Thấm có chọn lọc có nghĩa là một màng cho phép một số phân tử hoặc ion đi qua và ức chế sự đi qua của những phân tử hoặc ion khác. Khả năng lọc vận chuyển phân tử theo cách này được gọi là khả năng thấm chọn lọc.
Tính thấm chọn lọc của màng sinh chất là gì
Các chức năng của màng sinh chất:
- Vận chuyển các chất: các chất đi vào hay ra khỏi tế bào đều thông qua màng sinh chất. Màng sinh chất có tính thấm chọn lọc [tính bán thấm] nên chỉ cho các chất cần thiết đi qua. Ngoài ra, màng còn giữ ổn định vật chất bên trong tế bào tránh những tác động cơ học.
- Truyền tín hiệu: mặt ngoài của màng sinh chất có protein đóng vai trò là các thụ thể tiếp nhận thông tin từ môi trường ngoài đưa vào tế bào.
- Chức năng nhận biết tế bào: các glycoprotein đặc trưng cho từng loại tế bào có vai trò là dấu hiệu nhận biết các tế bào của cùng một cơ thể cũng như tế bào của cơ thể khác.
Màng sinh chất có tính thấm chọn lọc vì màng cho phép các chất cần thiết đi qua. Điều này giúp tế bào hấp thu các chất cần thiết và đào thải các chất dư thừa ra khỏi tế bào.
Cả màng bán thấm và màng thấm chọn lọc điều chỉnh sự vận chuyển của vật liệu để một số hạt đi qua được trong khi những hạt khác không thể đi qua. Một số văn bản sử dụng các cụm từ "thấm có chọn lọc" và "bán thấm" thay thế cho nhau, nhưng chúng không có nghĩa hoàn toàn giống nhau. Màng bán thấm giống như một bộ lọc cho phép các hạt đi qua hoặc không tùy theo kích thước, độ hòa tan, điện tích hoặc đặc tính hóa học hoặc vật lý khác. Các quá trình vận chuyển thụ động của thẩm thấu và khuếch tán cho phép vận chuyển qua các màng bán thấm. Màng thấm có chọn lọc chọn phân tử nào được phép đi qua dựa trên các tiêu chí cụ thể [ví dụ: hình học phân tử]. Việc vận chuyển thuận lợi hoặc tích cực này có thể cần năng lượng.
Tính bán thấm có thể áp dụng cho cả vật liệu tự nhiên và tổng hợp. Ngoài màng, sợi cũng có thể bán thấm. Trong khi tính thấm chọn lọc thường đề cập đến polyme, các vật liệu khác có thể được coi là bán thấm. Ví dụ, màn chắn cửa sổ là một rào cản bán thấm cho phép luồng không khí lưu thông nhưng hạn chế sự di chuyển của côn trùng.
Các lipid kép của màng tế bào là một ví dụ tuyệt vời của một màng mà là cả hai nửa thấm và có chọn lọc thấm.
Các photpholipit trong lớp kép được sắp xếp sao cho các đầu photphat ưa nước của mỗi phân tử nằm trên bề mặt, tiếp xúc với môi trường nước hoặc nước bên trong và bên ngoài tế bào. Các đuôi axit béo kỵ nước được ẩn bên trong màng. Sự sắp xếp phospholipid làm cho hai lớp bán thấm. Nó cho phép truyền các chất tan nhỏ, không tích điện. Các phân tử nhỏ hòa tan trong lipid có thể đi qua lõi ưa nước của lớp, như các hormone và vitamin hòa tan trong chất béo. Nước đi qua màng bán thấm qua thẩm thấu. Các phân tử oxy và carbon dioxide đi qua màng thông qua sự khuếch tán.
Tuy nhiên, các phân tử phân cực không thể dễ dàng đi qua lớp kép lipid. Chúng có thể chạm tới bề mặt kỵ nước, nhưng không thể đi qua lớp lipid để đến phía bên kia của màng. Các ion nhỏ đối mặt với vấn đề tương tự vì điện tích của chúng. Đây là lúc khả năng thẩm thấu có chọn lọc phát huy tác dụng. Các protein xuyên màng tạo thành các kênh cho phép các ion natri, canxi, kali và clorua đi qua. Các phân tử phân cực có thể liên kết với các protein bề mặt, gây ra sự thay đổi cấu hình của bề mặt và giúp chúng đi qua. Các protein vận chuyển di chuyển các phân tử và ion thông qua sự khuếch tán thuận lợi, không cần năng lượng.
Các phân tử lớn thường không vượt qua lớp kép lipid. Có những ngoại lệ đặc biệt. Trong một số trường hợp, các protein màng tích hợp cho phép đi qua. Trong các trường hợp khác, vận chuyển tích cực là bắt buộc. Tại đây, năng lượng được cung cấp dưới dạng adenosine triphosphate [ATP] để vận chuyển các mụn nước. Một túi kép lipid hình thành xung quanh hạt lớn và hợp nhất với màng sinh chất để cho phép phân tử vào hoặc ra khỏi tế bào. Trong hiện tượng xuất bào , chất chứa trong túi mở ra bên ngoài màng tế bào. Trong quá trình nội bào, một hạt lớn được đưa vào tế bào.
Ngoài màng tế bào, một ví dụ khác về màng thấm có chọn lọc là màng trong của trứng.
Màng tế bào là gì ?
Màng tế bào [hay ở sinh vật nhân thực còn được gọi là màng sinh chất] là một màng sinh học phân cách môi trường bên trong của các tế bào với môi trường bên ngoài của chúng. Màng tế bào có thể cho phép các ion, các phân tử hữu cơ thấm qua một cách có chọn lọc và kiểm soát sự di chuyển của các chất ra và vào tế bào. Chức năng cơ bản của màng tế bào là bảo vệ tế bào khỏi môi trường xung quanh.
Màng tế bào tạo thành bao gồm màng lipid kép được gắn kết với các protein. Màng tế bào có liên quan đến các quá trình của tế bào như là sự liên kết tế bào, độ dẫn ion và tiếp nhận tín hiệu tế bào; ngoài ra còn đóng vai trò như là một bề mặt để kết nối một số cấu trúc ngoại bào gồm thành tế bào, glycocalyx và khung xương nội bào. Màng tế bào có thể được tái tạo nhân tạo [có ở tế bào nhân tạo].
Lịch sử của lý thuyết màng tế bào
Cấu trúc màng tế bào được giới thiệu theo nhiều cách khác nhau bởi nhiều tác giả khác nhau như the ectoplast [de Vries, 1885], Plasmahaut [plasma skin, Pfeffer, 1877, 1891], Hautschicht [skin layer, Pfeffer, 1886; được dùng với ý nghĩa khác bởi Hofmeister, 1867], plasmatic membrane [Pfeffer, 1900], plasma membrane, cytoplasmic membrane, cell envelope and cell membrane.
Một số tác giả đã không cho rằng tại bề mặt của tế bào có một ranh giới chức năng có tính thấm thích hợp để sử dụng thuật ngữ plasmalemma [được đặt ra bởi Mast, 1924] cho các vùng ngoại bào.
Năm 1972, hai nhà khoa học là Singer và Nicolson đã đưa ra mô hình cấu trúc màng sinh chất gọi là mô hình khảm - động. Theo mô hình này, màng sinh chất có lớp kép phospholipid. Liên kết phân tử protein và lipid còn có thêm nhiều phân tử carbohydrate. Ngoài ra, màng sinh chất ở tế bào động vật còn có thêm nhiều phân tử cholesterol có tác dụng tăng cường sự ổn định. Màng sinh chất là ranh giới bên ngoài và là bộ phận chọn lọc các chất từ môi trường đi vào tế bào và ngược lại. Màng sinh chất đảm nhận nhiều chức năng quan trọng của tế bào như: vận chuyển các chất, tiếp nhận và truyền thông tin từ bên ngoài vào trong tế bào, là nơi định vị của nhiều loại enzyme, các protein màng làm nhiệm vụ ghép nối các tế bào trong một mô... Màng sinh chất có các "dấu chuẩn" là glycoprotein đặc trưng cho từng loại tế bào. Nhờ vậy, các tế bào của cùng một cơ thể nhận biết ra nhau và nhận biết được các tế bào lạ của cơ thể.
Màng tế bào [hay màng sinh chất] bao phủ xung quanh tế bào chất của các tế bào sống, về cơ bản màng phân cách các phần nội bào với mội trường ngoại bào. Màng tế bào còn có vai trò trong việc nâng giữ khung xương để hình thành nên hình dạng bên ngoài của tế bào và gắn kết chất nền ngoại bào với các tế bào khác lại với nhau để hình thành nên các mô. Ở các loài nấm, vi khuẩn, vi khuẩn cổ và kể cả thực vật đều có thành tế bào giúp cung cấp cơ chế hỗ trợ cho tế bào và ngăn cản các đại phân tử vượt qua nó.
Màng tế bào có tính thấm chọn lọc và có thể kiểm soát những gì ra và vào tế bào, do đó tạo điều kiện để vận chuyển các chất cần thiết cho sự sống. Sự di chuyển của các chất đi qua màng có thể là "thụ động" diễn ra mà tế bào không sản sinh ra năng lượng hoặc "chủ động" đòi hỏi tế bào phải tiêu hao năng lượng cho việc vận chuyển các chất. Màng nhận nhiệm vụ duy trì điện thế cho tế bào và làm việc như một bộ lọc chỉ cho phép những thứ thiết yếu vào và ra khỏi tế bào. Tế bào sử dụng một số các cơ chế chuyển đổi có liên quan đến các màng sinh học:
1. Sự thẩm thấu và khuếch tán bị động: một số chất [các phân tử nhỏ, ion] chẳng hạn như carbon dioxide [CO2] va oxi [O2] có thể di chuyển qua màng sinh chất nhờ vào sự khuếch tán - một quá trình vận chuyển bị động. Màng hoạt động như một rào chắn đối với các phân tử thiết yếu và ion, diễn ra ở nhiều nồng độ khác nhau trên hai mặt bên của màng. Chẳng hạn như nồng độ Gradien qua màng có tính bán thấm hình thành nên một luồng thẩm thấu cho nước.
2. Màng vận chuyển các kênh protein và các tác nhân vận chuyển: Các chất dinh dưỡng như đường hay amino acid phải được đưa vào trong tế bào và các sản phẩm thiết yếu của quá trình trao đổi chất phải ra khỏi tế bào. Chẳng hạn như các phân tử khuếch tán một cách bị động thông qua các kênh protein như những kênh nước [đối với nước [H2O]] trong trường hợp đủ điều kiện khuếch tán hoặc được bơm qua màng nhờ các tác nhân vận chuyển của màng vận chuyển. Các kênh protein còn được gọi là các màng thấm, chúng thường khá cụ thể, nhận biết và vận chuyển chỉ một số hoá chất có trong một nhóm thức ăn được giới hạn, thậm chí thường chỉ là đơn chất.
3. Quá trình nhập bào: là quá trình mà trong đó tế bào hấp thu các phân tử bằng cách nhấn chìm chúng. Màng sinh chất tạo ra một sự biến dạng nhỏ ở bên trong được gọi là lỗ hõm mà tại đó các chất được vận chuyển bị bao bọc lấy. Sau đó, sự biến dạng này được tách ra khỏi màng bên trong của tế bào và tạo ra một túi để chứa đựng các chất bị bao bọc. Quá trình nhập bào là quá trình cho việc tiếp nhận một bộ phận nhỏ các chất đáng tin cậy ["thực bào"], các phân tử nhỏ và ion ["ẩm bào"] và đại phân tử. Quá trình nhập bào tiêu tốn năng lượng nên nó được xem như một hình thức vẩn chuyển chủ động.
Với các protein màng trên màng tế bào, màng tế bào còn có thể thực hiện các chức năng:
- Chức năng enzim: Xúc tác cho các phản ứng hóa học xảy ra trên màng hoặc trong tế bào
- Chức năng thu nhận, truyền đạt thông tin: các thụ quan có hình dạng đặc thù để gắn với thông tin hóa học để kích thích hoặc ức chế các quá trình trong tế bào sao cho phù hợp với môi trường
- Chức năng nối kết: kết nối các tế bào thành một khối ổn định
- Chức năng neo màng: protein liên kết với protein sợi hoặc các sợi trong tế bào chất, tạo sự ổn định bền chắc của màng
- Chức năng vận chuyển các chất qua màng
Ngoài ra màng còn có thể nhận biết tế bào nhờ cacbohydrat gắn trên protein.