव्र अक्षतंतु परिवहन के लिए एटीपी की महत्वपूर्ण सांद्रता की आवश्यकता होती है। सूक्ष्मनलिका-नष्ट करने वाले कोल्सीसिन जैसे जहर भी तेजी से एक्सोनल परिवहन को रोकते हैं। इससे यह पता चलता है कि जिस परिवहन प्रक्रिया पर हम विचार कर रहे हैं, उसमें पुटिका और अंगक सूक्ष्मनलिकाएं और एक्टिन फिलामेंट्स के साथ चलते हैं; यह गति डायनेइन और मायोसिन अणुओं के छोटे समुच्चय द्वारा प्रदान की जाती है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। 1.13, एटीपी की ऊर्जा का उपयोग करते हुए।

तेज़ अक्षतंतु परिवहन भी इसमें शामिल हो सकता है पैथोलॉजिकल प्रक्रियाएं.कुछ न्यूरोट्रोपिक वायरस (उदाहरण के लिए, हर्पीस या पोलियो वायरस) परिधि पर अक्षतंतु में प्रवेश करते हैं और प्रतिगामी परिवहन की मदद से न्यूरॉन शरीर में चले जाते हैं, जहां वे गुणा करते हैं और अपना विषाक्त प्रभाव डालते हैं। टेटनस टॉक्सिन, बैक्टीरिया द्वारा निर्मित एक प्रोटीन है जो त्वचा के घावों के माध्यम से शरीर में प्रवेश करता है, तंत्रिका अंत द्वारा ग्रहण किया जाता है और न्यूरॉन शरीर में ले जाया जाता है, जहां यह विशिष्ट मांसपेशियों में ऐंठन का कारण बनता है। अक्षतंतु परिवहन पर विषाक्त प्रभाव के मामले ज्ञात हैं, उदाहरण के लिए, औद्योगिक विलायक एक्रिलामाइड के संपर्क में आना। इसके अलावा, यह माना जाता है कि बेरीबेरी बेरीबेरी और अल्कोहल पोलीन्यूरोपैथी के रोगजनन में तेजी से एक्सोनल परिवहन का उल्लंघन शामिल है।

कोशिका में तेज़ अक्षतंतु परिवहन के अलावा, एक तीव्र अक्षीय परिवहन भी होता है धीमा अक्षतंतु परिवहन।ट्यूबुलिन अक्षतंतु के साथ लगभग 1 मिमी/दिन की दर से चलता है, जबकि एक्टिन 5 मिमी/दिन तक तेजी से चलता है। अन्य प्रोटीन भी साइटोस्केलेटन के इन घटकों के साथ स्थानांतरित होते हैं; उदाहरण के लिए, एंजाइम एक्टिन या ट्यूबुलिन से जुड़े हुए प्रतीत होते हैं। ट्युबुलिन और एक्टिन की गति की दर मोटे तौर पर पहले वर्णित तंत्र के लिए पाई गई वृद्धि दर के अनुरूप होती है जब अणुओं को सूक्ष्मनलिका या माइक्रोफिलामेंट के सक्रिय अंत में शामिल किया जाता है। इसलिए, यह तंत्र धीमे अक्षीय परिवहन का आधार हो सकता है। धीमी अक्षतंतु परिवहन की दर भी लगभग अक्षतंतु वृद्धि की दर से मेल खाती है, जो जाहिर तौर पर दूसरी प्रक्रिया पर साइटोस्केलेटन की संरचना द्वारा लगाई गई सीमाओं को इंगित करती है।

इस खंड को समाप्त करते हुए, इस बात पर जोर दिया जाना चाहिए कि कोशिकाएं किसी भी तरह से स्थिर संरचनाएं नहीं हैं, जैसा कि वे दिखाई देते हैं, उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन सूक्ष्म तस्वीरों में। प्लाज्मा झिल्लीऔर विशेष रूप से अंगक निरंतर तीव्र गति और निरंतर पुनर्गठन में हैं;यही एकमात्र कारण है कि वे कार्य करने में सक्षम हैं। इसके अलावा, ये साधारण कक्ष नहीं हैं जिनमें रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं, बल्कि झिल्लियों और रेशों का अत्यधिक संगठित समूह,जिसमें प्रतिक्रियाएँ एक सुव्यवस्थित क्रम में आगे बढ़ती हैं।

1.4. सेलुलर कार्यों का विनियमन

एक कार्यात्मक इकाई के रूप में व्यक्तिगत कोशिका का रखरखाव काफी हद तक नाभिक द्वारा नियंत्रित होता है; ऐसे नियामक तंत्रों का अध्ययन कोशिका जीव विज्ञान और जैव रसायन का विषय है। साथ ही, कोशिकाओं को पर्यावरणीय परिस्थितियों और शरीर की अन्य कोशिकाओं की जरूरतों के अनुसार अपने कार्यों को संशोधित करना होगा, यानी, वे कार्यात्मक विनियमन की वस्तुओं के रूप में कार्य करते हैं। नीचे हम संक्षेप में विचार करेंगे कि ये नियामक प्रभाव प्लाज्मा झिल्ली पर कैसे कार्य करते हैं और वे इंट्रासेल्युलर ऑर्गेनेल तक कैसे पहुंचते हैं।

कोशिका झिल्ली पर विनियामक प्रभाव

झिल्ली क्षमता . कई मामलों में, झिल्ली क्षमता को बदलकर सेलुलर कार्यों का विनियमन किया जाता है। स्थानीय संभावित परिवर्तन तब संभव होते हैं जब: 1) पड़ोसी कोशिका क्षेत्र से या किसी अन्य कोशिका द्वारा उत्पन्न धारा झिल्ली के माध्यम से प्रवाहित होती है; 2) आयनों की बाह्यकोशिकीय सांद्रता बदल जाती है (अक्सर [K + ]बाहर ); 3) झिल्ली आयन चैनल खुलते हैं। झिल्ली क्षमता में परिवर्तन झिल्ली प्रोटीन की संरचना को प्रभावित कर सकता है, जिससे, विशेष रूप से, चैनल खुल या बंद हो सकते हैं। जैसा कि ऊपर बताया गया है, कुछ झिल्ली पंपों की कार्यप्रणाली झिल्ली क्षमता पर निर्भर करती है। तंत्रिका कोशिकाओं को झिल्ली क्षमता में परिवर्तन को सूचना के रूप में समझने के लिए विशेषीकृत किया जाता है जिसे संसाधित और प्रसारित किया जाना चाहिए (अध्याय 2 देखें)।

बाह्यकोशिकीय नियामक पदार्थ . बाह्यकोशिकीय पदार्थों से संबंधित सबसे महत्वपूर्ण नियामक तंत्र प्लाज्मा झिल्ली पर या कोशिका के अंदर विशिष्ट रिसेप्टर्स के साथ उनकी बातचीत है। इन पदार्थों में सिनैप्टिक मध्यस्थ शामिल होते हैं जो तंत्रिका कोशिकाओं, स्थानीय एजेंटों और पदार्थों के बीच सूचना प्रसारित करते हैं जो रक्त में घूमते हैं और शरीर की सभी कोशिकाओं तक पहुंचते हैं, जैसे हार्मोन और एंटीजन। सिनैप्टिक न्यूरोट्रांसमीटरसिनेप्स पर तंत्रिका अंत से निकलने वाले छोटे अणु होते हैं;

जब वे पड़ोसी पोस्टसिनेप्टिक सेल के प्लाज्मा झिल्ली तक पहुंचते हैं, तो वे विद्युत संकेतों या अन्य नियामक तंत्रों को ट्रिगर करते हैं। इस मुद्दे पर अध्याय में विस्तार से चर्चा की गई है। 3.

स्थानीय रासायनिक एजेंट अक्सर विशिष्ट कोशिकाओं द्वारा स्रावित होता है। वे बाह्य कोशिकीय स्थान में स्वतंत्र रूप से फैलते हैं, लेकिन इन पदार्थों के तेजी से नष्ट होने के कारण, या तो अनायास या एंजाइमों की क्रिया के कारण उनकी क्रिया कोशिकाओं के एक छोटे समूह तक ही सीमित होती है। ऐसे एजेंटों की रिहाई का एक उदाहरण रिहाई है हिस्टामिनचोट या प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया पर मस्तूल कोशिकाएं। हिस्टामाइन संवहनी चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं को आराम देता है, संवहनी एंडोथेलियम की पारगम्यता को बढ़ाता है, और संवेदी तंत्रिका अंत को उत्तेजित करता है जो खुजली की अनुभूति में मध्यस्थता करता है। अन्य स्थानीय रासायनिक एजेंट कई अन्य कोशिकाओं द्वारा स्रावित होते हैं। विशिष्ट स्थानीय एजेंट हैं प्रोस्टाग्लैंडिंस,लगभग 20 फैटी एसिड डेरिवेटिव का एक समूह बनता है। वे व्यापक रूप से वितरित कोशिकाओं से लगातार जारी होते हैं, लेकिन केवल स्थानीय रूप से कार्य करते हैं, क्योंकि वे झिल्ली फॉस्फोलिपेज़ द्वारा तेजी से नष्ट हो जाते हैं। विभिन्न प्रोस्टाग्लैंडिंस में कार्रवाई का एक विस्तृत स्पेक्ट्रम होता है: वे चिकनी मांसपेशियों की कोशिकाओं के संकुचन को ट्रिगर कर सकते हैं, प्लेटलेट्स (प्लेटलेट्स) के एकत्रीकरण का कारण बन सकते हैं, या अंडाशय में कॉर्पस ल्यूटियम के विकास को रोक सकते हैं।

अन्य स्थानीय एजेंट सेवा देते हैं वृद्धि कारक।सहानुभूति न्यूरॉन्स के लिए सबसे प्रसिद्ध तंत्रिका विकास कारक (एनजीएफ), जो विकास के दौरान इन न्यूरॉन्स के विकास और अस्तित्व के लिए आवश्यक हैविवो में या सेल कल्चर में. जाहिर है, न्यूरॉन्स के इस वर्ग के लिए लक्ष्य कोशिकाएं एनजीएफ का स्राव करती हैं और इस प्रकार सही संरक्षण प्रदान करती हैं। अंग बनाते समय, कोशिकाओं को अक्सर लक्षित कोशिकाओं तक "अपना रास्ता खोजने" की आवश्यकता होती है, जो काफी दूरी पर स्थित हो सकती हैं। तदनुसार, एनजीएफ जैसे कई विशिष्ट विकास कारक होने चाहिए।

हार्मोन और एंटीजन रक्त द्वारा सभी कोशिकाओं तक पहुँचाया जाता है। एंटीजन विशिष्ट एंटीबॉडी ले जाने वाली कोशिकाओं से प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया प्राप्त करते हैं। हालाँकि, एंटीजन, एक नियम के रूप में, विदेशी पदार्थ हैं जो प्रतिक्रिया करने वाले जीव में नहीं बनते हैं (अधिक विवरण के लिए, अध्याय 18 देखें)। कुछ हार्मोन, जैसे इंसुलिन या थायरोक्सिन, विभिन्न प्रकार की कोशिकाओं को प्रभावित करते हैं, जबकि अन्य, जैसे सेक्स हार्मोन, केवल कुछ प्रकार की कोशिकाओं को प्रभावित करते हैं। हार्मोन या तो पेप्टाइड होते हैं, जिनकी क्रिया कोशिका झिल्ली पर एक रिसेप्टर से जुड़ने से शुरू होती है, या स्टेरॉयड और थायरोक्सिन, जो लिपिड झिल्ली के माध्यम से फैलते हैं और इंट्रासेल्युलर रिसेप्टर्स से जुड़ते हैं। स्टेरॉयड हार्मोन परमाणु क्रोमेटिन से बंधते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कुछ जीनों का प्रतिलेखन होता है। परिणामस्वरूप उत्पादित प्रोटीन सेलुलर कार्यों में परिवर्तन का कारण बनता है, जो हार्मोन की विशिष्ट क्रिया है। अध्याय में हार्मोन के स्त्रावण और क्रिया से संबंधित मुद्दों पर विस्तार से चर्चा की गई है। 17.

दूसरे दूतों को शामिल करते हुए अंतरकोशिकीय संचार

ऊपर वर्णित नियामक कार्यों में कोशिका झिल्ली पर प्रभाव शामिल है। कोशिका झिल्ली द्वारा प्राप्त जानकारी अक्सर कोशिकांगों में प्रतिक्रिया का कारण बनती है और उन तक विभिन्न पदार्थों द्वारा पहुंचाई जाती है जिन्हें दूसरे दूत के रूप में जाना जाता है (पहले के विपरीत, बाहरी स्रोतों से कोशिका में आना)। दूसरे मध्यस्थों का अध्ययन तेजी से विकसित हो रहा है, और इस बात की कोई गारंटी नहीं है कि समस्या की समझ का वर्तमान स्तर पर्याप्त रूप से पूर्ण होगा। यहां हम तीन अच्छी तरह से अध्ययन किए गए मध्यस्थों पर बात करेंगे: सीए 2+, सीएमपी और इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट।

कैल्शियम.सबसे सरल अंतःकोशिकीय मध्यस्थ Ca 2+ आयन है। आराम करने वाली कोशिका में इसकी मुक्त सांद्रता बहुत कम होती है और इसकी मात्रा 10 -8 -10 -7 mol/l होती है। यह खुले होने पर विशिष्ट झिल्ली चैनलों के माध्यम से कोशिका में प्रवेश कर सकता है, उदाहरण के लिए, जब झिल्ली क्षमता बदलती है (अध्याय 2 देखें)। Ca 2+ में परिणामी वृद्धि कोशिका में महत्वपूर्ण प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करती है, जैसे मायोफिब्रिल्स का संकुचन, जो मांसपेशियों के संकुचन का आधार है (अध्याय 4 देखें), या तंत्रिका अंत से न्यूरोट्रांसमीटर युक्त पुटिकाओं की रिहाई (अध्याय 3 देखें) ... दोनों प्रतिक्रियाओं के लिए लगभग 10-5 mol/l की Ca 2+ सांद्रता की आवश्यकता होती है। सीए 2+, जिसका नियामक प्रभाव होता है, को एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम जैसे इंट्रासेल्युलर डिपो से भी जारी किया जा सकता है। डिपो से Ca 2+ की रिहाई के लिए अन्य मध्यस्थों की भागीदारी की आवश्यकता होती है (उदाहरण के लिए, चित्र 1.16 देखें)।

चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट, सीएमपी। हाल ही में, यह साबित हुआ है कि चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट (सीएमपी), शरीर में ऊर्जा के मुख्य स्रोत, एटीपी का व्युत्पन्न, एक महत्वपूर्ण दूसरा संदेशवाहक है। प्रतिक्रियाओं की जटिल श्रृंखला अंजीर में दिखाई गई है। 1.15, रिसेप्टर से शुरू होता हैरुपये प्लाज्मा झिल्ली की बाहरी सतह पर, जो विभिन्न मध्यस्थों और हार्मोनों के लिए एक विशिष्ट बंधन स्थल के रूप में काम कर सकता है। एक विशिष्ट "उत्तेजक" अणु से बंधने के बादरुपये इसकी संरचना बदलता है; ये परिवर्तन प्रोटीन को प्रभावित करते हैंजी झिल्ली की आंतरिक सतह पर इस तरह से कि इंट्रासेल्युलर ग्वानोसिन ट्राइफॉस्फेट (जीटीपी) द्वारा उत्तरार्द्ध को सक्रिय करना संभव हो सके। सक्रिय प्रोटीनजी , बदले में, झिल्ली की आंतरिक सतह पर एक एंजाइम, एडिनाइलेट साइक्लेज़ (एसी) को उत्तेजित करता है, जो एटीपी से सीएमपी के गठन को उत्प्रेरित करता है। पानी में घुलनशील सीएमपी और मध्यस्थ है जो प्रभाव को प्रसारित करता है

चावल। 1.15.इंट्रासेल्युलर मध्यस्थ सीएमपी (चक्रीय एडेनोसिन मोनोफॉस्फेट) से जुड़ी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला। उत्तेजक या निरोधात्मक बाहरी संकेत झिल्ली रिसेप्टर्स आर को सक्रिय करते हैंस या रि . ये रिसेप्टर्स बाइंडिंग प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैंजी -इंट्रासेल्युलर जीटीपी (गुआनोसिन ट्राइफॉस्फेट) वाले प्रोटीन, जिससे इंट्रासेल्युलर एडिनाइलेट साइक्लेज़ (एसी) को उत्तेजित या बाधित किया जाता है। प्रवर्धक एंजाइम एसी एडेनोसिन ट्राइफॉस्फेट (एटीपी) को सीएमपी में परिवर्तित करता है, जिसे बाद में फॉस्फोडाइस्टर की मदद से एएमपी में बदल दिया जाता है। मुक्त सीएमपी कोशिका में फैलता है और एडिनाइलेट किनेज़ (ए-किनेज़) को सक्रिय करता है, इसके उत्प्रेरक सबयूनिट सी को जारी करता है, जो इंट्रासेल्युलर प्रोटीन के फॉस्फोराइलेशन को उत्प्रेरित करता है, यानी। बाह्यकोशिकीय उत्तेजना का अंतिम प्रभाव बनता है। यह योजना औषधीय दवाओं और विषाक्त पदार्थों को भी दिखाती है जो कुछ प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर (+) या बाधित (-) करती हैं (लेकिन परिवर्तनों के साथ)

बाह्यकोशिकीय रिसेप्टर की उत्तेजनारुपये कोशिका की आंतरिक संरचनाओं के लिए.

प्रतिक्रियाओं की उत्तेजक श्रृंखला के समानांतररुपये निरोधात्मक मध्यस्थों और हार्मोनों का संबंधित रिसेप्टर से संभावित बंधनआर मैं जो फिर से जीटीपी-सक्रिय प्रोटीन के माध्यम से होता हैजी , एसी को रोकता है और इस प्रकार सीएमपी उत्पादन को रोकता है। कोशिका में फैलते हुए, सीएमपी एडिनाइलेट किनेज़ (ए-किनेज़) के साथ प्रतिक्रिया करता है; यह सी सबयूनिट जारी करता है, जो प्रोटीन फास्फारिलीकरण को उत्प्रेरित करता है।यह फॉस्फोराइलेशन प्रोटीन को उनके सक्रिय रूप में परिवर्तित करता है, और अब वे अपनी विशिष्ट नियामक कार्रवाई कर सकते हैं (उदाहरण के लिए, ग्लाइकोजन के क्षरण का कारण)। यह जटिल नियामक प्रणाली बेहद कुशल है, क्योंकि अंतिम परिणाम कई प्रोटीनों का फॉस्फोराइलेशन होता है, यानी, नियामक संकेत एक बड़े प्रवर्धन कारक के साथ सर्किट से गुजरता है। बाहरी मध्यस्थ जो रिसेप्टर्स से जुड़ते हैंआर एस और आर आई उनमें से प्रत्येक के लिए विशिष्ट अत्यंत विविध हैं। एड्रेनालाईन, के साथ खिलवाड़आर एस या आर आई लिपिड और ग्लाइकोजन चयापचय के नियमन के साथ-साथ हृदय की मांसपेशियों के बढ़े हुए संकुचन और अन्य प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है (अध्याय 19 देखें)। थायराइड उत्तेजक हार्मोन, सक्रिय रुपये , थायरॉयड ग्रंथि द्वारा थायरोक्सिन हार्मोन के स्राव को उत्तेजित करता है, और प्रोस्टाग्लैंडीन I प्लेटलेट्स के एकत्रीकरण को रोकता है। एड्रेनालाईन सहित निरोधात्मक प्रभाव, के माध्यम से मध्यस्थआर मैं लिपोलिसिस को धीमा करने में व्यक्त किया गया। इस प्रकार, सीएमपी प्रणाली एक बहुक्रियाशील इंट्रासेल्युलर नियामक प्रणाली है,जिसे बाह्यकोशिकीय उत्तेजक और निरोधात्मक सिग्नलिंग एजेंटों द्वारा सटीक रूप से नियंत्रित किया जा सकता है।

इनोसिटोल फॉस्फेट "आईएफ एच ". दूसरे मध्यस्थ, इनोसिटोल फॉस्फेट की इंट्रासेल्युलर प्रणाली को हाल ही में खोजा गया है (चित्र 1.16)। इस मामले में, कोई निरोधात्मक मार्ग नहीं है, लेकिन सीएमपी प्रणाली के साथ समानता है, जिसमें आर रिसेप्टर की उत्तेजना का प्रभाव झिल्ली की आंतरिक सतह पर जीटीपी-सक्रिय जी-प्रोटीन में स्थानांतरित हो जाता है। अगले चरण में, सामान्य झिल्ली लिपिड फॉस्फेटिडिलिनोसिटोल (पीआई), जिसे पहले दो अतिरिक्त फॉस्फेट समूह प्राप्त हुए थे, को पीआई-डिफॉस्फेट (एफआईएफ 2) में परिवर्तित कर दिया जाता है, जिसे सक्रिय फॉस्फोडिएस्टरेज़ (पीडीई) द्वारा विभाजित किया जाता है। इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट(आईएफजेड) और लिपिड diacylglycerol(डीएजी)। इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट एक पानी में घुलनशील दूसरा संदेशवाहक है जो साइटोसोल में फैल जाता है। यह मुख्य रूप से एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से Ca 2+ जारी करके कार्य करता है। जैसा कि ऊपर वर्णित है, Ca 2+ बदले में एक मध्यस्थ के रूप में कार्य करता है; उदाहरण के लिए, यह Ca2+-निर्भर फॉस्फोकाइनेज को सक्रिय करता है, जो एंजाइमों को फॉस्फोराइलेट करता है। डीएजी की लिपिड सबयूनिट (चित्र 1.16) प्लाज्मा झिल्ली के लिपिड चरण में फैलकर संकेत को इसकी आंतरिक सतह पर स्थित सी-किनेज तक पहुंचाती है, जो सहकारक के रूप में फॉस्फेटिडिलसेरिन की भागीदारी से सक्रिय होती है। फिर सी-किनेज प्रोटीन के फॉस्फोराइलेशन को ट्रिगर करता है, उन्हें सक्रिय रूप में परिवर्तित करता है।

दूसरे मध्यस्थ इंटरफेरॉन 3 की इंट्रासेल्युलर प्रणाली को विभिन्न प्रकार के बाहरी मध्यस्थों और हार्मोनों द्वारा भी नियंत्रित किया जा सकता है, जिनमें एसिटाइलकोलाइन, सेरोटोनिन, वैसोप्रेसिन और थायरॉयड-उत्तेजक हार्मोन शामिल हैं; सीएमपी प्रणाली की तरह, यह विभिन्न प्रकार के इंट्रासेल्युलर प्रभावों की विशेषता है। यह संभव है कि यह प्रणाली आंख के दृश्य रिसेप्टर में प्रकाश द्वारा भी सक्रिय होती है और फोटोट्रांसडक्शन में केंद्रीय भूमिका निभाती है (अध्याय 11 देखें)। किसी जीव के व्यक्तिगत विकास में पहली बार, आईजीएफ प्रणाली का रिसेप्टर शुक्राणु द्वारा सक्रिय होता है, जिसके परिणामस्वरूप आईजीएफ अंडे के निषेचन के साथ होने वाली नियामक प्रतिक्रियाओं में भाग लेता है।

सीएमपी और आईएफजेड-डीएजी सिस्टम अत्यधिक प्रभावी हैं जैविक वर्धक.वे

चावल। 1.16.इंट्रासेल्युलर मध्यस्थ इंटरफेरॉन (इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट) से जुड़ी प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला। जैसा कि सीएमपी प्रणाली में होता है, बाह्यकोशिकीय संकेत एक प्रोटीन के माध्यम से मध्यस्थ होता हैजी, जो इस मामले में फॉस्फोडिएस्टरेज़ (पीडीई) को सक्रिय करता है। यह एंजाइम फॉस्फेटिडिलिनोसिन डाइफॉस्फेट (एफआईएफ) को तोड़ता है 2 ) IF से पहले प्लाज्मा झिल्ली मेंएच और डायसाइलग्लिसरॉल (डीएजी); अगरएच साइटोप्लाज्म में फैल जाता है। यहां वह सीए की रिहाई का कारण बनता है 2+ एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से; Ca सांद्रण में वृद्धि 2+ साइटोप्लाज्म में ([Ca 2+ ]मैं ) एक प्रोटीन काइनेज को सक्रिय करता है जो फॉस्फोराइलेट करता है और इसलिए एंजाइम को सक्रिय करता है। एक अन्य उत्पाद, डीएजी, झिल्ली में रहता है और प्रोटीन काइनेज सी (कोफ़ेक्टर-फॉस्फेटिडिलसेरिन, पीएस) को सक्रिय करता है। प्रोटीन काइनेज सी एंजाइमों को फॉस्फोराइलेट भी करता है जो बाहरी रिसेप्टर की उत्तेजना से जुड़ी विशिष्ट क्रियाओं में मध्यस्थता करता है।आर . IF से जुड़ी प्रतिक्रियाओं की श्रृंखला की शाखाएँएच और डीएजी को क्रमशः आयनोमाइसिन और फोर्बोल एस्टर द्वारा स्वतंत्र रूप से सक्रिय किया जा सकता है (संशोधित)

मध्यस्थ और बाहरी झिल्ली रिसेप्टर के बीच की प्रतिक्रिया को कई इंट्रासेल्युलर प्रोटीन के फॉस्फोराइलेशन में परिवर्तित करें, जो तब विभिन्न कोशिका कार्यों को प्रभावित कर सकता है। समस्या के महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक यह है कि, जहां तक ​​हम आज जानते हैं, इस प्रकार की केवल ये दो निकट से संबंधित नियामक प्रणालियां हैं, जिनका उपयोग कई बाहरी मध्यस्थों द्वारा विभिन्न इंट्रासेल्युलर प्रक्रियाओं को विनियमित करने के लिए किया जाता है। साथ ही, सीए 2+ समेत ये नियामक प्रणालियां एक-दूसरे के साथ निकटता से बातचीत करती हैं, जो उन्हें सेलुलर कार्यों का अच्छा विनियमन करने की अनुमति देती है।

1.5. साहित्य

ट्यूटोरियल और गाइड

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हम आपको सामग्रियों से परिचित होने के लिए आमंत्रित करते हैं।

प्लास्टिड्स की उपस्थिति पादप कोशिका की मुख्य विशेषता है।

प्लाज्मा झिल्ली- एक पतली फिल्म, जिसमें परस्पर क्रिया करने वाले लिपिड और प्रोटीन अणु होते हैं, बाहरी वातावरण से आंतरिक सामग्री का परिसीमन करती है, परासरण और सक्रिय स्थानांतरण द्वारा कोशिका में पानी, खनिज और कार्बनिक पदार्थों का परिवहन प्रदान करती है, और अपशिष्ट उत्पादों को भी हटा देती है।

कोशिका द्रव्य- कोशिका का आंतरिक अर्ध-तरल वातावरण, जिसमें नाभिक और अंगक स्थित होते हैं, उनके बीच संबंध प्रदान करता है, जीवन की मुख्य प्रक्रियाओं में भाग लेता है।

अन्तः प्रदव्ययी जलिका- साइटोप्लाज्म में शाखा चैनलों का एक नेटवर्क। यह पदार्थों के परिवहन में प्रोटीन, लिपिड और कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण में शामिल है। राइबोसोम - ईपीएस पर या साइटोप्लाज्म में स्थित शरीर, आरएनए और प्रोटीन से बने होते हैं, प्रोटीन संश्लेषण में शामिल होते हैं। ईपीएस और राइबोसोम प्रोटीन के संश्लेषण और परिवहन के लिए एक एकल उपकरण हैं।

माइटोकॉन्ड्रिया-ऑर्गेनेल दो झिल्लियों द्वारा साइटोप्लाज्म से अलग हो जाते हैं। उनमें कार्बनिक पदार्थों का ऑक्सीकरण होता है और एंजाइमों की भागीदारी से एटीपी अणुओं का संश्लेषण होता है। क्रिस्टा के कारण आंतरिक झिल्ली की सतह में वृद्धि जिस पर एंजाइम स्थित होते हैं। एटीपी एक ऊर्जा से भरपूर कार्बनिक पदार्थ है।

प्लास्टिड(क्लोरोप्लास्ट, ल्यूकोप्लास्ट, क्रोमोप्लास्ट), कोशिका में उनकी सामग्री पौधे जीव की मुख्य विशेषता है। क्लोरोप्लास्ट हरे वर्णक क्लोरोफिल युक्त प्लास्टिड होते हैं, जो प्रकाश ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और इसका उपयोग कार्बन डाइऑक्साइड और पानी से कार्बनिक पदार्थों को संश्लेषित करने के लिए करते हैं। साइटोप्लाज्म से क्लोरोप्लास्ट का दो झिल्लियों द्वारा परिसीमन, आंतरिक झिल्ली पर असंख्य वृद्धि - ग्रैना, जिसमें क्लोरोफिल अणु और एंजाइम स्थित होते हैं।

गॉल्गी कॉम्प्लेक्स- एक झिल्ली द्वारा साइटोप्लाज्म से सीमांकित गुहाओं की एक प्रणाली। उनमें प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट का संचय होता है। झिल्लियों पर वसा और कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण का कार्यान्वयन।

लाइसोसोम- एक ही झिल्ली द्वारा कोशिका द्रव्य से अलग किए गए शरीर। उनमें मौजूद एंजाइम जटिल अणुओं को सरल अणुओं में विभाजित करने की प्रतिक्रिया को तेज करते हैं: प्रोटीन से अमीनो एसिड, जटिल कार्बोहाइड्रेट से सरल कार्बोहाइड्रेट, लिपिड से ग्लिसरॉल और फैटी एसिड, और कोशिका के मृत हिस्सों, संपूर्ण कोशिकाओं को भी नष्ट कर देते हैं।

रिक्तिकाएं- कोशिका रस से भरे साइटोप्लाज्म में गुहाएं, आरक्षित पोषक तत्वों, हानिकारक पदार्थों के संचय का स्थान; वे कोशिका में जल की मात्रा को नियंत्रित करते हैं।

मुख्य- कोशिका का मुख्य भाग, बाहर की ओर दो-झिल्ली से ढका हुआ, छिद्रित परमाणु आवरण द्वारा। पदार्थ कोर में प्रवेश करते हैं और छिद्रों के माध्यम से इसमें से निकाल दिए जाते हैं। क्रोमोसोम एक जीव की विशेषताओं, नाभिक की मुख्य संरचनाओं के बारे में वंशानुगत जानकारी के वाहक होते हैं, जिनमें से प्रत्येक में प्रोटीन के साथ संयोजन में एक डीएनए अणु होता है। नाभिक डीएनए, आई-आरएनए, आर-आरएनए के संश्लेषण का स्थल है।

बाहरी या प्लाज्मा झिल्ली- कोशिका की सामग्री को पर्यावरण (अन्य कोशिकाएं, अंतरकोशिकीय पदार्थ) से अलग करता है, इसमें लिपिड और प्रोटीन अणु होते हैं, कोशिकाओं के बीच संचार प्रदान करता है, कोशिका में पदार्थों का परिवहन (पिनोसाइटोसिस, फागोसाइटोसिस) और कोशिका से बाहर होता है।

कोशिका द्रव्य- कोशिका का आंतरिक अर्ध-तरल वातावरण, जो नाभिक और उसमें स्थित अंगों के बीच संचार प्रदान करता है। महत्वपूर्ण गतिविधि की मुख्य प्रक्रियाएँ साइटोप्लाज्म में होती हैं।

कोशिका अंगक:

1) एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम (ईआर)- कोशिका में पदार्थों के परिवहन में प्रोटीन, लिपिड और कार्बोहाइड्रेट के संश्लेषण में शामिल शाखा नलिकाओं की एक प्रणाली;

2) राइबोसोम- आरआरएनए युक्त निकाय ईआर और साइटोप्लाज्म में स्थित होते हैं, और प्रोटीन संश्लेषण में शामिल होते हैं। ईपीएस और राइबोसोम प्रोटीन संश्लेषण और परिवहन के लिए एक एकल उपकरण हैं;

3) माइटोकॉन्ड्रिया- कोशिका के "पावर स्टेशन", दो झिल्लियों द्वारा साइटोप्लाज्म से सीमांकित। भीतरी भाग में क्रिस्टे (सिलवटें) बनती हैं जो इसकी सतह को बढ़ा देती हैं। क्राइस्टे पर एंजाइम कार्बनिक पदार्थों के ऑक्सीकरण और ऊर्जा समृद्ध एटीपी अणुओं के संश्लेषण की प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं;

4) गॉल्गी कॉम्प्लेक्स- साइटोप्लाज्म से एक झिल्ली द्वारा सीमांकित गुहाओं का एक समूह, जो प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट से भरा होता है, जो या तो जीवन प्रक्रियाओं में उपयोग किया जाता है या कोशिका से हटा दिया जाता है। कॉम्प्लेक्स की झिल्ली वसा और कार्बोहाइड्रेट का संश्लेषण करती है;

5) लाइसोसोम- एंजाइमों से भरे शरीर प्रोटीन को अमीनो एसिड, लिपिड को ग्लिसरॉल और फैटी एसिड, पॉलीसेकेराइड को मोनोसैकेराइड में विभाजित करने की प्रतिक्रियाओं को तेज करते हैं। लाइसोसोम में कोशिका के मृत भाग, संपूर्ण कोशिकाएँ तथा कोशिकाएँ नष्ट हो जाती हैं।

सेल समावेशन- अतिरिक्त पोषक तत्वों का संचय: प्रोटीन, वसा और कार्बोहाइड्रेट।

मुख्य- कोशिका का सबसे महत्वपूर्ण भाग। यह छिद्रों के साथ एक डबल-झिल्ली झिल्ली से ढका हुआ है जिसके माध्यम से कुछ पदार्थ नाभिक में प्रवेश करते हैं, जबकि अन्य साइटोप्लाज्म में प्रवेश करते हैं। क्रोमोसोम नाभिक की मुख्य संरचनाएं हैं, जो किसी जीव की विशेषताओं के बारे में वंशानुगत जानकारी के वाहक हैं। यह मातृ कोशिका के विभाजन की प्रक्रिया में पुत्री कोशिकाओं में और जनन कोशिकाओं के साथ पुत्री जीवों में संचारित होता है। केन्द्रक डीएनए, एमआरएनए, आरआरएनए संश्लेषण का स्थल है।

व्यायाम:

बताएं कि कोशिकांगों को कोशिका की विशिष्ट संरचनाएं क्यों कहा जाता है?

उत्तर:ऑर्गेनेल को विशिष्ट कोशिका संरचनाएं कहा जाता है, क्योंकि वे कड़ाई से परिभाषित कार्य करते हैं, वंशानुगत जानकारी नाभिक में संग्रहीत होती है, एटीपी को माइटोकॉन्ड्रिया में संश्लेषित किया जाता है, प्रकाश संश्लेषण क्लोरोप्लास्ट में होता है, आदि।

यदि आपके पास कोशिका विज्ञान के बारे में प्रश्न हैं, तो आप सहायता मांग सकते हैं

विकास का तीसरा चरण कोशिका की उपस्थिति है।
प्रोटीन और न्यूक्लिक एसिड (डीएनए और आरएनए) के अणु एक जैविक कोशिका बनाते हैं, जो जीवन की सबसे छोटी इकाई है। जैविक कोशिकाएं सभी जीवित जीवों के "निर्माण खंड" हैं और इनमें विकास के सभी भौतिक कोड शामिल हैं।
लम्बे समय तक वैज्ञानिक कोशिका की संरचना को अत्यंत सरल मानते रहे। सोवियत विश्वकोश शब्दकोश एक कोशिका की अवधारणा की व्याख्या इस प्रकार करता है: "एक कोशिका एक प्राथमिक जीवित प्रणाली है, जो सभी जानवरों और पौधों की संरचना और जीवन का आधार है।" यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि "प्राथमिक" शब्द का अर्थ किसी भी तरह से "सबसे सरल" नहीं है। इसके विपरीत, एक कोशिका ईश्वर की एक अद्वितीय भग्न रचना है, जो अपनी जटिलता में और साथ ही, असाधारण सुसंगतता में हड़ताली है। इसके सभी तत्वों का कार्य।
जब हम एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप की मदद से अंदर देखने में कामयाब रहे, तो पता चला कि सबसे सरल कोशिका का उपकरण ब्रह्मांड जितना ही जटिल और समझ से बाहर है। आज यह पहले ही स्थापित हो चुका है कि "कोशिका ब्रह्मांड का एक विशेष पदार्थ है, ब्रह्मांड का एक विशेष पदार्थ है।" एक एकल कोशिका में ऐसी जानकारी होती है जिसे ग्रेट सोवियत इनसाइक्लोपीडिया के केवल कुछ दसियों हज़ार खंडों में ही रखा जा सकता है। वे। कोशिका, अन्य चीज़ों के अलावा, सूचना का एक विशाल "जैव भंडार" है।
आणविक विकास के आधुनिक सिद्धांत के लेखक, मैनफ्रेड आइगेन लिखते हैं: "एक प्रोटीन अणु को संयोग से बनाने के लिए, प्रकृति को लगभग 10130 परीक्षण करने होंगे और इस पर इतनी संख्या में अणु खर्च करने होंगे जो 1027 के लिए पर्याप्त होंगे।" ब्रह्मांड। यदि प्रोटीन का निर्माण बुद्धिमानी से किया गया था, अर्थात, प्रत्येक चाल की वैधता को कुछ चयन तंत्र द्वारा जांचा जा सकता था, तो इसमें केवल 2000 प्रयास लगे। हम एक विरोधाभासी निष्कर्ष पर आते हैं: "आदिम जीवित कोशिका" के निर्माण का कार्यक्रम प्राथमिक कणों के स्तर पर कहीं एन्कोड किया गया है"।
और यह अन्यथा कैसे हो सकता है. प्रत्येक कोशिका, जिसमें डीएनए है, चेतना से संपन्न है, स्वयं और अन्य कोशिकाओं के बारे में जागरूक है, और ब्रह्मांड के संपर्क में है, वास्तव में, इसका एक हिस्सा है। और यद्यपि मानव शरीर में कोशिकाओं की संख्या और विविधता अद्भुत है (लगभग 70 ट्रिलियन), वे सभी स्व-समान हैं, जैसे कोशिकाओं में होने वाली सभी प्रक्रियाएं स्व-समान हैं। जर्मन वैज्ञानिक रोलैंड ग्लेसर के शब्दों में, जैविक कोशिकाओं का डिज़ाइन "बहुत अच्छी तरह से सोचा गया है।" कौन अच्छा विचारशील है?
उत्तर सरल है: प्रोटीन, न्यूक्लिक एसिड, जीवित कोशिकाएँ और सभी जैविक प्रणालियाँ बौद्धिक निर्माता की रचनात्मक गतिविधि के उत्पाद हैं।

क्या दिलचस्प है: परमाणु स्तर पर, कार्बनिक और अकार्बनिक दुनिया की रासायनिक संरचना के बीच कोई अंतर नहीं है। दूसरे शब्दों में, परमाणु के स्तर पर, एक कोशिका का निर्माण निर्जीव प्रकृति के समान तत्वों से होता है। आणविक स्तर पर अंतर पाया जाता है। जीवित शरीरों में, अकार्बनिक पदार्थों और पानी के साथ, प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, वसा, न्यूक्लिक एसिड, एटीपी सिंथेज़ एंजाइम और अन्य कम आणविक भार कार्बनिक यौगिक भी होते हैं।
आज तक, अध्ययन के उद्देश्य से कोशिका को वस्तुतः परमाणुओं में विघटित कर दिया गया है। हालाँकि, कम से कम एक जीवित कोशिका बनाना संभव नहीं है, क्योंकि कोशिका बनाने का अर्थ है जीवित ब्रह्मांड का एक कण बनाना। शिक्षाविद् वी.पी. कज़नाचीव का मानना ​​है कि "एक कोशिका एक ब्रह्मांडीय-ग्रहीय जीव है... मानव कोशिकाएं ईथर-टोरसन बायोकोलाइडर की कुछ प्रणालियां हैं। इन बायोकोलाइडर में, हमारे लिए अज्ञात प्रक्रियाएं होती हैं, प्रवाह के ब्रह्मांडीय रूपों का भौतिककरण होता है, उनका ब्रह्मांडीय परिवर्तन होता है , और इसके कारण कण भौतिक हो जाते हैं"।
पानी।
कोशिका द्रव्यमान का लगभग 80% पानी है। जैविक विज्ञान के डॉक्टर एस. ज़ेनिन के अनुसार, पानी, अपनी क्लस्टर संरचना के कारण, जैव रासायनिक प्रक्रियाओं के प्रबंधन के लिए एक सूचना मैट्रिक्स है। इसके अलावा, यह पानी ही प्राथमिक "लक्ष्य" है जिसके साथ ध्वनि आवृत्ति दोलन परस्पर क्रिया करते हैं। सेलुलर जल की क्रमबद्धता इतनी अधिक होती है (क्रिस्टल की क्रमबद्धता के करीब) कि इसे लिक्विड क्रिस्टल कहा जाता है।
गिलहरियाँ।
प्रोटीन जैविक जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। कोशिका में कई हजार प्रोटीन होते हैं जो इस प्रकार की कोशिका के लिए अद्वितीय होते हैं (स्टेम कोशिकाओं को छोड़कर)। अपने स्वयं के प्रोटीन को संश्लेषित करने की क्षमता कोशिका से कोशिका में विरासत में मिलती है और जीवन भर बनी रहती है। कोशिका के जीवन के दौरान, प्रोटीन धीरे-धीरे अपनी संरचना बदलते हैं, उनका कार्य ख़राब हो जाता है। इन खर्च किए गए प्रोटीन को कोशिका से हटा दिया जाता है और नए प्रोटीन से बदल दिया जाता है, जिससे कोशिका की महत्वपूर्ण गतिविधि संरक्षित रहती है।
सबसे पहले, हम प्रोटीन के निर्माण कार्य पर ध्यान देते हैं, क्योंकि वे निर्माण सामग्री हैं जो कोशिकाओं और सेलुलर ऑर्गेनेल की झिल्लियों, रक्त वाहिकाओं की दीवारों, टेंडन, उपास्थि आदि का निर्माण करते हैं।
प्रोटीन का सिग्नलिंग कार्य बेहद दिलचस्प है। यह पता चला है कि प्रोटीन सिग्नलिंग पदार्थ के रूप में काम करने में सक्षम हैं, जो ऊतकों, कोशिकाओं या जीवों के बीच सिग्नल संचारित करते हैं। सिग्नलिंग कार्य हार्मोन प्रोटीन द्वारा किया जाता है। कोशिकाएँ अंतरकोशिकीय पदार्थ के माध्यम से प्रेषित सिग्नलिंग प्रोटीन का उपयोग करके दूरी पर एक दूसरे के साथ संचार कर सकती हैं।
प्रोटीन का एक मोटर कार्य भी होता है। सभी प्रकार की गतिविधियाँ जो कोशिकाएँ करने में सक्षम हैं, जैसे मांसपेशी संकुचन, विशेष संकुचनशील प्रोटीन द्वारा की जाती हैं। प्रोटीन परिवहन कार्य भी करते हैं। वे विभिन्न पदार्थों को जोड़ने और उन्हें कोशिका में एक स्थान से दूसरे स्थान पर स्थानांतरित करने में सक्षम हैं। उदाहरण के लिए, रक्त प्रोटीन हीमोग्लोबिन ऑक्सीजन जोड़ता है और इसे शरीर के सभी ऊतकों और अंगों तक पहुंचाता है। इसके अलावा, प्रोटीन का एक सुरक्षात्मक कार्य भी होता है। जब शरीर में विदेशी प्रोटीन या कोशिकाएं प्रवेश कराती हैं तो उसमें विशेष प्रोटीन उत्पन्न होते हैं जो विदेशी कोशिकाओं और पदार्थों को बांधते हैं और निष्क्रिय कर देते हैं। और अंत में, प्रोटीन का ऊर्जा कार्य यह है कि 1 ग्राम प्रोटीन के पूर्ण विघटन के साथ, 17.6 kJ की मात्रा में ऊर्जा निकलती है।

सेल संरचना।
कोशिका में तीन अविभाज्य रूप से जुड़े हुए भाग होते हैं: झिल्ली, साइटोप्लाज्म और नाभिक, और कोशिका के जीवन के विभिन्न अवधियों में नाभिक की संरचना और कार्य अलग-अलग होते हैं। एक कोशिका के जीवन में दो अवधियाँ शामिल होती हैं: विभाजन, जिसके परिणामस्वरूप दो पुत्री कोशिकाएँ बनती हैं, और विभाजनों के बीच की अवधि, जिसे इंटरफ़ेज़ कहा जाता है।
कोशिका झिल्ली सीधे बाहरी वातावरण से संपर्क करती है और पड़ोसी कोशिकाओं के साथ संपर्क करती है। इसमें एक बाहरी परत और नीचे स्थित एक प्लाज्मा झिल्ली होती है। जंतु कोशिकाओं की सतह परत को ग्लाइकोकेलिस कहा जाता है। यह कोशिकाओं को बाहरी वातावरण और उसके आसपास के सभी पदार्थों से जोड़ता है। इसकी मोटाई 1 माइक्रोन से भी कम है.

सेल संरचना
कोशिका झिल्ली कोशिका का एक बहुत ही महत्वपूर्ण भाग है। यह सभी सेलुलर घटकों को एक साथ रखता है और बाहरी और आंतरिक वातावरण का परिसीमन करता है।
कोशिकाओं और बाहरी वातावरण के बीच पदार्थों का आदान-प्रदान निरंतर होता रहता है। पानी, व्यक्तिगत आयनों के रूप में विभिन्न लवण, अकार्बनिक और कार्बनिक अणु बाहरी वातावरण से कोशिका में प्रवेश करते हैं। चयापचय उत्पाद, साथ ही कोशिका में संश्लेषित पदार्थ: प्रोटीन, कार्बोहाइड्रेट, हार्मोन, जो विभिन्न ग्रंथियों की कोशिकाओं में उत्पन्न होते हैं, कोशिका से झिल्ली के माध्यम से बाहरी वातावरण में उत्सर्जित होते हैं। पदार्थों का परिवहन प्लाज़्मा झिल्ली के मुख्य कार्यों में से एक है।
कोशिका द्रव्य- एक आंतरिक अर्ध-तरल माध्यम जिसमें मुख्य चयापचय प्रक्रियाएं होती हैं। हाल के अध्ययनों से पता चला है कि साइटोप्लाज्म एक प्रकार का समाधान नहीं है, जिसके घटक यादृच्छिक टकराव में एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। इसकी तुलना जेली से की जा सकती है, जो बाहरी प्रभावों के जवाब में "कांपना" शुरू कर देती है। इस प्रकार साइटोप्लाज्म सूचना को ग्रहण करता है और संचारित करता है।
कोशिकाद्रव्य में केन्द्रक और विभिन्न अंगक स्थित होते हैं, जो इसके द्वारा एक पूरे में एकजुट होते हैं, जो उनकी अंतःक्रिया और एकल अभिन्न प्रणाली के रूप में कोशिका की गतिविधि को सुनिश्चित करता है। केन्द्रक कोशिका द्रव्य के मध्य भाग में स्थित होता है। साइटोप्लाज्म का पूरा आंतरिक क्षेत्र एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम से भरा होता है, जो एक सेलुलर ऑर्गेनॉइड है: झिल्ली द्वारा सीमांकित नलिकाओं, पुटिकाओं और "सिस्टर्न" की एक प्रणाली। एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम चयापचय प्रक्रियाओं में शामिल होता है, जो पर्यावरण से साइटोप्लाज्म तक और व्यक्तिगत इंट्रासेल्युलर संरचनाओं के बीच पदार्थों का परिवहन प्रदान करता है, लेकिन इसका मुख्य कार्य प्रोटीन संश्लेषण में भागीदारी है, जो राइबोसोम में किया जाता है। - 15-20 एनएम व्यास वाले गोल आकार के सूक्ष्म छोटे पिंड। संश्लेषित प्रोटीन पहले एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम के चैनलों और गुहाओं में जमा होते हैं और फिर ऑर्गेनेल और सेल साइटों तक पहुंचाए जाते हैं जहां उनका उपभोग किया जाता है।
प्रोटीन के अलावा, साइटोप्लाज्म में माइटोकॉन्ड्रिया, 0.2-7 माइक्रोन आकार के छोटे पिंड भी होते हैं, जिन्हें कोशिकाओं का "पावर स्टेशन" कहा जाता है। माइटोकॉन्ड्रिया में रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं होती हैं, जो कोशिकाओं को ऊर्जा प्रदान करती हैं। एक कोशिका में माइटोकॉन्ड्रिया की संख्या कुछ से लेकर कई हजार तक होती है।
मुख्य- कोशिका का महत्वपूर्ण भाग, प्रोटीन के संश्लेषण और उनके माध्यम से कोशिका में होने वाली सभी शारीरिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित करता है। अविभाजित कोशिका के केन्द्रक में केन्द्रक झिल्ली, केन्द्रक रस, केन्द्रक तथा गुणसूत्र प्रतिष्ठित होते हैं। नाभिकीय आवरण के माध्यम से नाभिक और साइटोप्लाज्म के बीच पदार्थों का निरंतर आदान-प्रदान होता रहता है। परमाणु आवरण के नीचे - परमाणु रस (अर्ध-तरल पदार्थ) होता है, जिसमें केंद्रक और गुणसूत्र होते हैं। न्यूक्लियोलस एक घना गोल शरीर है, जिसके आयाम 1 से 10 माइक्रोन और अधिक तक व्यापक रूप से भिन्न हो सकते हैं। इसमें मुख्य रूप से राइबोन्यूक्लियोप्रोटीन होते हैं; राइबोसोम के निर्माण में भाग लेता है। आमतौर पर एक कोशिका में 1-3 न्यूक्लियोली होते हैं, कभी-कभी कई सौ तक। न्यूक्लियोलस में आरएनए और प्रोटीन होते हैं।
कोशिका के आगमन के साथ ही पृथ्वी पर जीवन का उदय हुआ!

करने के लिए जारी...