زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها

Transcript

1 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 8 تمامی سلولهای روی زمین با استفاده از غشاء از ترکیبات محیط بیرون جدا و محافظت می شوند. این غشا که به طور کامل سلول را احاطه میکند یک ساختار خم پذیر ارتجاعی نازک فقط به ضخامت 3 نانومتر است. غشاء تقریبا از پروتئینها و لیپیدها تشکیل شدهاست و ترکیب تقریبی آنها ترکیبی است از پروتئینها گلیسروفسفولیپیدها اسفنگولیپیدها مشتقات استروئیدی مانند کلسترول و و کربوهیدراتها که میزان و درصد هریک بسته به نوع سلول و اندامک بستگی دارد. مدل امروزی ساختمان غشاء مدل موزائیک سیال سنگر mosaic( )Sanjer fluid نامیده می شود که ساختار آن از دوالیه لیپیدهای آمفی پاتیک )لیپید هایی که دارای یک پیوندهای واندروالسی نگه داشته میشود. قسمت قطبی و یک قسمت غیر قطبی هستند( تشکیل شده اند که توسط نیروهای هیدروفوبیک و سد لیپیدی غشای سلول از نفوذ آب و مواد محلول در آب از یک بخش سلول به یک بخش دیگر جلوگیری میکند: ساختار پایه غشای سلول یک دو الیه چربی طبقهاست که یک ورقه نازک از لیپیدها فقط به ضخامت دو مولکول بوده و در سراسر سطح سلول تداوم داشته و یکپارچهاست. جابه جا در این ورقه نازک لیپیدی مولکوله یا پروتئین ه یا طرف غشاء انجام می شود. پروتئینی درشت از نوع کروی شکل قرار دارند. غشایی سبب انجام واکنش ها یی می شوند که در غشاء صورت می گیرند. به کمک این پروتئین ها ارتباطات بین دو

2 9 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها نکته 1 ساده ترین باکتریها تنها دارای یک غشاء پالسمایی دو الیه ای میباشند اما سلولهای یوکاریوتی دارای غشاهای درونی فراوانی هستند که اجزاء درون سلولی را محصور میکنند. نکته 2 خصوصیات مهم لیپیدهای دوالیه در غشاء بر اساس مدل فردریک سنگر: 2-1- مرکز هیدروفوبیک بعنوان یک سد غیرقابل نفوذ نسبت به مواد محلول در آب می باشد ساختار دوالیه لیپیدی به علت دارا بودن نیروهای هیدروفوبیک و پیوندهای واندروالسی نسبت به تغییرات باالی یونی و ph محیط بیرون استحکام زیادی نشان میدهد این غشاء دارای مقاومت الکتریکی زیادی می باشد و نسبت به دما و الکتریسیته عایق میباشد. رفتار لیپیدها در محیط آبی: لیپیدهای آمفی پاتیک یا دوگانه دوست می باشند بدین معنا که آنها هم دارای گروه آبگریز )دم آنها( و هم گروه آبدوست )سر آنها( هستند. بنابراین لیپیدهای مذکور هم دارای ترکیبات غیر قابل حل در آب )محلول در چربی( و هم ترکیبات محلول در آب هستند. وقتی لیپیدهای دوگانه دوست در درون محیط آبی قرار بگیرند بسته به شرایط می توانند سه نوع ساختار ایجاد کنند: 1- میسل )از کلمه التین micelle بمعنی ذره کوچک یا )small bit ویا فاز کریستالی مایع- در این حالت گروه های آبگریز لیپیدهای دوگانه دوست به خارج از فاز آبی )دور از دسترس آب( وارد شوند در حالیکه سر گروه های محلول در آب )آبدوست( آنها در داخل فاز آبی باقی بمانند. تجمع این لیپیدها نکته 3 و تشکیل میسل بشدت بصورت تعاونی و شبیه فاز انتشار می باشد. به غلظتی که در آن این میسل ها شروع به تشکیل شدن می کنند غلظت بحرانی تشکیل مسیل Concentrations( )CMC = Critical Micellization می گویند. تشکیل میسل زمانی مساعد می گردد که مساحت سطح مقطع گروه قطبی بزرگتر از سطح مقطع زنجیره آسیل اسید چرب باشد.

3 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها دوالیه- در این حالت دو تک الیه )ورقه( لیپیدی تشکیل یک ورقه دوبعدی می دهند. تشکیل دو الیه زمانیکه مساحت سطح مقطع گروه قطبی مشابه سطح مقطع زنجیره آسیل اسید چرب باشد به آسانی صورت می گیرد. 3- لیپوزوم- از انجاییکه نواحی آبگریز در مدل دو الیه نسبتا ناپایدارند بطور خودبخودی روی یکدیگر تا خورده و ساختار ویزیکولی را تشکیل می دهند که لیپوزوم نام دارد. این ویزیکول ها ی دوالیه ای آب را در برگرفته و یک قسمت آبی مجزا ایجاد می کنند. لیپیدهای موجود در غشاء بصورت آمفی پاتیک میباشند و بیشتر بصورت گلیسروفسفولیپیدها اسفنگولیپیدها و استروئیدها دیده می- شوند. در این میان: نکته 4 فراوان ترین فسفولیپید غشای پالسمایی فسفاتیدیل کولین )لستین( می باشد. بعد از لیستین فسفاتیدیل اتانول آمین )سفالین( از فراوانترین فسفولیپیدها میباشد. گروه دیگری از فسفوگلیسیریدها پالسمالوژنها هستند که حدود 22 درصد فسفولیپیدها را در انسان تشکیل می دهند. این گروه از مولکول ها در بافتهای مغز و قلب مقدارشان بیشتر است و در غشاء سلولهای کبدی دیده نمیشوند. اما: نکته 5 فراوانترین اسفنگولیپید که دارای یک فسفوکولین اتصال یافته به گروه هیدروکسیل پایانی اسفنگوزین است اسفنگومیلین نام دارد. توزیع فسفولیپیدهای غشاء در دو الیه: تقریبا همه اسفنگومیلینها و فسفاتیدل کولینها در سطح بیرونی یا اگزوپالسمیک غشا حضور دارند در حالیکه فسفاتیدیل اتانول آمین فسفاتیدیل سرین و فسفاتیدیل اینوزیتول بیشتر در سطح داخلی یا سیتوپالسمیک قرار دارد. فسفاتیدیل اینوزیتول در سطح سیتوزولی غشا قرار دارد بنابراین به راحتی و بطور اختصاصی توسط فسفولیپاز C سیتوزلی میتواند شکافته شود. فسفاتیدیل سرین که فراوانترین نوع فسفولیپید در سطح سیتوزولی غشای پالسمایی است در مراحل ابتدایی تحریک پالکتها در سرم به سطح اگزوپالسمیک منتقل شده )احتماال توسط فلیپاز( و در آنجا موجب فعال شدن آنزیمهای دخیل در لخته شدن خون میشود. )SM( از دوالیه ای با اسفنگومیلین خالص یک دوالیه تشکیل شده از فسفوگلیسیرید مانند فسفاتیدیل کولین) PC ( ضخیم تر است. کلسترول اثر نظم دهندگی لیپیدی بر روی دوالیه فسفوگلیسیریدی دارد که باعث می شود ضخامتشان افزایش یابد ولی بر ضخامت دوالیه اسفنگومیلینی منظم اثر ندارد. گلیکواسفنگولیپیدها گلیکولیپیدهای آمفی پاتیک هستند که گروه های سر قطبی آنها قند می باشد. سربروزیدهای دستگاه عصبی دارای گاالکتوز هستند درحالیکه سربروزیدهای غیر عصبی دارای D گلوکز هستند. فرنوزین نوعی گاالکتوسربروزید است که در آن یک اسیدچرب 22

4 11 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها کربنه با پیوند آمیدی به آن اتصال دارد. گلیکواسفنگولیپیدها نیز 2 تا 12 درصد از لیپیدهای غشای پالسمایی را تشکیل می دهند و در بافت عصبی فراوانترین هستند. فراوانی نسبی یک فسفولیپید خاص در دو الیه غشای پالسمایی بواسطه قابلیت تجزیه آن توسط آنزیم های فسفولیپاز تعیین می گردد. فسفولیپیدهای سیتوزولی نسبت به فسفولیپازهایی که به محیط خارجی اضافه می شود مقاوم هستند زیرا آنزیم های مذکور قادر به نفوذ به درون غشاء نمی باشند. نکته فسفولیپاز C یک آنزیم سیتوزولی بوده و فسفولیپیدهای خاصی مانند فسفاتیدیل اینوزیتول تری فسفات )PIP3( را در سمت سیتوزولی غشاء تجزیه می کند بدلیل توزیع یکسان نبودن توزیع فسفولیپیدهای در دو الیه غشاء غشای پالسمایی تقارن ندارد. نکته هنگامی که فسفولیپاز A 2 روی یک غشاء لیپیدی لنگر انداخت ریشه با بار مثبت از جایگاه اتصال میانی آنزیم به گروه های قطبی دارای بار منفی موجود در سطح غشا اتصال می یابند. این اتصال موجب تغییر کنفورماسیون کوچکی در آنزیم شده و منجر به باز شدن کانال خطی از آمینواسیدهای هیدروفوبیک از غشای دوالیه تا جایگاه کاتالیتیک می شود. همینطور که فسفولیپید به درون کانال حرکت می کند یون 2 Ca متصل به آنزیم به گروه سر فسفولیپید متصل شده و پیوند استری را جهت شکست در جایگاه کاتالیتیک تثبیت می کند. انواع حرکت ها در غشاها: بیشتر لیپیدها و نیز پروتئینها در غشاهای زیستی دارای انواع حرکت های زیر هستند: -3 حرکات flip-flap 1- حرکت جانبی یا افقی 2- حرکت چرخشی حرکت جانبی یا افقی: شامل هم پروتئینها و هم -1 لیپیدها در غشا میشود. حرکت جانبی پروتئینهای Edidin و Frye غشایی اولین بار در سال 1792 با ایجاد هتروکاریون از طریق فرآیند ادغام مصنوعی سلول موش و انسان به کمک ویروس سندای حرکت جانبی یا

5 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 12 افقی لیپیدهای غشاء را نشان دادند. در آزمایش.L Frye and.m Edidin سلول های انسانی توسط آنتی بادی های فلورسنت ردامین )قرمز( و سلول های موشی توسط آنتی بادی های فلورسنت فلوروسین )سبز( نشاندار شده بودند. نکته 8 محققین توسط تکنیکی که به اختصار )Florescence recovery after photobleaching( FRAP نامیده میشود سرعت انتشار یا حرکت جانبی پروتئینهای غشا را تعیین میکنند. در تکنیک FRAP پروتئین خاصی را در غشا سلول توسط آنتی بادی متصل به رنگ فلورسنت نشاندار میکنند و سپس ضمن بررسی با میکروسکوپ فلورسنت به بخشی از غشا پرتوهای لیزر میتابانند. آن بخش از غشا که در معرض نور لیزر قرار میگیرد را اصطالحا ناحیه سفید شده می نامند Area( )Bleached زیرا رنگ فلورسنت آنتی بادی متصل به پروتئین غشایی ضمن برخورد با نور لیزر از بین می رود. سپس سرعت نفوذ پروتئینهای نشاندار اطراف ناحیه سفید را به داخل ناحیه مذکور اندازه گیری میکنند. این مرحله را اصطالحا مرحله بازیافت مینامند. 2- حرکت چرخشی: حرکت فسفولیپیدها در سرجای خود یا به دور خود که توسط تکنیک ESR اسپکتروم قابل ردیابی است. 3- حرکات :flip-flap یعنی اجزای غشا از یک نیم الیه به یک نیم الیه دیگر حرکت کنند که معموال خیلی آهسته و بندرت رخ داده و توسط دسته ای از آنزیم های ترانس لوکاز انجام میگیرند. نکته آنزیم فلیپاز وابسته به ATP بوده و فسفولیپیدها را از الیه خارجی غشا به الیه داخلی انتقال می دهد آنزیم فلوپاز وابسته به ATP بوده و فسفولیپیدها را از الیه داخلی غشا به الیه خارجی انتقال می دهد آنزیم اسکرامبالز وابسته به ATP نیست و فسفولیپیدها را در هر دو جهت انتقال می دهد.

6 13 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها بدلیل اینکه فلیپازی برای انتقال گلیکولیپیدها از یک سطح غشا به سطح دیگر وجود ندارد گروههای کربوهیدراتی در سطح غیرسیتوزلی باقی میمانند. لیپید رافت Raft( :)Lipid گاهی اوقات کلسترول و اسفنگولیپیدها با پروتئینها در غشاء حالتی مانند خوشه تشکیل میدهند بعد از استفاده از دترجنت ها در واقع برای استخراج غشای پالسمایی دو لیپید باقی می ماند: کلسترول و اسفنگومیلین. محققان اعتقاد دارند که چون این دو ماده در غشاهای با سیالیت کمتر یافت میشوند بنابراین میکرو د مین هایی بنام Lipid Raft را تشکیل میدهند که این میکرو د مینها بوسیله فسفولیپیدهای سیالتری که براحتی بوسیله دتر جنتها حل میشوند احاطه شده اند. این نواحی از نواحی دیگر غشاء ضخیم تر بوده و در نتیجه پروتئینهای غشایی را راحت تر در خود جای می دهند. نتایج تحقیقات بیوشیمیایی نشان دادند که GM1 )یک نوع گلیکواسفنگولیپید( و آلکالین فسفاتاز جفتی )PLAP( )یک پروتئین لنگر شده به غشا( با یکدیگر در لیپید رافت تجمع می یابند. در حالیکه گیرنده ترانسفرین) TfR ( که تمام غشاء را می پیماید در لیپید رافت حضور نمی یابد. برای قرار دادن این قطعات در غشای پالسمایی دست نخورده نشاندارشده با فلورسانس سلول ها با سم وبا )سبز( که با اتصال متقابل مولکول های GM1 ایکه با فاصله از یکدیگر قرار دارند را در کنار هم نگه می دارد و همچنین با آنتی بادی نشاندار با فلورسانس )قرمز( خاص برای هر یک از مولکول های PLAP یا TFR تیمار شدند. هر آنتی بادی می تواند مولکول های پروتئینی که از یکدیگر فاصله دارند را شناسایی نموده و در آنها را بصورت متقاطع با یکدیگر ارتباط دهد. ارتباط متقاطع موجب شود که پروتئین می وصله لیپیدها یا های بزرگتری را تشکیل دهند می که توان آنها را بوسیله میکروسکوپ فلورسانس شناسایی نمود. تصویر میکروسکوپی از یک سلول تیمار شده با سم و با آنتی بادی ضد PLAP نشان می دهد که GM1 و PLAP در وصله ه یا مشابه با یکدیگر تمرکز می یابند. حضور معرف این های ارتباط متقابل دهنده تمرکز می یابند. با هم وصله شدن نشان می دهد که هر دو GM1 و PLAP در لیپید رافت حضور دارند که در تصویر میکروسکوپی از یک سلول تیمار شده با سم و با آنتی بادی ضد TfR نشان می دهد که GM1 و TfR در وصله های جدا از هم قرار دارند این امر نشان می دهد که TfR یک پروتئین مقیم در لیپید رافت نیست. نکته 11 متیل بتا سیکلودکسترین غشا را از کلسترول خالی میکند: Raft ها بوسیله متیل بتا سیکلودکسترین تخریب میشوند.

7 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 14 عوامل موثر بر سیالیت غشاء: 1- ترکیب لیپیدها: از میان ترکیباتی که در نگه داشتن سیالیت غشاء نقش بسزایی دارد کلسترول میباشد. این ماده در میان فسفولیپیدهای غشا قرار میگیرد و بدین ترتیب حرکت تصادفی سر فسفولیپیدها را محدود میکند. در واقع کلسترول در ارتباط با سیالیت غشاء اثر دوگانه ای دارد. نکته کلسترول بطور خاص در غشای پالسمایی سلول های پستانداران به وفور یافت می شود اما در غشای پالسمایی سلولهای پروکاریوتی و گیاهی یافت وجود ندارد ارگوسترول در قارچها و سلول های مخمر و فیتواسترول )مانند استیگما استرول( در سلول های گیاهی یافت می شوند ارگوسترول فیتواسترول و کلسترول پایه و اساس ساختمان استرولی )هیدروکربن 2 حلقه ای( مشترکی دارند و تفاوت در مسیر بیوسنتز آنها اساس طراحی داروهای ضد قارچی می باشد کلسترول در غلظتهای معمولی از طریق برهمکنش حلقه استرولی خود با دم های هیدروکربنی طویل فسفولیپیدها این لیپیدها را تثبیت کرده از اینرو منجر به کاهش حرکت لیپیدها و در نهایت منجر به کاهش سیالیت غشاء میشود. در صورتیکه در غلظتهای پائین بدلیل کاهش برهمکنش های مذکور منجر به افزایش تحرک لیپیدها میشود. همچنین ترکیباتی مانند اسفنگومیلینها و فسفاتیدیل کولینها که اثر کمتری روی سیالیت غشاء دارند در سطح بیرونی غشاء قرار دارند درحالیکه فسفاتیدیل سرین فسفاتیدیل اتانول آمین و فسفاتیدیل اینوزیتول که اثر بیشتری بر سیالیت غشاء دارند در سطح سیتوزولی غشاء میباشند. 2- طول زنجیرههای هیدروکربنی: بطور کلی هر چقدر طول زنجیرهها کوتاهتر باشد تمایل به برهمکنش دنبالههای هیدروکربنی کاهش یافته و در نتیجه سیالیت غشاء بیشتر میشود. 3- درجه اشباع: وجود پیوند دوگانه در دنبالههای هیدروکربنی باعث ایجاد خمیدگی شده و این امر کنار هم قرار گرفتن مولکولها را مشکل میکند. به همین دلیل هر چه پیوند دوگانه یا دنباله هیدروکربنی غیر اشباع باشد سیالیت غشاء بیشتر میشود. 2- نوع پیوند: فسفولیپیدها از نظر تقارن به دو نوع سیس و ترانس تقسیم میشوند که در نوع سیس حرکت و جابه جایی بیشتر است. این نوع پیوند باعث خمیدگی میشود. کمپلکس آنزیمی دساچوراز که در شبکه آندوپالسمی مستقر است پیوند دوگانه با آرایش سیس را در ساختمان اسید چرب وارد میکند. 5- دما: در دماهای باالتر لیپیدهای غشاء برای سازش با شرایط دارای دنباله طویل تر و تعداد پیوندهای دوگانه کمتری میشوند. بنابراین افزایش دما منجر به افزایش سیالیت غشاء میشود. دمایی که در آن غشا از یک حالت منظم شبه ژل به سوی آرایش نامنظم شبه مایع برود دمای گذار ( m T( نامیده میشود.

8 15 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها نکته 12 در دمای کمتر از T m که غشا تمایل به حالت شبه ژل دارد کلسترول با تداخل در تعامل دمهای هیدروکربنی سیالیت غشا را زیاد میکند. در دمای باالتر از T m که غشا تمایل به حالت شبه مایع دارد کلسترول بینظمی را کاهش داده و سیالیت غشا را کاهش می- دهد. بطور مثال در زمستان که دمای هوا پایین است لیپیدهای غشایی تمایل به حالت جامد پیدا میکنند اما با حضور کلسترول این اتفاق نمیافتد و در مورد تابستان نیز برعکس است. پروتئینهای غشاء: -2-1 پروتئینهای محیطی پروتئینهای ترانس ممبران 1- پروتئینهای محیطی یا حاشیهای پروتئینهای محیطی یا حاشیهای )Peripheral( عمدتا در سطح نیمه خارجی و یا داخلی غشا حضور دارند و بطور سستی به غشا متصل بوده و با محلولهای نمکی ضعیف و تغییر قدرت یونی محیط یا تغییر ph میتوان آنها را از غشاء جدا کرد. اسپکترین و آنکرین در غشای RBC و سیتوکروم C در غشای داخلی میتوکندری از جمله پروتئینهای محیطی هستند. عمدتا پروتئینهای محیطی نقش آنزیمی دارند و به پروتئینهای سرتاسری اتصال دارند درحالیکه پروتئینهای تراغشایی اکثرا بعنوان کانال و یا حامل میتوانند عمل کنند. مهمترین آنزیمهای سطح خارجی غشای پالسمایی عبارتند از: استیل کولین استراز و آدنین دی نوکلئوتیداز. مهمترین آنزیمهای سطح درونی غشای پالسمایی عبارتند از: گلیسر آلدهید 3- فسفات دهیدروژناز آدنیالت سیکالز و پروتئین کینازها و سوکسینات دهیدروژناز )کمپلکس )II در سطح درونی غشای داخلی میتوکندری. نکته 13 سیتوزول غشای پالسمایی جایگاه سلولی الکتات دهیدروژناز )LDH( مارکر آنزیمی 55 نوکلئوتیداز آدنیالت سیکالز Na /K ATPase گلوکز 6- فسفاتاز شبکه ER دستگاه گلژی پراکسیزوم ها )میکروبادی ها( لیزوزم گاالکتوزیل ترانسفراز اکسیداز- کاتاالز اسید فسفاتاز

9 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها پروتئینهای ترانس ممبران )سراسری یا اینتگرال(: پروتئین های ترانس ممبران اتصال بسیار محکمی با غشا برقرار می کنند که این اتصال ناشی از برهمکنشهای آبگریز بین دمهای هیدروکربنی فسفولیپیدهای غشا و دومینهای آبگریز این پروتئینها می باشد. دومینهای مذکور دارای توالی از آمینواسیدهای غیر قطبی و بدون بار میباشند. در حالی که دومینهایی که در دو طرف غشا )بیرون و درون سلول( قرار میگیرند از ریشههای آمینواسیدی قطبی و باردار تشکیل شدهاند. پروتئین های ترانس ممبران را می توان توسط دترجنت ها )شوینده ها( از غشاء جداسازی نمود. نکته 14 دترجنت های روتینی که جهت جداسازی پروتئین های ترانس ممبران استفاده می شوند عبارتند از: دترجنت های یونی)دارای بار( مانند SDS )سدیم دودسیل سولفات( که موجب دناتوراسیون پروتئین ها می شود دترجنت های غیریونی)بدون بار( مانند 100-X Triton اوکتیل گلوکوزید و دودسیل اوکتااکسی اتیلن اتر که معموال ساختار چهارم پروتئین ها را تغییر نمی دهد. :)Sans cells( سلول های سانس - جهت بررسی رفتار یک پروتئین خاص مانند پمپ سدیم-پتاسیم بصورت جداگانه و در غیاب مولکول هایی که حرکت و یا فعالیت آن پروتئین را تحت تاثیر قرار می دهند از سلول های سانس استفاده می شود. - برای ایجاد سلول های سانس پروتئین هدف را از غشای پالسمایی جدا نموده و آنرا در وزیکول های مصنوعی قرار می دهند. سلول های - در سانس انتشار پروتئین ها در دوالیه های لیپیدی مصنوعی نسبت به غشای پالسمایی سلول آزادانه تر و سریعتر می باشد.

10 17 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها :)Hydropathy ایندکس یا شاخص هیدروپاتی) Index جهت پیشبینی ساختار دوم پروتئینهای ترانس ممبران از شاخصی به نام ایندکس هیدروپاتی استفاده می شود. بدین صورت که قطبیت نسبی هر آمینواسید به طور تجربی از طریق اندازهگیری تغییر انرژی آزاد )ΔG( ناشی از انتقال زنجیره جانبی آن آمینو اسید از یک حالل آبگریز به داخل آب محاسبه می نمایند. این شاخص از مقادیر بسیار انرژیزا )برای آمینواسیدهای باردار و قطبی( تا مقادیر بسیار انرژی خواه )برای آمینواسیدهای دارای زنجیره هیدروکربنی آروماتیک یا آلیفاتیک ) متفاوت است. شاخص هیدروپاتی هر ریشه آمینواسید در یک توالی با طول مشخص پنجره )window( نام دارد و برای محاسبه میانگین هیدروپاتی ریشهها در آن پنجره به کار می رود انواع پروتئین ه یا ترانس ممبران: الف( α- هلیکس: 1- تیپ I و.II پروتئینهایی که یک بار از غشا عبور میکنند مانند رسپتور LDL رسپتور انسولین و گلیکوفورین A. 2- تیپ III و.IV پروتئین هایی که چند بار از غشا عبور میکنند مانند رسپتورهای β- آدرنرژیک G -پروتئین ها باکتریوردوپیسین اکثر پمپها و کانالهای یونی. تیپ III مانند باکتریوردوپیسین که در آرکئوباکتریها دیده میشود و از هفت α- هلیکس آبگریز ترنس ممبران )7TM( تشکیل شده است. بندرت تیپ I و II در کنار یکدیگر قرار می گیرند و تیپ IV را تشکیل می دهند. 3- تیپ V و.VI پروتئینهایی هستند که از طریق لنگر غشایی به دو الیه لیپیدی غشا متصل میشوند.

11 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 18 انوع مختلف اتصاالت لنگری: 1- لنگر پالمیتوئیلی: سر کربوکسیل اسید پالمیتوئیک با گروه سولفیدریلی آمینواسید سیستئین انتهای C زنجیره پلی پپتیدی اتصال تیواستری ایجاد میکند و دم هیدروکربنی آن در دو الیه لیپیدی فرو میرود. 2- لنگر مریستاتولی: سر کربوکسیل اسید مریستیک با گروه آمین آمینواسید گالیسین انتهای N زنجیره پلی پپتیدی اتصال آمیدی ایجاد میکند و دم هیدروکربنی آن در دو الیه لیپیدی فرو میرود. پروتئین v-src از طریق لنگر مریستاتی به غشا متصل شده و دارای عملکرد میشود. 3- لنگر پرنیلی فارنیسیل و ژرانیل ژرانیل: ایزوپرنوئیدهای فارنیسیل و ژرانیلژرانیل از طریق اتصال تیواتری به سیستئین انتهای C وصل میشوند و انتهای دیگر آنها در دو الیه لیپیدی فرو میرود.پروتئینهای Rab Ras و P21 نیز از طریق لنگرهای پرنیلی فارنسیل و یا ژرانیل به غشا متصل میشوند. 4- لنگر :GPI برخی از پروتئینهای ماتریکس خارج سلولی نیز از طریق نوع سوم لنگرها یعنی گیلکوزیل فسفاتیدل اینوزیتول )GPI( به سطح غشا اتصال می یابند. در این نوع اتصاالت یک بخش اولیگوساکاریدی پروتئین سطحی غشایی را به فسفولیپید فسفاتیدیل اینوزیتول غشایی متصل میکند. نکته گلیکوپروتئین وزیکولر استوماتیتیس پروتئین های استیل کولین استراز تیروگلوبینI و گلیکولیپید A به غشا متصل میشوند. نیز از طریق لنگر GPI پروتئینهای لنگرشده از طریق GPI و پروتئینهای آسیلی در Lipid raft دیده میشوند اما پروتئینهای متصل شده از طریق گروه پرنیلی در Lipid raft دیده نشدهاند.

12 19 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها ب( صفحه β: چندین گروه از پروتئین های ترانس ممبران از طریق ساختار صفحه β ناهمسو )antiparallel( وارد غشاء می شوند. بدلیل -1 ساختارشان ساختار چهارم آنها بشکه )β-barrel( β نامیده می شود. نکته 16 پورینها ترایمرهایی از واحدهای یکسان می باشند که در هر منومر 16 زیرواحد بتا یک ساختار شبکه ای شکل با یک منفذ در مرکز را تشکیل میدهند. کربوهیدراتهای غشاء: اولیگوساکاریدهای متشکل از واحدهای قندی گلوکز گاالکتوز فوکوز سیالیک اسید N -استیل گلوکز آمین N- استیل گاالکتوز آمین و غیره به پروتئینها )گلیکوپروتئین( یا لیپیدها )گلیکولیپید( غشاء متصل می شوند. گلیکوپروتئین ها و گلیکولیپیدها دارای خاصیت آنتی ژ کنی و نقش رسپتوری دارند. ضمن اینکه در تشکیل روکش سلولی یا گلیکوکالیکس برای چسبیدن سلولهای مجاور به هم و نیز برقراری ارتباط بین سلولهای مجاور نیز عمل می کنند. گلیکوپروتئینها در غشا شاخههای کربوهیدراتی گلیکوپروتئینها به گلیکولیپیدها ده به یک میباشد. نکته 17 جانبی متعددی دارند درحالیکه گلیکولیپیدها تک شاخه ای هستند. نسبت گلیکوپروتئینها و گلیکولیپیدها در الیه خارجی غشای پالسمایی سلولهای یوکاریوت بطور زیاد وجود دارند اما در الیه داخلی غشای داخلی اندامک های درون سلولی دیده میشوند. به عبارتی الیه داخلی غشای پالسمایی و الیه خارجی غشای اندامک ها فاقد کربوهیدرات است. 1- گلیکولیپیدهای غشاء گلیکولیپیدها هیدراتهای کربنی هستند که به لیپید یا چربی اتصال یافته اند. آنها نقش فراهم آوری انرژی و عامل نشانگر در تشخیص سلولی می باشند. در مجموع در غشای سلول ها دو نوع گلیکولیپید وجو دارد: الف( گلیکوگاالکتولیپیدها و ب( گلیکواسفنگولیپدها. الف( گلیکوگاالکتولیپیدها. گلیکوگاالکتولیپیدها )یا سولفو لیپیدها( در غشای تیالکوییدی کلروپالست سلول های گیاهی به وفور یافت می شوند و 92 الی 02 درصد از کل لیپیدهای غشایی یک گیاه آوندی را تشکیل می دهند. از اینرو احتماال فراوانترین لیپیدهای غشایی موجود بر روی کره زمین می باشند. در این ترکیبات یک یا دو ریشه گاالکتوزیل از طریق پیوند گلیکوزیدی به OH کربن شماره )C3( 3 1 و 2- دی آسیل گلیسرول متصل می شوند.

13 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 21 ب( گلیکواسفنگولیپیدها. گلیکواسفنگولیپیدها در سطح خارجی غشاهای پالسمایی به وفور یافت می شوند. در این نوع لیپیدها زیر واحدهای قندی مستقیما به گروه OH کربن شماره 1 سرآمید متصل می شوند. گلیکواسفنگولیپیدها فاقد فسفات هستند و بر اساس بار الکتریکی شان در ph= 9 به دو دسته خنثی و باردار تقسیم می شوند: 1-1- سربروزیدها: یک منومر قندی )X( به کربن شماره 1 سرآمید متصل می شود. از اینرو ساده ترین گلیکولیپید محسوب می شوند. بطور مثال گاالکتو سربروزید )گاالکتوز سرآمید( در غشای پالسمایی سلول های بافت عصبی و گلوکوسربروزید )گلوکوز سرآمید( که گلیکو لیپید طبیعی نیز نام دارد در غشای پالسمایی سلول های بافت های غیر عصبی یافت می شود گلوبوزیدها: دو یا چند زیر واحد قندی )X( سه نوع از آنتی ژنهای گروه خونی وجود دارد: به کربن شماره 1 تمام انسانها دارای آنزیم هایی می باشند که آنتی ژن O را سنتز می کنند. افرادیکه که گروه خونی A دارند دارای آنزیم اضافه دیگری به اسم )X( می باشد که N -استیل گاالکتوز آمین را به آنتی ژن O اضافه می کنند. افرادیکه دارای گروه خونی نوع B هستند دارای نوع دیگری آنزیم )X( هستتند که گاالکتوز را به سرآمید متصل می شود. مانند آنتی ژن های گروههای خونی. آنتی ژن O متصل می سازد. انسانهایی که دارای گروه خونی AB می باشند دارای هر دوآنزیم نوع A و B هستند در صورتی که گروه خونی O فاقد هر دو آنزیم مذکور می باشد. آنتی ژنهای گروههای خونی A O و B آنها تنها در ترکیب هیدراتهای کربن خود متفاوت می باشند. 2- باردار )گانگلیوزیدها(: در این دسته از گلیکولیپیدها زنجیرة اولیگوساکاریدی قطبی حاوی یک یا چند اسید سیالیک (Neu5Ac) یا N -استیل نورامینیک اسید به کربن شماره 1 سرآمید متصل می شود. در گانگلیوزیدها ریشه های قندی معموال با پیوند β1 3 به یکدیگر متصل هستند. گلوبوزیدها و گانگلیوزیدها هر دو دارای چند زیر احد قندی هستند اما نقطه تمایز بین آنها این است که در ph= 9 گلوبوزیدها خنثی هستند ولی گانگلیوزیدها بار الکتروستاتیک منفی دارند.

14 21 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها نکته 18 گانگلیوزیدهای دارای یک ریشه اسید سیالیکی ( Ganglioside Mono sialic acid ( GM با 2 ریشه اسیدسیالیک را GD acid( ) Ganglioside Disialic با 3 ریشه اسیدسیالیک را ) Ganglioside Three sialic acid ( GT می نامند. حال بر اساس ترتیب جداسازی آنها در کروماتوگرافی به GM نوع اول GM 1 و به GM نوع دوم GM 2 می گویند. نکته 19 GM 1 گیرنده سم وبا در روده انسان است. 2- گلیکوپروتئینها ماکرو مولکول هایی در سطح یا ماتریکس خارج سلولی و همچنین در قسمت لومنی اندامک های درون سلولی مانند گرانول های - ترشحی و لیزوزوم ها قرار دارند. در گلیکو پروتئین ها یک یا چند زنجیر اولیگوساکاریدی بطور کواالن به یک پروتئین غشایی یا محیطی اتصال می یابد. در گلیکو پروتئین ها قسمت اولیگوساکاریدی نسبت به قسمت پروتئینی کمتر بوده و حاوی اطالعات فراوانی جهت شناسایی و اتصال به سایر پروتئین ها هستند. در گلیکو پروتئین ها اتصال قسمت اولیگوساکاریدی به قسمت پروتئینی می تواند به دو صورت باشد: 1- گلیکوپروتئین های دارای اتصاالت O- گلیکوزیدی یا :O-Link اتصال ریشه های Ser و Thr پروتئین به اولیگو ساکارید ها. 2- گلیکوپروتئین های دارای اتصاالت N -گلیکوزیدی یا :N-Link هورمون تولید کننده جسم زرد و تیروتروپین دارای اتصال ریشه های Asn پروتئین به اولیگو ساکارید ها. الیگو ساکاریدی )متشکل از واحدهای تکراری از دی ساکارید N- استیل گاالکتوز آمین 2- سولفات و N- استیل گلوکز آمین( است که با اتصال N- گلیکوزیدی به این هورمون های پروتئینی متصل می شود. دارند. اولیگوساکاریدهای با پیوند O -گلیکوزیدی کوتاهتر از اولیگوساکاریدهای با پیوند N -گلیکوزیدی اند ولی نسبت به آنها تنوع بیشتری 2-1- بیوسنتز گلیکوپروتئین های دارای اتصاالت N -گلیکوزیدی)در شبکه آندوپالسمی خشن( در فصل اندامک ها توضیح داده خواهد شد.

15 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها پروتئوگلیکانها )موکوپروتئین ها( ماکرو مولکول هایی در سطح یا ماتریکس خارج سلولی هستند که در آنها یک یا چند زنجیر گلیکوزآمینوگلیگان یا همان موکوپلی ساکاید )هتروپلی ساکاریدهای متشکل از واحدهای خطی دیساکاریدی تکراری مانند هپارین و هپاران سولفات کندروایتین سولفات اسید هیالورونیک یا هیالورونات درماتان سولفات( بطور کواالن به یک پروتئین غشایی یا ترشحی اتصال می یابد. در واقع به بخش قندی پروتئوگلیکان ها گلیکوز آمینوگلیکان گفته می شود که بیشترین قسمت آنرا تشکیل می دهد. پروتئوگلیکان ها جزء اصلی بافت همبند مانند غضروف بوده و با انجام واکنش های متقابل غیر کواالن با سایر پروتئوگلیکان ایجاد قدرت و حالت ارتجاعی این بافت ها می شوند. ساختار پروتئوگلیکان ها و پروتئین ها موجب الف- واحد پایه پروتئوگلیکان از یک هسته پروتئینی )اگرکان ورسیکان و غیره( تشکیل شده است که گلیکوز آمینو گلیکان با پیوند کواالن به آنها متصل شده است. مثال در ماتریکس صفحه مانند خارج سلولی )المینا پایه( خانواده ای از پروتئین های هسته ای وجود دارد که به هر کدام از آنها چندین زنجیر گلیکوز آمینو گلیکانی بطور کواالن اتصال یافته است. در اینجا نقطه اتصالی معموال یک ریشه Ser است که به آن گلیکوز آمینو گلیکان از طریق پل تری ساکاریدی متصل میگردد. این ریشه Ser عموما در توالی Ser-Gly-X-Gly قرار میگیرد. البته هر پروتئینی با این توالی به گلیکوز آمینو گلیکان ها متصل نمی گردد. انواع پروتئوگلیکان ها بر اساس جایگاه و پروتئین مرکزی جایگاه خارج سلولی داخل غشایی )دارای دومن ترانس ممبران( مختص سیستم عصبی پروتئین مرکزی اگرکان و ورسیکان سین دکان و CD48 نوروکان سربروکان و فسفاکان 2-3- لکتین ها لکتین ها که در همه موجودات )اعم از گیاهان جانوران باکتریها و ویروسها( وجود دارند پروتئینهایی هستند که میل ترکیبی و ویژگی باالیی برای اتصال به کربوهیدراتها دارند. این پروتئینها می توانند در غشاء یا سیتوزول فعالیت نمایند. لکتینها در انواع زیادی از فرایندهای شناسایی سلول-سلول پیام رسانی و چسبندگی نقش دارند و در هدایت پروتئینهای داخل سلولی تازه سنتز شده شرکت می کنند.

16 23 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها در آزمایشگاه از لکتین های تخلیص شده گیاهی به عنوان معرف های مفید جهت شناسایی و تفکیک گلیکوپروتئین های با بخشهای الیگوساکاریدی مختلف استفاده میشود. سلکتینها خانوادهای از لکتینهای غشا پالسمایی هستند که در شناسایی و چسبندگی سلول-سلول دخالت میکنند. لکتین های بقوالت نوع لكتین نمونه کاربرد - کونکاوالین )Con )A A گریفونیا- سیمپلیسیفولیا )لکتین 2( و لکتین نخود فرنگی آگلوتینین آگلوتینین جوانه گندم و سویا )WGA( مطالعه سطوح سلول های طبیعی و سرطانی - ریسین گلیکوپروتئین سیتوکسیک ناشی از بذر گیاه کرچک سموم باکتریایی انتروتوکسین حساس به گرمای اشرشیاکلی و سم وبا هماگلوتینین )HA( پروتئین سطحی ویروس آنفلونزا مسئول اتصال به سلول میزبان و پیوست های غشا پروتئین I ویروس فلج اطفال )1 )VP لکتین های نوع C لکتین های نوع S پروتئین سطحی ویروس فلج اطفال گیرنده آسیالوگلیکوپروتئین پستانداران سلکتین ها و پروتئین متصل شونده به مانوز. مسئول اتصال به سلول میزبان و پیوست های غشا با ناحیه وابسته به 2 Ca شناسایی کربوهیدرات )CRD( مشخص می شوند. مانند پروتئین متصل شونده به مانوز سلکتین ها و گیرنده آسیالو گلیکوپروتئین ها. به β -گاالکتوزید متصل شده و در تعامل های سلول- سلول و سلول- بستر نقش دارند. گاالکتین- 1 - لکتین های نوع P لکتین های نوع I اعضای ابر خانواده ایمنوگلوبین ها گیرنده مانوز 6- فسفات حرکت لنفوسیت T به بافت عفونتی چسبیدن ماکروفاژها به سلول های مختلف با واسطه سیالو ادهزین به گلوکز با واسطه کالنکسین )یک چاپرون 2-4- برخی وظایف گلیکوپروتئین ها: 1- کمک به فلدینگ صحیح گلیکوپروتئین های دارای اتصاالت گلیکوزیدی N-Link موجود در غشای شبکه آندوپالسمی(. -2 هدایت پروتئین های لیزوزومی به این اندامک توسط مانوز 6- فسفات. 3- حفاظت گلیکوپروتئین های دارای اتصاالت گلیکوزیدی N-Link توسط اسید سیالیک انتهایی زنجیره های اولیگوساکاریدی. 2- شناسایی تخمک توسط اسپرم از طریق اولیگوساکاریدهای خاصی در الیه کربوهیدراتی سلول تخمک صورت میگیرد. - آنزیم هیالورونیداز موجود در اسپرم موجب هیدرولیز پوشش گلیکوزآمینوگلیکان خارجی اطراف تخمک شده که امکان نفوذ اسپرم را فراهم میکند. 5- عامل ایجاد فرآیند ممانعت تماسی) contact )Inhibition بخش قندی سطح سلولی است. 6- هلیکوباکتر پیلوری توسط لکتین غشاء باکتری و الیگو ساکارید اختصاصی گلیکوپروتئین سلول اپیتلیال معده مورد شناسایی قرار میگیرد. هلیکوباکتر در افراد دارای گروه خونی O بیشتر نفوذ میکند و در این افراد بیشتر زخم معده ایجاد میکند. چون شاخص گروه b خون O که برای گیرنده لکتین باکتری است یعنی Le در این افراد بیشتر است. نکته 21 از معرف )Periodic Acid Schiff( PAS برای مشخص کردن کربوهیدراتها استفاده میشود.

17 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها گلیکوگالیکس گلیکوپروتئینی غنی از قند در سطح میکروویلیهای سلولهای روده ای است. گلیکوگالیکس نقش پشتیبانی داشته و سلول را در برابر آسیب های مکانیکی و شیمیایی محافظت میکند. همچنین برخی ویتامین ها و قندها برای ورود به سلولهادر منطقه گلیکوگالیکس سطح سلول تغییراتی را متحمل میشوند )مثال تبدیل دی ساکارید به منوساکارید(. گلیکوکالیکس در شناسایی سلول- سلول و امکان برقراری اتصالهای سلولی موثر است. در برخی ناراحتیهای دستگاه گوارش مثل زخم معده یا زخم روده کاهش ضخامت و تحلیل رفتگی گلیکوکالیکس در سطح میکروویلیها عامل مهمی برای بروز ناراحتیهاست. گلیکوکالیکس از دو بخش دانه دار و رشته ای تشکیل شده است. آنزیمهایی مانند دی ساکاریداز )مالتاز و الکتاز( در بخش دانه دار وجود دارند. نکته 21 گلیکوکالیکس را میتوان با رنگ آمیزیهای مختلف از جمله رتینوم رد که میل دارد با لکتین ترکیب شود مشاهده کرد. انتقاالت غشایی دوالیه لیپیدی بدون پروتئین اساسا نسبت به مولکولهای بزرگ قطبی و یونها ناتراوا میباشد و انتقال این ترکیبات در جهت یا خالف جهت شیب الکتروشیمیایی بوسیله پروتئینهای غشا انجام میگردد که این عملکرد توسط کانالها پمپها و حاملین غشایی انجام میشود. بطور کلی نفوذپذیری غشا تحت تاثیر دو عامل مهم اندازه مولکول مورد نظر جهت انتقال و بار الکتریکی آن )شیب الکتروشیمیایی( میباشد بطوریکه هر چقدر مولکول کوچکتر و غیر قطبی باشد به راحتی میتواند از غشا عبور کند. ملکول- های غیر قطبی و کوچک نظیر DNP N2 CO2 O2 بنزن و اتانول به آسانی از خالل دو الیه لپییدی عبور میکنند. دارند. CO2 میتواند از غشا براحتی طبق پدیده انتشار ساده عبور کند. اما HCO3ˉ قادر به خروج از سلول به روش انتشار ساده نیست. ملکولهای قطبی کوچک بدون بار نظیر H2O گلیسرول و اوره نیز از لحاظ نفوذپذیری از خالل دوالیه لیپیدی در درجه دوم قرار دوالیه لیپیدی نسبت به ملکولهای قطبی بزرگ بدون بار نظیر گلوکز و ساکارز همچنین نسبت به ملکولهای قطبی بزرگ باردار )آمینواسیدها ATP گلوکز 6 - فسفات پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک( ناتراو است. دو الیه لیپیدی نسبت به ترکیبات باردار نظیر یونها نیز ناتراو است.

18 25 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها انواع انتقاالت غشایی 1- از نظر جهت جابجایی: 1-1- یونی پورت) Uniport ( 1-2- سیمپورت) Symport ( 1-3 -آنتیپورت) Antiport (. 2- از نظر صرف انرژی: 2-1- انتشار ساده 2-2- انتشار تسهیل شده 2-3- انتقال فعال. 1- انواع انتقال از نظر جهت انتقال پروتئینهای حامل یا پرمئاز بطور اختصاصی به مولکول خاصی متصل شده و با تغییر آرایش فضایی آن را در جهت شیب غلظت انتقال میدهند. سرعت انتقال بوسیله حامل کمتر از کانال است. پرمئازها به سه گروه تقسیم میشوند: 1-1- یونی پورت) Uniport (: هستند. پرمئازهای یونیپورت گلوکز که گلوکز را در جهت شیب غلظت به داخل سلول وارد میکنند دارای 12 زنجیره α عبورکننده از غشا 1-2- سیمپورت) Symport (: انتقال گلوکز از لومن روده به سلولهای پوششی روده توسط سیمپورت گلوکز - سدیم و به روش انتقال فعال ثانویه صورت میگیرد. ورود گلوکز از سلولهای پوششی روده به مایع خارج سلولی )خون( توسط پرمئاز یونی پورت GLUT2 صورت میگیرد. ورود گلوکز از خون به سلول ها توسط GLUTهای دیگر صورت میگیرد. نکته 22 : GLUT1 در اریتروسیتها وجود دارد. :GLUT2 عالوه بر سلولهای پوششی روده در غشای سلولهای کبدی و جزایر النگرهانس نیز حضور دارد. با افزایش گلوکز خون مثال پس از صرف غذا GLUT2 حاضر در غشای سلولهای کبدی گلوکز را وارد کرده و آن را بصورت گلیکوژن ذخیره میکنند. با کاهش گلوکز خون گلیکوژن کبدی تجزیه شده و گلوکز آزاد شده از طریق GLUT2 از سلول خارج و وارد خون میشود. همچنین با افزایش گلوکز خون مثال بعد از صرف غذا GLUT2 حاضر در غشای سلولهای النگرهانس گلوکز را وارد این سلولها کرده و انسولین ترشح میشود. : GLUT3 در سلولهای عصبی مغز دیده میشود. :GLUT4 فقط در سلولهای قلبی چربی و عضله حضور دارد که در پاسخ به انسولین گلوکز را وارد این سلولها میکنند. بنابراین میزان گلوکز را پایین میآورند. * :GLUT5 در سلولهای بیضه اسپرمی کلیه و روده کوچک حضور دارد و فروکتوز را منتقل میکنند. ورودگلوکز به مغز گلبول قرمز سلولهای بتای جزایر النگرهانس پانکراس و کبد به انسولین وابسته نیست.

19 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها آنتیپورت) Antiport (: ) یا باندIII در غشای گلبول قرمز قرار دارد و یک پرمئاز آنتی پورت است. کانال کانال آنیونی Exchanger1()AE1( Anion آنیونی بصورت آنتی پورت بی کربنات )HCO3ˉ( را از گلبول قرمز خارج کرده و همزمان یون کلرید )Clˉ( را وارد میکند. 2- انتقاالت غشایی از نظر صرف انرژی 2-1- انتشار ساده عبور ملکولهای غیر قطبی )هیدروفوب( و کوچک نظیر DNP N2 CO2 O2 بنزن اتانول گلیسرول و اوره از عرض غشا بصورت مستقل از پروتئینهای غشایی در جهت شیب غلظت را انتشار ساده گویند. Na فراوانترین کاتیون خارج سلولی است در حالیکه بطور عمده در تعادل با Clˉ برون سلولی است. غلظت باالی در تعادل است. K K فراوان ترین کاتیون داخل سلولی است. غلظت باالی Na برون سلولی درون سلولی با انواعی از یون های باردار منفی درون سلولی و پروتئینها تراوایی غشا نسبت به آب توسط پورینهایا کانالهای آبی که آکواپورین )AQP( نامیده میشوند افزایش مییابد. این کانالها در غشای اریتروسیتها و سایر سلولها نظیر سلولهای کلیه که آب را از ادرار بازجذب میکنند به تعداد زیاد یافت میشود. نکته 23 انواع آکواپورین ها در غشاهای سلولی مختلف: آکواپورین AQP-1 AQP-2 موقعیت و نقش بازجذب آب در توبولهای پروگزیمال ترشح مایع زاللیه در چشم و مایع مغزی نخاعی در CNS نفوذپذیری آب در مجاری جمعکننده کلیه )نقصها منجر به دیابت بی مزه می شوند( احتباس آب در مجاری جمع کننده کلیه باجذب آب مغزی نخاعی در CNS تنظیم ادم مغزی ترشح مایع در غدد بزاقی غدد اشکی و اپیتلیوم حبابچه ریوی AQP-3 AQP-4 AQP انتشار تسهیل شده در انتقال غیرفعال از نوع انتشار تسهیل شده عبور ملکولها از عرض غشا در جهت شیب غلظت شیمیایی یا الکتروشیمیایی به وسیله پروتیئنهای کانال و یا پروتئینهای حامل یا ناقل )Carrier( یا پرمئاز تسهیل میشود. حامل ها مانند ناقل گلوکز دارای دو کنفورماسیون هستندو در زمان انتقال بطور برگشت پذیر و تصادفی بین این دو کنفورمایسیون تغییر می کنند. در یک کنفورماسیون این حامل جایگاه اتصالی برای گلوکز را در خارج سلول در معرض قرار می دهد و در کنفورماسیون

20 27 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها دیگر این جایگاه را بسمت داخل سلول در معرض قرار می دهد. جایگاه اتصال موجود در حامل گلوکز برای D -گلوکز بسیار انتخابی عمل کرده و حتی انانتیومر )تصویر آیینه ای( L -گلوکز را انتقال نمی دهد. پروتئینهای کانال پروتئینهای IMP هستند. بخش داخلی کانال از آمینواسیدهای آبدوست مفروش است. ملکولی که از خالل کانال عبور میکند به کانال وصل نمیشود.کانالها انتخابی هستند ولی انواعی از کانال های غشایی موسوم به منفذ )pore( فاقد این خصوصیت است. جریان انتقال مواد از خالل کانال غشایی بوسیله کنترل باز و بسته شدن دروازه )gate( کانال انجام میگیرد. بر این اساس کانالها را به چند گروه تقسیم میکنند مانند: کانالهای وابسته به تغییر ولتاژ نظیر کانال پتاسیم کانال سدیم کانال کلسیم کانالهای وابسته به لیگاند نظیر کانال استیل کولین و یا کانال یون کلرید که توسط camp باز و بسته میشود کانال پتاسیم و نحوه جداسازی یونها در آن کانالهای پتاسیم در غشای پالسمایی تقریبا همه سلولهای جانوری پیدا میشوند. این کانالها با تراوا ساختن غشای پالسمایی نسبت به K نقش مهمی را در حفظ پتانسیل غشا در همه غشاهای پالسمایی ایفا میکنند. این کانال از 2 زیرواحد همسان گذرنده از غشا تشکیل شده است که در کنار همدیگر باعث بوجود آمدن یک روزنه در غشا میگردند. هر زیرواحد آن از دو مارپیچ آلفا تشکیل شده است. بخش اعظم علت پتانسیل استراحت غشا به خاطر اختالف غلظت پتاسیم درون و برون سلولی و خروج پتاسیم از طریق کانال نشتی پتاسیم ایجاد میشود. سطح داخلی منفذ این کانال- ها به علت مفروش شدن توسط بارهای منفی فقط اجازه عبور به یونهای مثبت را میدهد. پس از داخل این کانال یونهایی همانند کلر که دارای بار منفی هستند قادر به عبور نخواهند بود. اما یونهایی همانند سدیم و پتاسیم که بار مثبت دارند از قسمت ابتدایی کانال که وستیبول )Vestibule( نام دارد عبور میکنند سپس وارد قسمت دیگری بنام Selectivity Filter میشوند. یونهای Na و K ابتدا در وستیبول تحت تاثیر میدان الکتریکی خود دچار هیدراتاسیون میشوند. در این مرحله چون سدیم دارای دانسیته بار زیادی نسبت به پتاسیم میباشد بیشتر از پتاسیم تحت تاثیر قرار میگیرد. سپس در مرحله بعد یونها برای عبور از selectivity filter باید دچار دهیدراتاسیون شوند بدین منظور یون های پتاسیم به علت بزرگی به راحتی قادر خواهند بود که با هر 2 لوپ کربوکسیل )-COO( موجود در این قسمت اتصال برقرار کرده و دهیدراته شوند. یونهای سدیم که کوچکتر از یونهای پتاسیم میباشند فقط با 2 تا از لوپها اتصال برقرار میکنند و نمیتوانند دهیدراته شوند در نتیجه یونهای سدیم نمیتوانند از منفذ عبور کنند.

21 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 28 غلظت سدیم برون سلولی نسبت به درون سلول بسیار زیاد است. با تغییر ولتاژ در سلول عضالنی و یا عصبی کانال سدیم باز شده و سدیم در جهت شیب الکتروشیمیایی وارد سلول می شود. در نتیجه غلظت سدیم درون سلولی افزایش یافته و دپلیمریزاسیون غشای سلول عصبی یا عضالنی صورت میگیرد کانال وابسته به لیگاند: کانال نیکوتینیک اسید- استیل کولین رسپتور استیل کولین است. استیل کولین از انتهای اعصاب ترشح شده و به رسپتور خود در سطح سلولهای عضالت اسکلتی متصل میشود. کانال باز می شود و کاتیونها بطور انتخابی از خالل آن عبور کرده و وارد سلول عضله اسکلتی می شود. پیامد این امر تغییر اختالف پتانسیل غشا و وقوع وقایعی که منجر به انقباض ماهیچهای میشود. این کانال شامل 5 زیرواحد α2βγδ است. استیل کولین به دو زیرواحد α که اغلب گلیکوزیله و فسفریله هستند متصل میشود )کانال نیکوتینیک اسید- استیل کولین یک گلیکوپروتیئن است( تغییر آرایش فضایی رخ میدهد و کانال برای عبور کاتیون باز میشود. بسته شدن کانال در عرض چند میلی ثانیه رخ میدهد. استیل کولین استراز استیل کولین را به کولین و استات هیدرولیز کرده و باعث برداشت لیگاند از روی گیرنده خود شده و منجر به بسته شدن کانال میشود. نکته سوکسینل کوآ این کانال را مهار میکند پس یک شل کننده عضالنی است در بیماری میاستنی گراویس علیه گیرنده های استیل کولینی آنتی بادی آزاد شده و منجر به مهار این گیرنده ها و در نهایت موجب ضعف عضالنی می شود داروی کورار سم d- توبوکوراین و سموم استخراجی از مارها نظیر سم بونگارو سم ا رابو و سم کبرا این کانال را تحریک می کنند.

22 29 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 2-3- انتقال فعال انتقال فعال اولیه: منبع انرژی انتقال فعال اولیه ATP است. پمپهای ATPase انتقال فعال را جهت شیب خالف در الکتریکو شیمیایی انجام داده و قابل اشباع هستند. انواع مختلف انتقال فعال توسط پمپ های مختلفی صورت می گیرد: انتقال دهندههای ATPase نوع P انتقال دهنده های کاتیونی با دو نوع زیرواحد α و β هستند و ضمن انتقال مواد فسفریله و دفسفریله میشوند. - انتقال دهنده های ATPase نوع P شامل: الف( پمپ Na K- ATPase به ازای هر ملکول ATP که هیدرولیز میکند سه یون Na را در خالف جهت شیب الکتروشیمیایی از سلول خارج و دو یون K الکتروشیمیایی وارد سلول میکند. از اینرو این پمپ یک پمپ الکتروژنیک است. هستند. را در خالف جهت شیب پمپ سدیم- پتاسیم تترامری شامل 2 زیرواحد α و دو زیرواحد β میباشد. زیرواحدهای βی پمپ سدیم- پتاسیم اغلب گلیکوزیله مکانیسم عمل پمپ سدیم- پتاسیم به این ترتیب است که ابتدا سه یون Na به جایگاه اتصالش در بخش سیتوزولی پمپ وصل میشود. سپس پمپ توسط یک پروتئین کیناز با انتقال فسفات از ATP به ریشه 367 )آسپارتیل( زنجیره α فسفوریله میشود. فسفریالسیون پمپ سدیم- پتاسیم منجر به تغییر در ساختمان فضایی این پمپ میشود بطوریکه کاتیون های Na به خارج سلول منتقل میشوند. سپس دو K کاتیون به جایگاه اتصالش در سطح خارج سلولی پمپ وصل شده و هنگامیکه ساختمان فضایی پمپ مجددا با دفسفوریالسیون پمپ تغییر میکند دو کاتیون K به داخل سلول منتقل میشود. بنابراین خروج Na از سلول وابسته به فسفوریالسیون پمپ است.

23 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 31 نکته 25 گلیکوزیدهای قلبی یا استروئیدهای کاردیوتونیک steroids( )cardiac glycosides or cardiotonic مانند استروفانتیدین دیجیتالیس و اوبائین )Ouabain( پمپ سدیم- پتاسیم را مهار می کنند. اوبائین با K برای جایگاه اتصال آن رقابت میکند. 2 ب( پمپ :Ca ATPase پمپ 2 Ca ATPase در غشای پالسمایی غشای شبکه آندوپالسمی و غشای شبکه سارکوپالسمی وجود دارد. این پمپ با مصرف یک مولکول ATP به منظور کاهش مجدد غلظت کلسیم داخل سیتوزولی دو یون 2 Ca را به خارج سلول یا به درون لومن شبکه آندوپالسمی پمپ میکنند. در سلولهای یوکاریوتی Ca 2 ATPase توسط پروتئینهای متصل شونده به کلسیم نظیر کالمودولین تنظیم میشود. هنگامیکه غلظت سیتوزولی را فعال میکند تا کاتیون 2 Ca Ca 2 زیاد است کمپلکس کالمودولین- کلسیم به Ca 2 ATPase ها وصل میشود و این پمپها را به خارج سلول یا به داخل لومن ER پمپ کنند. دومین اتصال به ATP و فسفریالسیون )ریشه آسپارتیل 351( در سمت سیتوزولی این پمپ قرار دارد. در داخل سلول کلسیم درون اندامکهای ER و میتوکندری ذخیره میشود. زمانیکه کانالهای کلیسم موجود در غشای پالسمایی و غشای ER و میتوکندری باز میشوند غلظت سیتوزولی کلسیم بطور آنی و به مقدار زیادی افزایش مییابد. ج( پمپ H K- ATPase با صرف ATP پتاسیم را به داخل سلولهای اپیتلیالی معده وارد کرده و H را به داخل لومن معده پمپ می کند )برای اسیدی کردن معده(. اتصال هیستامین به گیرنده اش اتصال وزیکول های حاوی پمپ های H K- ATPase به غشای پالسمایی را تحریک می کند.

24 31 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها انتقال دهنده های ATPase نوع V در غشاهای وزیکولی قرار دارند. این انتقال دهنده ها از نوع تک انتقال دهنده ها H ATPase هستند که در غشای لیزوزوم آندوزوم وزیکولهای ترشحی سلولهای جانوری و غشای واکوئل گیاهی قرار دارند و ph این اندامک ها را کاهش می دهند انتقال دهنده های نوع F بعنوان H ATPase با هیدرولیز ATP یون را پمپ H می کنند. البته کملپکس III I و IV در غشای پالسمایی باکتریها غشای داخلی میتوکندری و غشای تیالکوئید کلروپالست پمپهای پروتونی هستند که جزو انتقال دهنده های F دسته بندی میشوند در جهت عکس با استفاده از شیب الکتروشیمیایی H ATP تولید می کنند. پمپ پروتونی که برای انتقال فعال یونهای پروتون مستقیما از انرژی نورانی استفاده میکند پروتئینی موسوم به باکتریورودپسین است که در غشای باکتریهای نمک دوست )هالوفیل ها( دیده میشود. این پمپ گروه پروستتیکی موسوم به all-trans retinal دارد که در جذب انرژی نورانی فعال است پروتئین انتقالی دارای کاست)باند( اتصال به )ABC( ATP T( دارای یک ساختار چهار دومینی است دو د مین ترانس ممبرانی )دومین ABC هرملکول که ملکولها را منتقل میکنند و دو دومین سیتوزولی متصل به ATP میباشند )کاست ATP یا دومین A(. دومین خارج سلولی گلیکوزیله می باشد. پروتئینهای ABC در باکتریها هم برای خروج و هم برای ورود مواد مختلف مانند یون ها فلزات قندها آمینو اسیدها پپتیدها و پروتئین ها به سلول اختصاص یافته اند ولی درسلولهای یوکاریوتی بیشتر برای خروج مواد استفاده میشوند. انواع متعددی از پروتئین های ABC وجود دارند مانند: الف( پروتئین انتقالی مقاوم به دارو )MDR1( عضوی از ابرخانواده ABC هاست. این پروتئین با استفاده از انرژی حاصل از هیدرولیز ATP تعداد زیادی از داروها نظیر کلشی سین و وینبالستین را از سیتوزول به خارج سلولی پمپ میکنند. از اینرو موجب مقاومت در برابر داروهایی نظیر داروهای شیمی درمانی می شوند. بیشتر داروهایی که از طریق این پروتئین انتقالی منتقل میشوند ملکولهای هیدروفوبیک هستند.

25 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 32 در مهرهداران یک ABC ترانسپورتر بنام TAP در غشای شبکه آندوپالسمی وجود دارد که پپتیدهای بیگانه را به شبکه آندوپالسمی انتقال میدهد. پپتید بیگانه در نهایت همراه ملکولهای MHC کالس I در سطح سلول برای عرضه به سلولهای CD8 T بارز میشود. پروتئینهای ABC که سوبستراهای محلول در لیپید را منتقل میکنند ممکن است بوسیله یک مکانیسم فلیپازی عمل خود را انجام دهند. در مدل فلیپازی فعالیت MDR1 یک ملکول سوبسترا در سطح سیتوزولی غشای پالسمایی انتشار یافته و سپس توسط فرایندی وابسته به ATP به سطح اگزوپالسمیک غشا برگردانده شده و نهایتا از غشا به فضای بین سلولی وارد میشود. ب( تنظیم کننده هدایت ترانس ممبران فیبروز کیستیک )CFTR( در انتقال می شود. - Cl نقش داشته و نقص آن منجر به بیماری فیبروز کیستیک انتقال فعال ثانویه: منبع انرژی انتقال فعال ثانویه از حرکت یونها در جهت شیب پتانسیل الکتروشیمیایی تامین میشود در سلولهای جدار روده و سلولهای توبولینی کلیه پروتئین انتقال دهنده ای وجود دارد که بطور سیمپورت گلوکز و کاتیون Na را به درون سلول منتقل میکند. این پروتئین دو ملکول Na را در جهت شیب الکتروشیمیایی و ملکول گلوکز را در خالف جهت شیب شیمیایی به داخل سلولهای پوششی روده منتقل میکند. به عبارتی این پمپ بخشی از انرژی که از انتقال یون های Na در جهت شیب الکتروشیمیایی حاصل میشود را صرف انتقال ملکولهای گلوکز در خالف جهت شیمیایی میکند در غشای باکتری اکولی پرمئاز الکتوز حضور دارد. پرمئاز الکتوز ضمن وارد کردن یونهای H در جهت شیب غلظت الکتروشیمیایی به درون سلول بصورت سیمپورت الکتوز را هم در خالف جهت شیب شیمیایی وارد سلول میکند. اکسیداسیون انواع مختلفی از سوخت ها محرک انتقال اولیه پروتون به خارج از سلول می باشد. این عمل هم شیب غلظت پروتون و هم پتانسیل الکتریکی عرض غشاء )در سمت داخل منفی( را فراهم می سازد. پمپ مذکور توسط یون - سیانور ( )CN مهار می گردد.

26 33 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها مقایسه انتشار ساده با انتقاالت بواسطه کانال یا حامل )تسهیل شده و فعال اولیه و ثانویه(: -1 انتشار ساده پدیده فیزیکی رخ داده و تا زمانیکه از نظر سطح مقطع غشاء محدودیتی نباشد اشباع نمی شود. 2- انتقاالت بواسطه کانال یا حامل )تسهیل شده و فعال اولیه و ثانویه( پس از اندک زمانی بدلیل حداکثر فعالیت حامل ها و ناقل ها اشباع شده و همانطور مه در منحنی آن مشاهده می شود به یک سرعت ماکزیمم می رسد. پتانسیل الكتریكی بین دو سوی غشا در تمام سلولهای بدن پتانسیل های الکتریکی بین دو سوی غشا وجود دارد. بعضی از سلولها مانند سلولهای عصبی و عضالنی که سلول های تحریک پذیر نامیده می شوند می توانند تغییراتی در پتانسیل غشای سلول خود ایجاد کنند. پروتئین های سلولی و گروه های فسفات ATP و سایر مولکول های آلی در ph معمول سیتوپالسم سلول بار منفی دارند. از آنجاییکه غشای سلول نسبت به آنها نفوذ ناپذیر است و در نتیجه این مولکول ها قادر به ترک سلول نیستند تعداد بار های منفی)آنیون( در داخل سلول ثابت می ماند. این امر موجب می شود یون های معدنی حاوی بار مثبت )کاتیون ها( را که به اندازه کافی برای انتشار از طریق منافذ غشا سلول کوچک می باشند از مایع برون سلولی به درون سلول جذب شوند تا بار منفی را خنثی سازند )به تعادل برسند( اما عمال این تعادل به مفهوم تئوری اتفاق نمی افتد )علت آن در ادامه بحث می شود(. به عبارت دیگر توزیع کاتیون های معدنی کوچک ( عمدتا 2 Na K و )Ca بین بخش های درون سلولی و برون سلولی توسط یون های آنیون های ثابت در درون سلول تحت تاثیر قرار می گیرند. بعنوان مثال از آن جایی که غشا از بین کاتیون ها نسبت به نسیت به آنیون های ثابت درون سلول بیشتر از سایر کاتیون ها در درون سلول انباشته می گردد. K نفوذ پذیری بیشتری دارد K در اثر جاذبه الکتریکی اش بنابراین به جای توزیع نابرابری از برابر یون ها بین بخش های درون و برون سلولی ایجاد می شود. در اثر این توزیع نابرابر و همچنین عملکرد پمپ های Na K/ ATPase هر سلول همانند یک باطری دچار یک اختالف پتانسیل می شود که قطب مثبت آن در بیرون و قطب منفی آن در داخل غشا سلول قرار گرفته است. این اختالف پتانسیل که به عنوان پتانسیل غشا Potential( )Membrane شناخته می شود بر حسب میلی ولت )mv( اندازه گیری می شود و اهمیت فوق العاده ای در انقباض عضله تنظیم ضربان قلب تولید تکانه های عصبی و سایر وقایع فیزیولوژیک دارد.

27 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها 34 پتانسیل تعادلی پتانسیل تعادلی عبارتست از ولتاژ فرضی تولید شده در دو سوی غشا در صورتی که فقط یک یون توانایی انتشار از طریق غشا را داشته با شد. از آنجایی که غشا نسبت به K بسیار نفوذ پذیر است می توان فرض کرد که پتانسیل تعادلی غشا به پتانسیل حاصل از K نزدیکتر است. تقریبا عمال نیز همین طور است چون در نقطه تعادل بارهای دو طرف غشا همانطور که قبال گفته شد از بین کاتیون ها اختالف غلظت K طرفین غشا خواهد شد. * همانطور که در باال اشاره شد K داخل سلول بیشتر از بیرون سلول خواهد شد )چون K نفوذ پذیری بیشتری دارد( در نتیجه این امر پتانسیل غشا نزدیک به پتانسیل حاصل از آنیون های ثابت داخل سلول بطور کامل خنثی نمی شوندیا بعبارتی بارها متعادل نمی شوند چون K کافی در داخل سلول وجود ندارد تا آنیون های ثابت را خنثی سازد. بنابراین در حالت تعادل غلظت بارهای منفی درون غشا سلول از بیرون آن بیشتر خواهد شد. * در این شرایط بزرگی اختالف بار یا اختالف پتانسیل در دو طرف غشا که بطور عملی اندازه گیری شده است حدود 71 mv است. نحوه محاسبه این پارامتر در ادامه بحث می شود. معادله نرنست equation( )Nernst پتانسیل غشا به طور دقیق شیب انتشاری یون ها را متعادل ساخته و از حرکت خالص یک یون خاص ممانعت به عمل می آورد. از آنجایی که شیب غلظتی به اختالف غلظت یون مربوط می باشد میزان پتانسیل تعادلی نیز به نسبت غلظت های یون در دو طرف غشا بستگی دارد. معادله نرنست این امکان را فراهم می سازد تا پتانسیل تعادلی مطرح شده به طور نظری برای یک یون خاص باغلظت معلوم محاسبه گردد: که در این معادله E منابع علمی بیوشیمی( یا )در Δψ G R )در منابع علمی علوم سلولی( مقدار پتانسیل تعادلی است ثابت گازها T دمای مطلق برحسب کلوین F ثابت فارادی n بار یون C outside غلظت یون در بیرون سلول C inside غلظت یون در درون سلول باید توجه کرد که کاربرد معادله نرنست در مورد پتانسیل تعادلی یک کاتیون زمانی که C inside بیشتر از C outside باشد حاصل منفی ارائه خواهد داد. به عنوان مثال اگر ما به جای C غلظت یون Na خواهد بود. با همین روش پتانسیل تعادلی یون 71 mv E( K باغلظت واقعی مشخص) K را جایگزین کنیم پتانسیل تعادلی یون K ( Na E( پس از محاسبه برابر 62 mv می شود. * عالمت ) و -( به کار رفته در مورد این اعداد قطبیت درون سلول را نشان می دهد. وقتی عدد مذکور با عالمت منفی بیان می شود بیانگر این است که قطبیت مثبت دارد. داخل سلول قطبیت منفی دارد یا وقتی عدد مذکور با عالمت مثبت بیان می شود بیانگر این است که داخل سلول

28 35 زیست شناسی سلولی و مولکولی: فصل 2 -غشاهای زیستی و اعمال آنها بنابراین پتانسیل برابر معادل 62 mv می بایست از انتشار باشد بایستی از انتشار یون 71 mv به داخل سلول ممانعت بعمل آورد. در صورتی که اگر پتانسیل Na K به بیرون از سلول جلوگیری شود. مشخصا پتانسیل غشا نمی تواند در یک زمان شامل هر دو مقدار باشد. در واقع پتانسیل غشا به ندرت هر یک از دو مقدار را شامل شده بلکه به جای آن در نقطه ای بین این دو حد قرار می گیرد. این مقدار پتانسیل استراحت غشا potential( )Resting نام دارد. * پتانسیل استراحت غشا اغلب سلول های بدن در محدوده mv بسیار نزدیک به مقداری است که برای پتانسیل نرنست یون باشد و پتانسیل تعادلی را برقرار می سازد. 05 تا 65 mv قرار می گیرد. همان طور که مشاهده می شود این مقدار K در باال محاسبه شده بود یعنی زمانی که K تنها یون قابل عبور از غشا * البته بین پتانسیل تعادلی محاسبه شده برای mv( 71 ( و پتانسیل استراحت که عمال اندازه گیری شده است mv( 92 ( اختالف K وجود دارد که بدلیل نفوذ پذیری کم غشا به Na توسط یک کانال نشتی Na است. * پتانسیل استراحت غشا کامال با پتانسیل تعادلی یون Na متفاوت است. علت آن این است که غشا نسبت به یون پذیر از یون Na است. K بسیار قابل نفوذ * با استفاده از تکنیک Patch clamping می توان ولتاژ عبوری یک کانال یونی روی غشای سلولی را بطور مستقیم اندازه گیری نمود. نقش پمپ Na /K ATPase از آنجایی که پتانسیل غشا از پتانسیل تعادلی منفی تر می باشد در نتیجه 3 یون Na به داخل سلول وارد شده 2 یون K نیز از آن خارج می گردد. در واقع این پمپ با نشت یون ها از غشا مقابله کرده بدین ترتیب پتانسیل غشا حفظ می شود. بدین معنی که اثر الکترژونیک )تولید الکتریسته( پمپ تا چندین میلی ولت الکتریسته بیشتربه پتانسیل غشا اضافه می کند. در اثر همه این فعالیت ها در یک سلول: 1 -غلظت درون سلولی نسبتا ثابتی از K و Na برقرار می شود. 2 -پتانسیل غشایی ثابتی )در غیاب تحریک( در سلول های عصبی و عضالنی در محدوده 05 mv تا 65 mv ایجاد می شود.