Biyolojik membranlar. Hücre zarı: yapısı ve işlevleri Zar ne yapar?

Doğa birçok organizma ve hücre yaratmıştır, ancak buna rağmen biyolojik zarların yapısı ve çoğu işlevi aynıdır, bu da belirli bir hücre türüne bağlı kalmadan yapılarını incelemeyi ve temel özelliklerini incelemeyi mümkün kılar.

Membran nedir?

Membranlar, herhangi bir canlı organizmanın hücresinin ayrılmaz bir parçası olan koruyucu bir elementtir.

Gezegendeki tüm canlı organizmaların yapısal ve işlevsel birimi hücredir. Yaşam aktivitesi, enerji, bilgi ve madde alışverişinde bulunduğu çevre ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Böylece hücrenin çalışması için gerekli olan besin enerjisi dışarıdan gelir ve hücrenin çeşitli fonksiyonlarına harcanır.

Canlı bir organizmanın en basit yapısal biriminin yapısı: organel zarı, çeşitli kapanımlar. İçinde çekirdeğin ve tüm organellerin bulunduğu bir zarla çevrilidir. Bunlar mitokondri, lizozomlar, ribozomlar, endoplazmik retikulumdur. Her yapısal elemanın kendi zarı vardır.

Hücre aktivitesindeki rol

Biyolojik zar, temel yaşam sisteminin yapısında ve işleyişinde çok önemli bir rol oynar. Yalnızca koruyucu bir kabukla çevrelenmiş bir hücreye haklı olarak organizma denilebilir. Membranın varlığı nedeniyle metabolizma gibi bir işlem de gerçekleştirilir. Yapısal bütünlüğü bozulursa bu, bir bütün olarak vücudun işlevsel durumunda bir değişikliğe yol açar.

Hücre zarı ve görevleri

Hücrenin sitoplazmasını dış ortamdan veya zardan ayırır. Hücre zarı, belirli işlevlerin uygun şekilde yerine getirilmesini, hücreler arası temasların ve bağışıklık belirtilerinin özgüllüğünü sağlar ve elektriksel potansiyeldeki zar ötesi farkı korur. Kimyasal sinyalleri (hormonlar, aracılar ve diğer biyolojik aktif bileşenler) algılayabilen reseptörler içerir. Bu reseptörler ona başka bir yetenek kazandırır; hücrenin metabolik aktivitesini değiştirme.

Membran fonksiyonları:

1. Maddelerin aktif transferi.

2. Maddelerin pasif transferi:

2.1. Difüzyon basittir.

2.2. Gözeneklerden aktarın.

2.3. Taşıma, bir taşıyıcının bir membran maddesi ile birlikte difüzyonu veya bir maddenin taşıyıcının moleküler zinciri boyunca iletilmesi yoluyla gerçekleştirilir.

3. Basit ve kolaylaştırılmış difüzyon nedeniyle elektrolit olmayanların transferi.

Hücre zarı yapısı

Hücre zarının bileşenleri lipitler ve proteinlerdir.

Lipitler: fosfolipidler, fosfatidiletanolamin, sfingomiyelin, fosfatidilinositol ve fosfatidilserin, glikolipitler. Lipidlerin oranı %40-90'dır.

Proteinler: periferik, integral (glikoproteinler), spektrin, aktin, hücre iskeleti.

Ana yapısal eleman çift katmanlı fosfolipid molekülleridir.

Çatı membranı: tanımı ve tipolojisi

Bazı istatistikler. Rusya Federasyonu topraklarında membran, çok uzun zaman önce çatı kaplama malzemesi olarak kullanılmaya başlandı. Membran çatıların toplam yumuşak çatı döşemeleri içindeki payı sadece %1,5'tir. Bitümlü ve mastik çatılar Rusya'da daha yaygın hale geldi. Ancak Batı Avrupa'da membran çatıların payı %87'dir. Fark dikkat çekicidir.

Kural olarak, çatıyı kaplarken ana malzeme olan membran, düz çatılar için idealdir. Eğimi büyük olanlar için daha az uygundur.

İç pazarda membran çatı kaplama üretim ve satış hacimleri olumlu bir büyüme eğilimi göstermektedir. Neden? Nedenleri çok açık:

• Hizmet ömrü yaklaşık 60 yıldır. Sadece üretici tarafından belirlenen garanti kullanım süresinin 20 yıla ulaştığını hayal edin.
• Kurulumu kolay. Karşılaştırma için: bitümlü bir çatının montajı, membranlı bir çatının kurulumundan 1,5 kat daha uzun sürer.
• Bakım ve onarım işlerinde kolaylık.

Çatı kaplama membranlarının kalınlığı 0,8-2 mm olabilir ve bir metrekarenin ortalama ağırlığı 1,3 kg'dır.

Çatı membranlarının özellikleri:

• esneklik;
• kuvvet;
• ultraviyole ışınlarına ve diğer agresif ortamlara karşı direnç;
• donma direnci;
• yangına dayanıklılık.

Üç tip çatı kaplama membranı vardır. Ana sınıflandırma özelliği, tuvalin tabanını oluşturan polimer malzemenin türüdür. Yani çatı membranları:

• EPDM grubuna ait, polimerize etilen-propilen-dien monomeri esas alınarak yapılır veya basitçe söylemek gerekirse Avantajları: yüksek mukavemet, elastikiyet, suya dayanıklılık, çevre dostu olma, düşük maliyet. Dezavantajları: Özel bir bant kullanarak levhaları birleştirmek için yapışkan teknolojisi, düşük bağlantı mukavemeti. Uygulama kapsamı: Tünel zeminleri, su kaynakları, atık depolama tesisleri, yapay ve doğal rezervuarlar vb. için su yalıtım malzemesi olarak kullanılır.
• PVC membranlar. Bunlar, üretiminde ana malzeme olarak polivinil klorürün kullanıldığı kabuklardır. Avantajları: UV dayanımı, yangına dayanıklılık, membran kumaşların geniş renk yelpazesi. Dezavantajları: bitümlü malzemelere, yağlara, solventlere karşı düşük direnç; zararlı maddeleri atmosfere salar; Zamanla tuvalin rengi solar.
• TPO. Termoplastik olefinlerden yapılmıştır. Güçlendirilmiş veya takviyesiz olabilirler. İlki polyester ağ veya fiberglas kumaşla donatılmıştır. Avantajları: çevre dostu olma, dayanıklılık, yüksek elastikiyet, sıcaklık dayanımı (hem yüksek hem de düşük sıcaklıklarda), kumaş dikişlerinin kaynaklı bağlantıları. Dezavantajları: yüksek fiyat kategorisi, iç pazarda üretici eksikliği.

Profilli membran: özellikleri, işlevleri ve avantajları

Profilli membranlar inşaat pazarındaki bir yeniliktir. Bu membran su yalıtım malzemesi olarak kullanılır.

Üretimde kullanılan madde polietilendir. İkincisi iki tipte gelir: yüksek yoğunluklu polietilen (HDPE) ve düşük yoğunluklu polietilen (LDPE).

Yüksek basınçlı polietilenden yapılmış profilli membranın özel bir yüzeyi vardır - içi boş sivilceler. Bu oluşumların yüksekliği 7 ila 20 mm arasında değişebilir. Membranın iç yüzeyi pürüzsüzdür. Bu, inşaat malzemelerinin sorunsuz bir şekilde bükülmesine olanak tanır.

Aynı çıkıntıların varlığı nedeniyle basınç tüm alanı boyunca eşit bir şekilde dağıldığından, zarın ayrı bölümlerinin şeklinin değiştirilmesi hariç tutulur. Geomembran havalandırma izolasyonu olarak kullanılabilir. Bu durumda bina içinde serbest ısı değişimi sağlanır.

Profilli membranların avantajları:

• artan güç;
• ısı dayanıklılığı;
• kimyasal ve biyolojik etkilere karşı direnç;
• uzun servis ömrü (50 yıldan fazla);
• kurulum ve bakım kolaylığı;
• Uygun Fiyat.

Profilli membranlar üç tipte gelir:

• tek katmanlı kumaşla;
• iki katmanlı kumaşla = jeotekstil + drenaj membranı;
• üç katmanlı kumaş = kaygan yüzey + jeotekstil + drenaj membranı.

Tek katmanlı profilli membran, yüksek nemli duvarların beton hazırlığının ana su yalıtımını, kurulumunu ve sökülmesini korumak için kullanılır. Montaj sırasında iki katlı koruyucu kullanılır. Donmaya karşı hassas olan topraklarda ve derin topraklarda üç katlı koruyucu kullanılır.

Drenaj membranlarının kullanım alanları

Profilli membran uygulamasını aşağıdaki alanlarda bulur:

1. Temelin temel su yalıtımı. Yeraltı suyunun, bitki kök sistemlerinin, toprak çökmesinin ve mekanik hasarın yıkıcı etkisine karşı güvenilir koruma sağlar.
2. Temel duvar drenajı. Yeraltı sularının ve atmosferik yağışların etkilerini drenaj sistemlerine taşıyarak nötralize eder.
3. Yatay tip - yapısal özelliklerden dolayı deformasyona karşı koruma.
4. Beton hazırlamaya benzer. Yer altı suyunun düşük olduğu bir alandaki binaların inşaatı ile ilgili inşaat çalışmalarında, kılcal neme karşı koruma sağlamak için yatay su yalıtımının kullanıldığı durumlarda kullanılır. Ayrıca profilli membranın işlevleri arasında çimento şerbetinin zemine geçişini önlemek de yer alır.
5. Yüksek nem seviyelerine sahip duvar yüzeylerinin havalandırılması. Odanın hem içine hem de dışına monte edilebilir. İlk durumda hava sirkülasyonu etkinleştirilir ve ikincisinde optimum nem ve sıcaklık sağlanır.
6. İnversiyon çatı kullanıldı.

Süper difüzyon membranı

Süper difüzyon membranı, temel amacı çatı yapı elemanlarını rüzgardan, yağıştan ve buhardan korumak olan yeni nesil bir malzemedir.

Koruyucu malzemenin üretimi, yüksek kaliteli yoğun lifler olan dokunmamış maddelerin kullanımına dayanmaktadır. Üç katmanlı ve dört katmanlı membranlar iç pazarda popülerdir. Uzmanların ve tüketicilerin incelemeleri, yapının ne kadar çok katmana dayandığını, koruyucu fonksiyonlarının o kadar güçlü olduğunu ve dolayısıyla odanın bir bütün olarak enerji verimliliğinin o kadar yüksek olduğunu doğrulamaktadır.

Çatı tipine, tasarım özelliklerine ve iklim koşullarına bağlı olarak üreticiler, bir veya başka bir difüzyon membranı tipinin tercih edilmesini önermektedir. Bu nedenle, karmaşık ve basit yapıların eğimli çatıları, minimum eğimli eğimli çatılar, dikiş kaplamalı çatılar vb. için mevcutturlar.

Süperdifüzyon membranı doğrudan levhalardan yapılmış döşeme olan ısı yalıtım katmanının üzerine döşenir. Havalandırma boşluğuna gerek yoktur. Malzeme özel zımbalar veya çelik çivilerle sabitlenir. Difüzyon tabakalarının kenarları birleştirilir ve zorlu koşullar altında bile çalışma yapılabilir: güçlü rüzgarlar vb.

Ayrıca söz konusu kaplama geçici çatı kaplaması olarak da kullanılabilir.

PVC membranlar: özü ve amacı

PFC membranları polivinil klorürden yapılmış ve elastik özelliklere sahip bir çatı kaplama malzemesidir. Bu tür modern çatı kaplama malzemesi, önemli bir dezavantajı olan sistematik bakım ve onarım ihtiyacı olan bitüm rulo analoglarının yerini tamamen almıştır. Günümüzde PVC membranların karakteristik özellikleri, eski düz çatılarda onarım çalışmaları yapılırken bunların kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Yeni çatılar kurarken de kullanılırlar.

Bu malzemeden yapılmış bir çatının kullanımı kolaydır ve montajı her türlü yüzeye, yılın herhangi bir zamanında ve her türlü hava koşulunda yapılabilir. PVC membran aşağıdaki özelliklere sahiptir:

• kuvvet;
• UV ışınlarına, çeşitli yağış türlerine, nokta ve yüzey yüklerine maruz kaldığında stabilite.

Benzersiz özellikleri sayesinde PVC membranlar size uzun yıllar sadakatle hizmet edecektir. Böyle bir çatının ömrü binanın ömrüne eşittir, rulo çatı malzemeleri düzenli onarım gerektirir ve bazı durumlarda yeni bir zeminin tamamen sökülüp takılması gerekir.

PVC membran levhalar, sıcaklığı 400-600 santigrat derece aralığında olan sıcak kaynak ile birbirine bağlanır. Bu bağlantı tamamen yalıtılmıştır.

PVC membranların avantajları

Avantajları açıktır:

• inşaat projesine en uygun çatı sisteminin esnekliği;
• membran tabakaları arasında dayanıklı, hava geçirmez bağlantı dikişi;
• iklim değişikliğine, hava koşullarına, sıcaklığa, neme karşı ideal tolerans;
• çatı altı alanda biriken nemin buharlaşmasına katkıda bulunan artan buhar geçirgenliği;
• birçok renk seçeneği;
• yangın özellikleri;
• orijinal özelliklerini ve görünümünü uzun süre koruma yeteneği;
• PVC membran, ilgili sertifikalarla onaylanan, kesinlikle çevre dostu bir malzemedir;
• kurulum işlemi mekanize olduğundan fazla zaman almayacaktır;
• çalışma kuralları, çeşitli mimari eklentilerin doğrudan PVC membran çatının üzerine kurulmasına izin verir;
• tek katmanlı kurulum paradan tasarruf etmenizi sağlar;
• bakım ve onarım kolaylığı.

Membran kumaş

Membran kumaş tekstil endüstrisinde uzun süredir bilinmektedir. Ayakkabılar ve giysiler bu malzemeden yapılır: yetişkinler ve çocuklar. Membran, ince bir polimer film formunda sunulan ve su geçirmezlik ve buhar geçirgenliği gibi özelliklere sahip olan membran kumaşın temelidir. Bu malzemeyi üretmek için bu film dış ve iç koruyucu katmanlarla kaplanır. Yapıları zarın kendisi tarafından belirlenir. Bu, hasar durumunda bile tüm faydalı özellikleri korumak için yapılır. Yani membran giysiler, kar veya yağmur şeklindeki yağışlara maruz kaldığında ıslanmaz, aynı zamanda buharın vücuttan dış ortama geçişini mükemmel bir şekilde sağlar. Bu verim cildin nefes almasını sağlar.

Yukarıdakilerin hepsini göz önünde bulundurarak ideal kışlık kıyafetlerin bu tür kumaştan yapıldığı sonucuna varabiliriz. Kumaşın tabanındaki membran şu şekilde olabilir:

• gözenekli;
• gözeneksiz;
• birleştirildi.

Çok sayıda mikro gözenek içeren membranlar Teflon içerir. Bu tür gözeneklerin boyutları bir su damlası boyutuna bile ulaşmamakta, ancak bir su molekülünden daha büyüktür, bu da suya dayanıklılık ve teri giderme yeteneğini göstermektedir.

Gözenekleri olmayan membranlar genellikle poliüretandan yapılır. İç katmanları insan vücudundaki tüm ter ve yağ salgılarını toplayıp dışarı atar.

Kombine membranın yapısı iki katmanın varlığına işaret eder: gözenekli ve pürüzsüz. Bu kumaş yüksek kalite özelliklerine sahiptir ve uzun yıllar dayanacaktır.

Bu avantajlar sayesinde membran kumaşlardan üretilen ve kış aylarında giyilmesi amaçlanan giysi ve ayakkabılar dayanıklı ancak hafif olup dona, neme ve toza karşı mükemmel koruma sağlar. Birçok aktif kış rekreasyonu ve dağcılık türü için kesinlikle yeri doldurulamazlar.

Hücre zarı, bir hücrenin veya hücresel organelin yüzeyinde bulunan, gömülü proteinler ve polisakkaritler içeren bimoleküler bir lipit tabakasından oluşan ultra ince bir filmdir.

Membran fonksiyonları:

• · Bariyer – çevre ile düzenli, seçici, pasif ve aktif metabolizma sağlar. Örneğin peroksizom zarı sitoplazmayı hücre için tehlikeli olan peroksitlerden korur. Seçici geçirgenlik, bir zarın farklı atom veya moleküllere karşı geçirgenliğinin bunların boyutuna, elektrik yüküne ve kimyasal özelliklerine bağlı olduğu anlamına gelir. Seçici geçirgenlik, hücrenin ve hücresel bölmelerin ortamdan ayrılmasını ve gerekli maddelerin sağlanmasını sağlar.
• · Taşıma - Maddelerin hücre içine ve dışına taşınması zar yoluyla gerçekleşir. Membranlardan geçiş şunları sağlar: besinlerin taşınması, metabolik son ürünlerin uzaklaştırılması, çeşitli maddelerin salgılanması, iyon gradyanlarının oluşturulması, hücresel enzimlerin çalışması için gerekli olan hücrede optimal pH ve iyon konsantrasyonlarının korunması. Herhangi bir nedenle fosfolipid çift katmanını geçemeyen parçacıklar (örneğin, hidrofilik özellikleri nedeniyle, içerideki membran hidrofobik olduğundan ve hidrofilik maddelerin geçmesine izin vermediğinden veya büyük boyutlarından dolayı), ancak hücre için gerekli olan parçacıklar özel taşıyıcı proteinler (taşıyıcılar) ve kanal proteinleri yoluyla veya endositoz yoluyla membrana nüfuz edebilir. Pasif taşımada maddeler, difüzyon yoluyla bir konsantrasyon gradyanı boyunca enerji harcamadan lipit çift katmanını geçer. Bu mekanizmanın bir çeşidi, spesifik bir molekülün bir maddenin zardan geçmesine yardımcı olduğu kolaylaştırılmış difüzyondur. Bu molekülde yalnızca tek tip maddenin geçişine izin veren bir kanal bulunabilir. Aktif taşıma, konsantrasyon gradyanına karşı meydana geldiğinden enerji gerektirir. Membran üzerinde, aktif olarak potasyum iyonlarını (K +) hücreye pompalayan ve sodyum iyonlarını (Na +) dışarı pompalayan ATPase dahil özel pompa proteinleri vardır.
• · matris - zar proteinlerinin belirli bir göreceli konumunu ve yönelimini, bunların optimal etkileşimini sağlar.
• · mekanik - hücrenin özerkliğini, hücre içi yapılarını ve ayrıca diğer hücrelerle (dokularda) bağlantıyı sağlar. Hücre duvarları mekanik fonksiyonun sağlanmasında ve hayvanlarda hücreler arası maddenin sağlanmasında önemli bir rol oynar.
• · enerji - kloroplastlarda fotosentez ve mitokondride hücresel solunum sırasında, proteinlerin de katıldığı zarlarında enerji transfer sistemleri çalışır;
• · reseptör - zarda bulunan bazı proteinler reseptörlerdir (hücrenin yardımıyla belirli sinyalleri algılayan moleküller). Örneğin kanda dolaşan hormonlar, yalnızca bu hormonlara karşılık gelen reseptörlere sahip olan hedef hücrelere etki eder. Nörotransmiterler (sinir uyarılarının iletilmesini sağlayan kimyasallar) aynı zamanda hedef hücrelerdeki özel reseptör proteinlerine de bağlanır.
• · enzimatik - membran proteinleri çoğunlukla enzimlerdir. Örneğin bağırsak epitel hücrelerinin plazma zarları sindirim enzimleri içerir.
• · Biyopotansiyellerin üretilmesi ve iletilmesinin uygulanması. Membranın yardımıyla hücrede sabit bir iyon konsantrasyonu korunur: hücre içindeki K + iyonunun konsantrasyonu dışarıdan çok daha yüksektir ve Na + konsantrasyonu çok daha düşüktür, bu çok önemlidir, çünkü bu, zar üzerindeki potansiyel farkının korunmasını ve sinir impulsunun oluşmasını sağlar.
• · hücre işaretlemesi - zar üzerinde işaretleyici görevi gören antijenler vardır - hücrenin tanımlanmasını sağlayan “etiketler”. Bunlar “anten” rolünü oynayan glikoproteinlerdir (yani dallı oligosakarit yan zincirlerine bağlı proteinler). Yan zincirlerin sayısız konfigürasyonu nedeniyle her hücre tipi için spesifik bir işaretleyici yapmak mümkündür. Hücreler, işaretleyicilerin yardımıyla diğer hücreleri tanıyabilir ve onlarla birlikte hareket edebilir, örneğin organ ve doku oluşumunda. Bu aynı zamanda bağışıklık sisteminin yabancı antijenleri tanımasına da olanak tanır.

Bazı protein molekülleri lipit tabakası düzleminde serbestçe yayılır; Normal durumda hücre zarının farklı taraflarında ortaya çıkan protein moleküllerinin parçaları konumlarını değiştirmez.

Hücre zarlarının özel morfolojisi, bunların elektriksel özelliklerini belirler; bunların arasında en önemlileri kapasitans ve iletkenliktir.

Kapasitif özellikler temel olarak, hidratlı iyonlara karşı geçirimsiz olan ve aynı zamanda verimli yük ayrımı ve depolaması ile katyonlar ve anyonların elektrostatik etkileşimini sağlayacak kadar ince (yaklaşık 5 nm) fosfolipit çift katmanı tarafından belirlenir. Ayrıca hücre zarlarının kapasitif özellikleri, hücre zarlarında meydana gelen elektriksel işlemlerin zaman özelliklerini belirleyen nedenlerden biridir.

İletkenlik (g), elektrik direncinin tersidir ve belirli bir iyon için toplam zar ötesi akımın, zar ötesi potansiyel farkını belirleyen değere oranına eşittir.

Çeşitli maddeler fosfolipid çift katmanından yayılabilir ve geçirgenlik derecesi (P), yani hücre zarının bu maddeleri geçme yeteneği, zarın her iki tarafındaki difüzyon maddesinin konsantrasyonlarındaki farka, çözünürlüğüne bağlıdır. Lipidlerde ve hücre zarının özelliklerinde. Bir zardaki sabit alan koşulları altında yüklü iyonların difüzyon hızı, iyonların hareketliliği, zarın kalınlığı ve iyonların zardaki dağılımı ile belirlenir. Elektrolit olmayanlar için, zarın geçirgenliği iletkenliğini etkilemez, çünkü elektrolit olmayanlar yük taşımaz, yani elektrik akımı taşıyamazlar.

Bir zarın iletkenliği onun iyonik geçirgenliğinin bir ölçüsüdür. İletkenlikteki bir artış, membrandan geçen iyonların sayısında bir artış olduğunu gösterir.

Biyolojik membranların önemli bir özelliği akışkanlıktır. Tüm hücre zarları hareketli sıvı yapılardır: onları oluşturan lipit ve protein moleküllerinin çoğu, zar düzleminde oldukça hızlı hareket etme kapasitesine sahiptir.

Hücre zarı (plazma zarı), hücreleri çevreleyen ince, yarı geçirgen bir zardır.

Hücre zarının işlevi ve rolü

Görevi, bazı temel maddelerin hücreye girmesine izin verirken bazılarının girmesini engelleyerek iç mekanın bütünlüğünü korumaktır.

Aynı zamanda bazı organizmalara ve diğerlerine bağlanmanın temelini oluşturur. Böylece plazma zarı hücrenin şeklini de sağlar. Membranın diğer bir işlevi de hücre büyümesini denge yoluyla düzenlemektir.

Endositozda, maddeler emilirken lipitler ve proteinler hücre zarından uzaklaştırılır. Ekzositoz sırasında lipit ve protein içeren kesecikler hücre zarıyla birleşerek hücre boyutunu artırır. ve mantar hücrelerinin plazma zarları vardır. Örneğin iç kısımlar da koruyucu membranlarla çevrelenmiştir.

Hücre zarı yapısı

Plazma zarı esas olarak protein ve lipitlerin karışımından oluşur. Membranın vücuttaki konumuna ve rolüne bağlı olarak lipitler, zarın yüzde 20 ila 80'ini oluşturabilir, geri kalanı proteinlerden oluşabilir. Lipitler membrana esneklik kazandırmaya yardımcı olurken, proteinler hücrenin kimyasını kontrol edip korur ve moleküllerin membran boyunca taşınmasına yardımcı olur.

Membran lipitleri

Fosfolipidler plazma membranlarının ana bileşenidir. Hidrofilik (su çeken) baş bölgelerinin sulu sitozol ve hücre dışı sıvıya bakacak şekilde kendiliğinden organize olduğu, hidrofobik (suyu iten) kuyruk bölgelerinin ise sitozol ve hücre dışı sıvıdan uzağa baktığı bir lipit çift katmanı oluştururlar. Lipit çift katmanı yarı geçirgendir ve yalnızca bazı moleküllerin membrandan geçmesine izin verir.

Kolesterol, hayvan hücre zarlarının başka bir lipit bileşenidir. Kolesterol molekülleri membran fosfolipitleri arasında seçici olarak dağılır. Bu, fosfolipitlerin aşırı yoğunlaşmasını önleyerek hücre zarlarının sertliğinin korunmasına yardımcı olur. Bitki hücre zarlarında kolesterol yoktur.

Glikolipidler hücre zarlarının dış yüzeyinde bulunur ve onlara bir karbonhidrat zinciri ile bağlanır. Hücrenin vücuttaki diğer hücreleri tanımasına yardımcı olurlar.

Membran proteinleri

Hücre zarı iki tip ilişkili protein içerir. Periferik zarın proteinleri dışsaldır ve diğer proteinlerle etkileşime girerek onunla ilişkilidir. İntegral membran proteinleri membrana sokulur ve çoğu geçer. Bu transmembran proteinlerinin parçaları her iki yanında bulunur.

Plazma zarı proteinlerinin bir dizi farklı işlevi vardır. Yapısal proteinler hücrelere destek ve şekil sağlar. Membran reseptör proteinleri, hücrelerin hormonları, nörotransmitterleri ve diğer sinyal moleküllerini kullanarak dış ortamlarıyla iletişim kurmasına yardımcı olur. Küresel proteinler gibi taşıma proteinleri, molekülleri kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla hücre zarları boyunca taşır. Glikoproteinlerin kendilerine bağlı bir karbonhidrat zinciri vardır. Hücre zarına gömülü olarak moleküllerin değişimine ve taşınmasına yardımcı olurlar.

Membran kelimesinin bir takım anlamları vardır ancak genel olarak terim, çeşitli işlevleri yerine getirebilen ince, esnek bir bölme, membran veya plaka anlamına gelir. Bu yazımızda biyoloji ve teknoloji açısından zarın ne olduğunu anlatacağız.

Biyolojide membran

Membran (veya hücre zarı), rolü hücreyi çevreden korumak olan elastik bir moleküler yapıdır. Hücre zarı bütünlüğünü sağlar ve aynı zamanda çevre ile hücre arasındaki metabolik işlemlerden de sorumludur.

Hücre zarı proteinlerden ve lipitlerden oluşur ve yaklaşık 7 nm kalınlığa sahiptir. Membranın her "yapı taşı" belirli bir hücresel organın spesifik bir fonksiyonundan sorumludur. Membrandaki lipitler üç tiple temsil edilir - fosfolipitler, glikolipitler ve kolesterol.

Fosfolipitler ve glikolipitler, hücre ile çevre arasındaki su ve benzeri moleküllerin değişimini düzenleyen hidrofobik ve hidrofilik bölümler (hidrofobik bölümler hücrenin içine, hidrofilik bölümler ise dışarıya doğru yönlendirilir) oluşturur. Kolesterol membrana sertlik kazandırır.

Membranı oluşturan proteinler birçok işlevi yerine getirebilir; örneğin gerekli maddelerin hücreye girmesine yardımcı olan taşıyıcı proteinler vardır.

Teknolojide membran

Güvenlik membranı, görevi buhar-gaz karışımının belirli bir basınçta gerekli şekilde salınmasını sağlamak olan membran güvenlik cihazının bir parçasıdır. Bu tür cihazlar proses ekipmanı, boru hatları vb. için sigorta olarak kullanılır.

Tehlikeli aşırı yüklenmelerin varlığında membran yırtılarak gerekli "deşarjı" sağlarken pahalı ve karmaşık teknik sistemin bütünlüğünü korur.

Bu bölümde daha ilginç konseptler arayın.

Biyolojik membranlar- hücreleri (hücresel veya plazma zarları) ve hücre içi organelleri (mitokondri zarları, çekirdekler, lizozomlar, endoplazmik retikulum vb.) bağlayan fonksiyonel olarak aktif yüzey yapılarının genel adı. Lipitler, proteinler, heterojen moleküller (glikoproteinler, glikolipitler) ve gerçekleştirilen fonksiyona bağlı olarak çok sayıda küçük bileşen içerirler: koenzimler, nükleik asitler, antioksidanlar, karotenoidler, inorganik iyonlar, vb.

Membran sistemlerinin (reseptörler, enzimler, taşıma mekanizmaları) koordineli işleyişi hücre homeostazisinin korunmasına yardımcı olur ve aynı zamanda dış ortamdaki değişikliklere hızla yanıt verir.

İLE biyolojik membranların temel fonksiyonları atfedilebilir:

· hücrenin ortamdan ayrılması ve hücre içi bölmelerin (bölmeler) oluşumu;

· Çok çeşitli maddelerin membranlar yoluyla taşınmasının kontrolü ve düzenlenmesi;

· Hücreler arası etkileşimlerin sağlanmasına katılım, sinyallerin hücreye iletilmesi;

· Gıdadaki organik maddelerin enerjisinin ATP moleküllerinin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülmesi.

Plazma (hücresel) zarın moleküler organizasyonu tüm hücrelerde yaklaşık olarak aynıdır: içinde birçok spesifik protein bulunan iki lipit molekülü katmanından oluşur. Bazı membran proteinleri enzimatik aktiviteye sahipken diğerleri çevreden gelen besin maddelerini bağlayarak bunları membranlar üzerinden hücreye taşır. Membran proteinleri, membran yapılarıyla bağlantılarının doğası gereği ayırt edilir. Bazı proteinler denir harici veya çevresel , membran yüzeyine gevşek bir şekilde bağlanır, diğerleri ise denir dahili veya integral , membranın içine batırılır. Periferik proteinler kolayca ekstrakte edilirken, integral proteinler yalnızca deterjanlar veya organik çözücüler kullanılarak izole edilebilir. İncirde. Şekil 4 plazma zarının yapısını göstermektedir.

Birçok hücrenin dış veya plazma zarlarının yanı sıra hücre içi organellerin, örneğin mitokondri, kloroplastların zarları serbest formda izole edildi ve moleküler bileşimleri incelendi. Tüm membranlar, membranın türüne bağlı olarak kütlelerinin %20 ila 80'i arasında değişen miktarlarda polar lipitler içerir; geri kalanı esas olarak proteinlerdir; Bu nedenle, hayvan hücrelerinin plazma zarlarında, kural olarak protein ve lipit miktarı yaklaşık olarak aynıdır; iç mitokondriyal membran yaklaşık %80 protein ve yalnızca %20 lipit içerirken, beyin hücrelerinin miyelin membranları ise tam tersine yaklaşık %80 lipit ve yalnızca %20 protein içerir.

Pirinç. 4. Plazma zarının yapısı

Membranın lipit kısmı, çeşitli tipte polar lipitlerin bir karışımıdır. Fosfogliserolipitleri, sfingolipitleri ve glikolipitleri içeren polar lipitler, yağ hücrelerinde depolanmaz, hücre zarlarına entegre edilir ve kesin olarak tanımlanmış oranlarda bulunur.

Membranlardaki tüm polar lipitler, normal koşullar altında metabolik süreç boyunca sürekli olarak yenilenir; hücrede, lipit sentezi hızının bozunma hızına eşit olduğu dinamik bir sabit durum oluşturulur.

Hayvan hücrelerinin zarları esas olarak fosfogliserolipitleri ve daha az oranda sfingolipidleri içerir; triasilgliseroller yalnızca eser miktarlarda bulunur. Hayvan hücrelerinin bazı zarları, özellikle de dış plazma zarı, önemli miktarlarda kolesterol ve onun esterlerini içerir (Şekil 5).

Şekil 5. Membran lipitleri

Şu anda genel olarak kabul edilen membran yapısı modeli, 1972'de S. Singer ve J. Nicholson tarafından önerilen akışkan mozaik modelidir.

Buna göre proteinler, lipit denizinde yüzen buzdağlarına benzetilebilir. Yukarıda bahsedildiği gibi 2 tip membran proteini vardır: integral ve periferik. İntegral proteinler membrandan nüfuz ederler; amfipatik moleküller. Periferik proteinler membrana nüfuz etmez ve ona daha az sıkı bağlanır. Membranın ana sürekli kısmı, yani matrisi, polar lipit çift katmanıdır. Normal hücre sıcaklıklarında matris, polar lipitlerin hidrofobik kuyruklarındaki doymuş ve doymamış yağ asitleri arasındaki belirli bir oran ile sağlanan sıvı haldedir.

Sıvı-mozaik modeli ayrıca, zarda bulunan integral proteinlerin yüzeyinde, amino asit kalıntılarının R gruplarının (esas olarak hidrofobik gruplar, bu nedenle proteinlerin çift tabakanın merkezi hidrofobik kısmında "çözünüyor" gibi göründüğünü) varsayar. ). Aynı zamanda, periferik veya dış proteinlerin yüzeyinde, elektrostatik kuvvetler nedeniyle lipitlerin hidrofilik yüklü polar başlıklarına çekilen esas olarak hidrofilik R grupları vardır. Enzimleri ve taşıma proteinlerini içeren integral proteinler, yalnızca aktivitenin tezahürü için gerekli uzaysal konfigürasyonu elde ettikleri çift tabakanın hidrofobik kısmında yer almaları durumunda aktiftir (Şekil 6). Ne çift katmandaki moleküller arasında, ne de çift katmandaki proteinler ve lipitler arasında kovalent bağ oluşmadığını bir kez daha vurgulamak gerekir.

Şekil 6. Membran proteinleri

Membran proteinleri yan düzlemde serbestçe hareket edebilir. Periferik proteinler kelimenin tam anlamıyla iki katmanlı "deniz"in yüzeyinde yüzerken, buzdağları gibi integral proteinler neredeyse tamamen hidrokarbon katmanına daldırılmıştır.

Çoğunlukla membranlar asimetriktir, yani kenarları eşit değildir. Bu asimetri aşağıdaki şekillerde kendini gösterir:

· birincisi, bakteri ve hayvan hücrelerinin plazma zarlarının iç ve dış taraflarının polar lipitlerin bileşimi açısından farklılık göstermesidir. Örneğin, insan kırmızı kan hücresi zarlarının iç lipit tabakası esas olarak fosfatidiletanolamin ve fosfatidilserin içerir ve dış tabaka fosfatidilkolin ve sfingomiyelin içerir.

İkincisi, membranlardaki bazı taşıma sistemleri yalnızca tek yönde hareket eder. Örneğin eritrositlerin zarlarında, ATP hidrolizi sırasında açığa çıkan enerji nedeniyle Na + iyonlarını hücreden çevreye ve K + iyonlarını hücreye pompalayan bir taşıma sistemi (“pompa”) vardır.

üçüncü olarak, plazma zarının dış yüzeyi, glikolipid başları ve glikoproteinlerin oligosakarit yan zincirleri olan çok sayıda oligosakarit grubu içerirken, plazma zarının iç yüzeyinde neredeyse hiç oligosakarit grubu yoktur.

Biyolojik membranların asimetrisi, bireysel fosfolipid moleküllerinin lipit çift katmanının bir tarafından diğer tarafına aktarılmasının enerji nedenleriyle çok zor olması nedeniyle korunur. Polar bir lipit molekülü, çift tabakanın kendi tarafında serbestçe hareket edebilir, ancak diğer tarafa atlama yeteneği sınırlıdır.

Lipid hareketliliği, mevcut doymamış yağ asitlerinin bağıl içeriğine ve türüne bağlıdır. Yağ asidi zincirlerinin hidrokarbon yapısı, membrana akışkanlık ve hareketlilik özellikleri kazandırır. Cis-doymamış yağ asitlerinin varlığında, zincirler arasındaki yapışma kuvvetleri, tek başına doymuş yağ asitlerinin varlığında olduğundan daha zayıftır ve lipitler, düşük sıcaklıklarda bile oldukça hareketli kalır.

Membranların dışında, işlevi belirli moleküler sinyalleri tanımak olan spesifik tanıma bölgeleri vardır. Örneğin, bazı bakteriler bir besin maddesinin konsantrasyonundaki hafif değişiklikleri zar yoluyla algılarlar ve bu da onların besin kaynağına doğru hareketini uyarır; bu fenomene denir kemotaksis.

Çeşitli hücrelerin ve hücre içi organellerin zarları, yapıları, kimyasal bileşimleri ve fonksiyonları nedeniyle belirli bir özelliğe sahiptir. Ökaryotik organizmalarda aşağıdaki ana zar grupları ayırt edilir:

plazma zarı (dış hücre zarı, plazmalemma),

· nükleer membran,

endoplazmik retikulum,

Golgi aygıtının zarları, mitokondri, kloroplastlar, miyelin kılıfları,

uyarılabilir membranlar.

Prokaryotik organizmalarda plazma zarına ek olarak intrasitoplazmik zar oluşumları da vardır; bunlara heterotrofik prokaryotlar adı verilir. mezozomlar.İkincisi, dış hücre zarının içeri girmesiyle oluşur ve bazı durumlarda onunla teması korur.

Kırmızı kan hücresi zarı Proteinler (%50), lipitler (%40) ve karbonhidratlardan (%10) oluşur. Karbonhidratların büyük bir kısmı (%93) proteinlerle, geri kalanı ise lipitlerle ilişkilidir. Misellerdeki simetrik düzenlemenin tersine, zarda lipitler asimetrik olarak düzenlenmiştir. Örneğin sefalin ağırlıklı olarak iç lipit tabakasında bulunur. Bu asimetrinin, membrandaki fosfolipidlerin membran proteinlerinin yardımıyla ve metabolik enerjinin yardımıyla gerçekleştirilen enine hareketi nedeniyle korunduğu açıktır. Eritrosit zarının iç tabakası esas olarak sfingomiyelin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin içerir ve dış tabakası fosfatidilkolin içerir. Kırmızı kan hücresi zarı integral bir glikoprotein içerir glikoforin 131 amino asit kalıntısından oluşan ve membrana nüfuz eden 900 amino asit kalıntısından oluşan band 3 proteini. Glikoforinin karbonhidrat bileşenleri influenza virüsleri, fitohemaglutininler ve bazı hormonlar için reseptör işlevi görür. Eritrosit zarında az sayıda karbonhidrat içeren ve zara nüfuz eden başka bir integral protein bulundu. O aradı tünel proteini(bileşen a), çünkü anyonlar için bir kanal oluşturduğu varsayılmaktadır. Eritrosit zarının iç tarafı ile ilişkili periferik bir protein spektrin.

Miyelin membranları Nöronların aksonlarını çevreleyen çok katmanlıdırlar, büyük miktarda lipit içerirler (yaklaşık% 80'i, yarısı fosfolipitlerdir). Bu zarların proteinleri, üst üste gelen zar tuzlarının sabitlenmesi için önemlidir.

Kloroplast membranlar. Kloroplastlar iki katmanlı bir zarla kaplıdır. Dış zarın mitokondri ile bazı benzerlikleri vardır. Kloroplastların bu yüzey zarına ek olarak bir iç zar sistemi de vardır. ince tabakalar. Lameller, ya üst üste yerleştirilmiş, paketler (granas) halinde toplanan ya da bir stromal membran sistemi (stromal lamel) oluşturan düzleştirilmiş kesecikler - tilakoidler oluşturur. Tilakoid zarın dış tarafındaki grana ve stromanın lamelleri konsantre hidrofilik gruplar, galakto ve sülfolipidlerdir. Klorofil molekülünün fitol kısmı kürecik içine daldırılır ve hidrofobik protein ve lipit grupları ile temas halindedir. Klorofilin porfirin çekirdekleri esas olarak grana tilakoidlerin temas eden zarları arasında lokalizedir.

Bakterilerin iç (sitoplazmik) zarı yapısı kloroplast ve mitokondrinin iç zarlarına benzer. Solunum zincirinin enzimleri ve aktif taşıma, içinde lokalizedir; Membran bileşenlerinin oluşumunda rol oynayan enzimler. Bakteriyel membranların baskın bileşeni proteinlerdir: protein/lipid oranı (ağırlıkça) 3:1'dir. Gram-negatif bakterilerin dış zarı, sitoplazmik zarla karşılaştırıldığında daha az miktarda çeşitli fosfolipidler ve proteinler içerir. Her iki membran da lipit bileşimi bakımından farklılık gösterir. Dış zar, birçok düşük moleküler maddenin nüfuz etmesi için gözenekler oluşturan proteinler içerir. Dış zarın karakteristik bir bileşeni de spesifik bir lipopolisakkarittir. Bir dizi dış zar proteini fajlar için reseptör görevi görür.

Virüs zarı. Virüsler arasında membran yapıları, protein ve nükleik asitten oluşan bir nükleokapsit içerenlerin karakteristiğidir. Virüslerin bu “çekirdeği” bir zar (zarf) ile çevrilidir. Aynı zamanda esas olarak membranın yüzeyinde yer alan gömülü glikoproteinlere sahip bir lipit çift katmanından oluşur. Bazı virüslerde (mikrovirüsler), tüm proteinlerin %70-80'i zarlarda bulunur; geri kalan proteinler nükleokapsitte bulunur.

Dolayısıyla hücre zarları oldukça karmaşık yapılardır; bunları oluşturan moleküler kompleksler, membran yüzeyine biyolojik özgüllük kazandıran düzenli iki boyutlu bir mozaik oluşturur.