Hücre- doku ve organlardan oluşan, kendi kendini düzenleyen yapısal ve işlevsel bir birim. Organ ve dokuların yapısının hücresel teorisi 1839'da Schleiden ve Schwann tarafından geliştirildi. Daha sonra elektron mikroskobu ve ultrasantrifüjleme yardımıyla hayvan ve bitki hücrelerinin tüm ana organellerinin yapısını açıklığa kavuşturmak mümkün oldu (Şekil 1). 1).
Pirinç. 1. Bir hayvan hücresinin yapısının şeması
Bir hücrenin ana kısımları sitoplazma ve çekirdektir. Her hücre, içeriğini sınırlayan çok ince bir zarla çevrilidir.
Hücre zarı denir hücre zarı ve seçici geçirgenlik ile karakterize edilir. Bu özellik, gerekli besin maddelerinin ve kimyasal elementlerin hücreye nüfuz etmesini ve fazla ürünlerin hücreden çıkmasını sağlar. Plazma zarı, spesifik proteinler içeren iki kat lipit molekülünden oluşur. Ana membran lipitleri fosfolipitlerdir. Uzun zincirli yağ asitlerinin fosfor, bir polar baş ve iki polar olmayan kuyruğunu içerirler. Membran lipitleri kolesterol ve kolesteril esterleri içerir. Sıvı mozaik yapı modeline uygun olarak membranlar, çift katmana göre karışabilen protein ve lipit molekülleri içerir. Herhangi bir hayvan hücresinin her bir membran tipinin kendine ait nispeten sabit bir lipit bileşimi vardır.
Membran proteinleri yapılarına göre integral ve periferik olmak üzere iki türe ayrılır. Periferik proteinler membrana zarar vermeden membrandan uzaklaştırılabilir. Dört tip membran proteini vardır: taşıma proteinleri, enzimler, reseptörler ve yapısal proteinler. Bazı membran proteinleri enzimatik aktiviteye sahipken, diğerleri belirli maddeleri bağlayarak bunların hücreye taşınmasını kolaylaştırır. Proteinler, maddelerin zarlar boyunca hareketi için çeşitli yollar sağlar: su moleküllerinin ve iyonların hücreler arasında hareket etmesine izin veren çeşitli protein alt birimlerinden oluşan büyük gözenekler oluştururlar; Belirli koşullar altında belirli iyon türlerinin zar boyunca hareketi için uzmanlaşmış iyon kanalları oluşturur. Yapısal proteinler iç lipit tabakasıyla ilişkilidir ve hücrenin hücre iskeletini sağlar. Hücre iskeleti hücre zarına mekanik güç sağlar. Çeşitli membranlarda proteinler kütlenin %20 ila %80'ini oluşturur. Membran proteinleri yan düzlemde serbestçe hareket edebilir.
Membran ayrıca lipitlere veya proteinlere kovalent olarak bağlanabilen karbonhidratlar da içerir. Üç tip membran karbonhidratı vardır: glikolipitler (gangliozitler), glikoproteinler ve proteoglikanlar. Membran lipitlerinin çoğu sıvı haldedir ve belirli bir akışkanlığa sahiptir; bir alandan diğerine geçme yeteneği. Membranın dış tarafında çeşitli hormonları bağlayan reseptör bölgeleri vardır. Membranın diğer spesifik alanları, bu hücrelere yabancı olan bazı proteinleri ve çeşitli biyolojik olarak aktif bileşikleri tanıyamaz ve bağlayamaz.
Hücrenin iç alanı, hücresel metabolizmanın enzim katalizli reaksiyonlarının çoğunun gerçekleştiği sitoplazma ile doludur. Sitoplazma iki katmandan oluşur: endoplazma adı verilen iç katman ve yüksek viskoziteye sahip ve granüllerden yoksun olan periferik ektoplazma. Sitoplazma, bir hücrenin veya organelin tüm bileşenlerini içerir. Hücre organellerinin en önemlileri endoplazmik retikulum, ribozomlar, mitokondri, Golgi aygıtı, lizozomlar, mikrofilamentler ve mikrotübüller, peroksizomlardır.
Endoplazmik retikulum sitoplazmanın tamamına nüfuz eden birbirine bağlı kanallar ve boşluklardan oluşan bir sistemdir. Maddelerin ortamdan ve hücre içinden taşınmasını sağlar. Endoplazmik retikulum aynı zamanda hücre içi Ca2+ iyonları için bir depo görevi görür ve hücrede lipit sentezinin ana bölgesi olarak görev yapar.
Ribozomlar - 10-25 nm çapında mikroskobik küresel parçacıklar. Ribozomlar sitoplazmada serbestçe bulunur veya endoplazmik retikulum ve nükleer membran zarlarının dış yüzeyine bağlanır. Haberci ve taşıyıcı RNA ile etkileşime girerler ve içlerinde protein sentezi meydana gelir. Sisternaya veya Golgi aygıtına giren proteinleri sentezlerler ve daha sonra dışarıya salınırlar. Sitoplazmada serbestçe bulunan ribozomlar, hücrenin kendisi tarafından kullanılmak üzere protein sentezler ve endoplazmik retikulumla ilişkili ribozomlar, hücreden atılan proteini üretir. Ribozomlar çeşitli fonksiyonel proteinleri sentezler: taşıyıcı proteinler, enzimler, reseptörler, hücre iskeleti proteinleri.
Golgi aygıtı Tübüller, sarnıçlar ve keseciklerden oluşan bir sistem tarafından oluşturulur. Endoplazmik retikulum ile ilişkilidir ve buraya giren biyolojik olarak aktif maddeler, salgı keseciklerinde sıkıştırılmış bir biçimde depolanır. İkincisi sürekli olarak Golgi aygıtından ayrılır, hücre zarına taşınır ve onunla birleşir ve veziküllerde bulunan maddeler ekzositoz işlemi yoluyla hücreden uzaklaştırılır.
Lizozomlar - 0,25-0,8 mikron boyutlarında zarla çevrili parçacıklar. Proteinlerin, polisakkaritlerin, yağların, nükleik asitlerin, bakterilerin ve hücrelerin parçalanmasında rol oynayan çok sayıda enzim içerirler.
Peroksizomlar Pürüzsüz endoplazmik retikulumdan oluşur, lizozomlara benzer ve peroksidazlar ve katalazın etkisi altında parçalanan hidrojen peroksitin ayrışmasını katalize eden enzimler içerir.
Mitokondri dış ve iç zarları içerir ve hücrenin “enerji istasyonudur”. Mitokondri, çift zarlı yuvarlak veya uzun yapılardır. İç zar, mitokondri - kristaya doğru çıkıntı yapan kıvrımlar oluşturur. İçlerinde ATP sentezi meydana gelir, Krebs döngüsü substratlarının oksidasyonu ve birçok biyokimyasal reaksiyon meydana gelir. Mitokondride üretilen ATP molekülleri hücrenin her yerine yayılır. Mitokondri az miktarda DNA, RNA ve ribozom içerir ve bunların katılımıyla yeni mitokondrinin yenilenmesi ve sentezi meydana gelir.
Mikrofilamentler Miyozin ve aktin içeren ince protein filamentleridir ve hücrenin kasılma aparatını oluştururlar. Mikrofilamentler, hücre zarının kıvrımlarının veya çıkıntılarının oluşumunda ve ayrıca hücre içindeki çeşitli yapıların hareketinde rol oynar.
Mikrotübüller hücre iskeletinin temelini oluşturur ve gücünü sağlar. Hücre iskeleti, hücrelere karakteristik görünüm ve şeklini verir ve hücre içi organellerin ve çeşitli cisimlerin bağlanması için bir alan görevi görür. Sinir hücrelerinde, mikrotübül demetleri, maddelerin hücre gövdesinden aksonların uçlarına taşınmasında rol oynar. Onların katılımıyla mitotik iğ, hücre bölünmesi sırasında işlev görür. Ökaryotlarda villus ve flagelladaki motor elemanların rolünü oynarlar.
Çekirdek hücrenin ana yapısıdır, kalıtsal özelliklerin aktarımına ve protein sentezine katılır. Çekirdek, çekirdek ile sitoplazma arasında çeşitli maddelerin değiş tokuşunu sağlayan birçok nükleer gözenek içeren bir nükleer zarla çevrilidir. İçinde bir nükleolus var. Nükleolusun ribozomal RNA ve histon proteinlerinin sentezindeki önemli rolü kurulmuştur. Çekirdeğin geri kalan kısımları DNA, RNA ve bir dizi spesifik proteinden oluşan kromatin içerir.
Hücre zarının fonksiyonları
Hücre zarları hücre içi ve hücreler arası metabolizmanın düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Seçici geçirgenliğe sahiptirler. Özel yapıları bariyer, taşıma ve düzenleyici işlevler sağlamalarına olanak tanır.
Bariyer fonksiyonu suda çözünmüş bileşiklerin membrandan nüfuzunun sınırlandırılmasında kendini gösterir. Membran büyük protein moleküllerine ve organik anyonlara karşı geçirimsizdir.
Düzenleme işlevi Membranların amacı kimyasal, biyolojik ve mekanik etkilere yanıt olarak hücre içi metabolizmayı düzenlemektir. Özel membran reseptörleri tarafından çeşitli etkiler algılanır ve ardından enzim aktivitesinde bir değişiklik olur.
Taşıma işlevi biyolojik membranlar yoluyla pasif olarak (difüzyon, filtrasyon, ozmoz) veya aktif taşıma kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Difüzyon - Bir gazın veya çözünebilir maddenin bir konsantrasyon ve elektrokimyasal gradyan boyunca hareketi. Difüzyon hızı, hücre zarının geçirgenliğine, ayrıca yüksüz parçacıklar için konsantrasyon gradyanına ve yüklü parçacıklar için elektrik ve konsantrasyon gradyanlarına bağlıdır. Basit difüzyon lipit çift katmanı yoluyla veya kanallar yoluyla gerçekleşir. Yüklü parçacıklar elektrokimyasal bir gradyana göre hareket eder ve yüksüz parçacıklar kimyasal bir gradyana göre hareket eder. Örneğin oksijen, steroid hormonları, üre, alkol vb. Basit difüzyonla zarın lipit tabakasından nüfuz eder. Çeşitli iyonlar ve parçacıklar kanallardan geçer. İyon kanalları proteinler tarafından oluşturulur ve kapılı ve kapısız kanallara ayrılır. Seçicilik durumuna göre yalnızca bir iyonun geçişine izin veren iyon seçici kablolar ile seçiciliği olmayan kanallar arasında ayrım yapılır. Kanalların bir orifisi ve seçici bir filtresi vardır ve kontrollü kanallar bir kapı mekanizmasına sahiptir.
Kolaylaştırılmış difüzyon - maddelerin özel membran taşıma proteinleri kullanılarak bir zar boyunca taşındığı bir işlem. Bu sayede amino asitler ve monosakkaritler hücrenin içine nüfuz eder. Bu tür taşıma çok hızlı gerçekleşir.
Osmoz - Suyun membran boyunca ozmotik basıncı daha düşük olan bir çözeltiden daha yüksek olan bir çözeltiye doğru hareketi.
Aktif taşımacılık - taşıma ATPazları (iyon pompaları) kullanılarak maddelerin konsantrasyon gradyanına karşı taşınması. Bu transfer enerji harcanmasıyla gerçekleşir.
Na + /K + -, Ca 2+ - ve H + - pompaları daha geniş kapsamlı olarak incelenmiştir. Pompalar hücre zarlarında bulunur.
Bir tür aktif taşımadır endositoz Ve ekzositoz. Bu mekanizmalar kullanılarak kanallar yoluyla taşınamayan daha büyük maddeler (proteinler, polisakkaritler, nükleik asitler) taşınır. Bu taşınma bağırsak epitel hücrelerinde, renal tübüllerde ve vasküler endotelde daha yaygındır.
Şu tarihte: Endositozda, hücre zarları hücrenin içine girintiler oluşturur ve bunlar serbest bırakıldığında veziküllere dönüşür. Ekzositoz sırasında veziküller içerikleriyle birlikte hücre zarına aktarılır ve onunla birleşir ve veziküllerin içerikleri hücre dışı ortama salınır.
Hücre zarının yapısı ve görevleri
Canlı hücrelerde elektriksel potansiyellerin varlığını sağlayan süreçleri anlamak için öncelikle hücre zarının yapısını ve özelliklerini anlamak gerekir.
Şu anda en yaygın kabul gören, 1972'de S. Singer ve G. Nicholson tarafından önerilen zarın sıvı mozaik modelidir. Membran, molekülün hidrofobik parçaları olan çift katmanlı fosfolipidlere (çift katman) dayanmaktadır. membranın kalınlığına batırılmış ve polar hidrofilik gruplar dışarıya doğru yönlendirilmiştir. çevredeki su ortamına (Şekil 2).
Membran proteinleri, membranın yüzeyinde lokalizedir veya hidrofobik bölgede değişen derinliklere gömülebilir. Bazı proteinler zarı kaplar ve aynı proteinin farklı hidrofilik grupları hücre zarının her iki yanında bulunur. Plazma zarında bulunan proteinler çok önemli bir rol oynar: iyon kanallarının oluşumuna katılırlar, membran pompaları ve çeşitli maddelerin taşıyıcıları rolünü oynarlar ve ayrıca bir reseptör işlevi de gerçekleştirebilirler.
Hücre zarının ana fonksiyonları: bariyer, taşıma, düzenleyici, katalitik.
Bariyer işlevi, hücreleri yabancı, toksik maddelerden korumak ve hücrelerin içindeki çeşitli maddelerin nispeten sabit içeriğini korumak için gerekli olan, suda çözünebilen bileşiklerin membrandan difüzyonunu sınırlamaktır. Böylece hücre zarı çeşitli maddelerin difüzyonunu 100.000-10.000.000 kat yavaşlatabilmektedir.
Pirinç. 2. Singer-Nicholson zarının sıvı mozaik modelinin üç boyutlu diyagramı
Bir lipit çift katmanına gömülü küresel integral proteinler tasvir edilmiştir. Bazı proteinler iyon kanallarıdır, diğerleri (glikoproteinler), hücrelerin kendi aralarında ve hücreler arası dokuda tanınmasında rol oynayan oligosakarit yan zincirlerini içerir. Kolesterol molekülleri fosfolipid başlarına çok yakındır ve “kuyrukların” bitişik kısımlarını sabitler. Fosfolipid molekülünün kuyruklarının iç kısımlarının hareketleri sınırlı değildir ve zarın akışkanlığından sorumludur (Bretscher, 1985).
Membran, iyonların nüfuz edebileceği kanalları içerir. Kanallar voltaja bağlı veya potansiyelden bağımsız olabilir. Gerilime bağlı kanallar potansiyel fark değiştiğinde açılır ve potansiyel bağımsız(hormon tarafından düzenlenen) reseptörler maddelerle etkileşime girdiğinde açılır. Kapaklar sayesinde kanallar açılıp kapatılabilmektedir. Membranın içine iki tip kapı yerleştirilmiştir: aktivasyon(kanalın derinliklerinde) ve inaktivasyon(kanal yüzeyinde). Kapı üç durumdan birinde olabilir:
- açık durum (her iki kapı türü de açıktır);
- kapalı durum (etkinleştirme kapısı kapalı);
- etkisizleştirme durumu (etkisizleştirme kapısı kapalı).
Membranların bir diğer karakteristik özelliği ise inorganik iyonları, besin maddelerini ve çeşitli metabolik ürünleri seçici olarak taşıma yeteneğidir. Maddelerin pasif ve aktif transfer (taşınma) sistemleri vardır. Pasif Taşıma, taşıyıcı proteinlerin yardımıyla veya olmadan iyon kanalları aracılığıyla gerçekleşir ve bunun itici gücü, hücre içi ve hücre dışı boşluk arasındaki iyonların elektrokimyasal potansiyelindeki farktır. İyon kanallarının seçiciliği, geometrik parametreleri ve kanalın duvarlarını ve ağzını kaplayan grupların kimyasal yapısına göre belirlenir.
Şu anda en iyi incelenen kanallar, Na+, K+, Ca2+ iyonlarına ve ayrıca suya (aquaporinler olarak adlandırılan) karşı seçici olarak geçirgen olan kanallardır. Çeşitli çalışmalara göre iyon kanallarının çapı 0,5-0,7 nm'dir. Kanal kapasitesi değişebilir; bir iyon kanalından saniyede 10 7 - 10 8 iyon geçebilir.
Aktif taşıma enerji harcamasıyla gerçekleşir ve iyon pompaları adı verilen cihazlar tarafından gerçekleştirilir. İyon pompaları, iyonları daha yüksek bir elektrokimyasal potansiyele doğru taşıyan, bir zar içine yerleştirilmiş moleküler protein yapılarıdır.
Pompalar ATP hidrolizinin enerjisini kullanarak çalışır. Şu anda sırasıyla Na+, K+, Ca 2+ iyonlarının hareketini sağlayan Na+/K+ - ATPase, Ca 2+ - ATPase, H+ - ATPase, H+ /K+ - ATPase, Mg 2+ - ATPase bulunmaktadır. , iyi incelenmiştir, H+, Mg2+ izole edilmiş veya konjuge edilmiştir (Na+ ve K+; H+ ve K+). Aktif taşımanın moleküler mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır.
Canlı bir organizmanın temel yapısal birimi, hücre zarıyla çevrili sitoplazmanın farklılaşmış bir bölümü olan hücredir. Hücrenin üreme, beslenme, hareket gibi pek çok önemli işlevi yerine getirmesi nedeniyle zarın plastik ve yoğun olması gerekir.
Hücre zarının keşfi ve araştırılmasının tarihi
1925'te Grendel ve Gorder, kırmızı kan hücrelerinin veya boş zarların "gölgelerini" tanımlamak için başarılı bir deney gerçekleştirdi. Birçok ciddi hataya rağmen bilim insanları lipit çift katmanını keşfetti. Çalışmaları 1935'te Danielli, Dawson ve 1960'ta Robertson tarafından sürdürüldü. Uzun yıllar süren çalışmalar ve tartışma birikiminin bir sonucu olarak, 1972'de Singer ve Nicholson, membran yapısının akışkan mozaik modelini oluşturdular. Daha sonraki deneyler ve çalışmalar bilim adamlarının çalışmalarını doğruladı.
Anlam
Hücre zarı nedir? Bu kelime yüz yıldan fazla bir süre önce kullanılmaya başlandı; Latince'den çevrildiğinde “film”, “deri” anlamına geliyor. İç içerik ile dış ortam arasında doğal bir bariyer olan hücre sınırı bu şekilde belirlenir. Hücre zarının yapısı, nemin, besinlerin ve parçalanma ürünlerinin içinden serbestçe geçebilmesi nedeniyle yarı geçirgenliği ifade eder. Bu kabuğa hücre organizasyonunun ana yapısal bileşeni denilebilir.
Hücre zarının ana fonksiyonlarını ele alalım
1. Hücrenin iç içeriği ile dış ortamın bileşenlerini ayırır.
2. Hücrenin sabit bir kimyasal bileşiminin korunmasına yardımcı olur.
3. Uygun metabolizmayı düzenler.
4. Hücreler arası iletişimi sağlar.
5. Sinyalleri tanır.
6. Koruma fonksiyonu.
"Plazma Kabuğu"
Plazma zarı olarak da adlandırılan dış hücre zarı, kalınlığı beş ila yedi nanomilimetre arasında değişen ultramikroskopik bir filmdir. Esas olarak protein bileşikleri, fosfolidler ve sudan oluşur. Film elastiktir, suyu kolayca emer ve hasar sonrasında bütünlüğünü hızla geri kazanır.
Evrensel bir yapıya sahiptir. Bu zar sınır pozisyonunda bulunur, seçici geçirgenlik sürecine katılır, çürüme ürünlerinin uzaklaştırılması ve sentezlenmesine yardımcı olur. "Komşuları" ile olan ilişkisi ve iç içeriğinin hasara karşı güvenilir bir şekilde korunması, onu hücrenin yapısı gibi konularda önemli bir bileşen haline getirir. Hayvan organizmalarının hücre zarı bazen proteinleri ve polisakkaritleri içeren ince bir tabaka olan glikokaliks ile kaplanır. Membranın dışındaki bitki hücreleri, destek görevi gören ve şekli koruyan bir hücre duvarı tarafından korunur. Bileşiminin ana bileşeni, suda çözünmeyen bir polisakarit olan elyaftır (selüloz).
Böylece dış hücre zarının onarım, koruma ve diğer hücrelerle etkileşim işlevi vardır.
Hücre zarının yapısı
Bu hareketli kabuğun kalınlığı altı ila on nanomilimetre arasında değişmektedir. Bir hücrenin hücre zarı, temeli bir lipit çift katmanı olan özel bir bileşime sahiptir. Suya karşı etkisiz olan hidrofobik kuyruklar iç tarafta bulunurken, suyla etkileşime giren hidrofilik kafalar dışarı doğru bakar. Her lipit, gliserol ve sfingozin gibi maddelerin etkileşiminin sonucu olan bir fosfolipittir. Lipid çerçevesi, sürekli olmayan bir tabaka halinde düzenlenmiş proteinlerle yakından çevrilidir. Bazıları lipit tabakasına daldırılır, geri kalanı ise içinden geçer. Bunun sonucunda suya geçirgen alanlar oluşur. Bu proteinlerin gerçekleştirdiği işlevler farklıdır. Bunlardan bazıları enzimler, geri kalanı ise çeşitli maddeleri dış ortamdan sitoplazmaya ve geriye aktaran taşıma proteinleridir.
Hücre zarı, integral proteinlerin içinden geçer ve bunlar tarafından yakından bağlanır ve periferik olanlarla bağlantı daha az güçlüdür. Bu proteinler, zarın yapısını korumak, çevreden gelen sinyalleri almak ve dönüştürmek, maddeleri taşımak ve zarlarda meydana gelen reaksiyonları katalize etmek gibi önemli bir işlevi yerine getirir.
Birleştirmek
Hücre zarının temeli bimoleküler bir katmandır. Sürekliliği sayesinde hücre bariyer ve mekanik özelliklere sahiptir. Yaşamın farklı aşamalarında bu çift katman bozulabilir. Sonuç olarak, hidrofilik gözeneklerin yapısal kusurları oluşur. Bu durumda hücre zarı gibi bir bileşenin kesinlikle tüm fonksiyonları değişebilir. Çekirdek dış etkilerden zarar görebilir.
Özellikler
Hücrenin hücre zarı ilginç özelliklere sahiptir. Akışkanlığı nedeniyle bu zar katı bir yapı değildir ve onu oluşturan proteinlerin ve lipitlerin büyük kısmı, zar düzleminde serbestçe hareket eder.
Genel olarak hücre zarı asimetrik olduğundan protein ve lipit katmanlarının bileşimi farklılık gösterir. Hayvan hücrelerindeki plazma zarlarının dış tarafında, reseptör ve sinyal fonksiyonlarını yerine getiren ve aynı zamanda hücrelerin doku halinde birleştirilmesi sürecinde büyük rol oynayan bir glikoprotein tabakası bulunur. Hücre zarı polardır, yani dıştaki yük pozitif, içteki yük ise negatiftir. Yukarıdakilerin hepsine ek olarak hücre zarı seçici bir içgörüye sahiptir.
Bu, suya ek olarak yalnızca belirli bir grup molekülün ve çözünmüş madde iyonlarının hücreye girmesine izin verildiği anlamına gelir. Çoğu hücrede sodyum gibi bir maddenin konsantrasyonu dış ortama göre çok daha düşüktür. Potasyum iyonlarının farklı bir oranı vardır: Hücredeki miktarları çevreye göre çok daha yüksektir. Bu bağlamda, sodyum iyonları hücre zarına nüfuz etme eğilimindeyken, potasyum iyonları dışarıya salınma eğilimindedir. Bu koşullar altında zar, "pompalama" rolü oynayan ve maddelerin konsantrasyonunu dengeleyen özel bir sistemi harekete geçirir: sodyum iyonları hücrenin yüzeyine pompalanır ve potasyum iyonları içeriye pompalanır. Bu özellik hücre zarının en önemli işlevlerinden biridir.
Sodyum ve potasyum iyonlarının yüzeyden içeriye doğru hareket etme eğilimi, şeker ve amino asitlerin hücreye taşınmasında büyük rol oynar. Sodyum iyonlarının hücreden aktif olarak uzaklaştırılması sürecinde, zar, içeriye yeni glikoz ve amino asit alımı için koşullar yaratır. Aksine, potasyum iyonlarının hücreye aktarılması sürecinde, çürüme ürünlerinin hücre içinden dış ortama "taşıyıcılarının" sayısı yenilenir.
Hücre zarından hücre beslenmesi nasıl gerçekleşir?
Birçok hücre, maddeleri fagositoz ve pinositoz gibi işlemler yoluyla alır. İlk seçenekte esnek bir dış zar, yakalanan parçacığın son bulduğu küçük bir çöküntü oluşturur. Daha sonra girintinin çapı, kapalı parçacık hücre sitoplazmasına girene kadar büyür. Fagositoz yoluyla, amipler gibi bazı protozoaların yanı sıra kan hücreleri - lökositler ve fagositler de beslenir. Benzer şekilde hücreler, gerekli besinleri içeren sıvıyı emer. Bu olaya pinositoz denir.
Dış zar, hücrenin endoplazmik retikulumuna yakından bağlıdır.
Birçok ana doku bileşeni türü, membran yüzeyinde çıkıntılara, kıvrımlara ve mikrovilluslara sahiptir. Bu kabuğun dışındaki bitki hücreleri, kalın ve mikroskop altında açıkça görülebilen bir başka hücreyle kaplıdır. Yapıldıkları lif, ahşap gibi bitki dokuları için destek oluşturmaya yardımcı olur. Hayvan hücrelerinde ayrıca hücre zarının üstünde yer alan çok sayıda dış yapı bulunur. Doğası gereği yalnızca koruyucudurlar; bunun bir örneği böceklerin örtü hücrelerinde bulunan kitindir.
Hücre zarına ek olarak hücre içi bir zar da vardır. Görevi, hücreyi, belirli bir ortamın korunması gereken birkaç özel kapalı bölmeye (bölmelere veya organellere) bölmektir.
Bu nedenle, canlı bir organizmanın temel biriminin hücre zarı gibi bir bileşeninin rolünü abartmak imkansızdır. Yapı ve işlevler, hücrenin toplam yüzey alanında önemli bir genişleme ve metabolik süreçlerde bir iyileşme olduğunu göstermektedir. Bu moleküler yapı proteinlerden ve lipitlerden oluşur. Hücreyi dış ortamdan ayıran zar, onun bütünlüğünü sağlar. Onun yardımıyla hücreler arası bağlantılar oldukça güçlü bir seviyede tutularak dokular oluşturulur. Bu bakımdan hücre zarının hücredeki en önemli rollerden birini oynadığı sonucuna varabiliriz. Yapısı ve gerçekleştirdiği işlevler, amaçlarına bağlı olarak farklı hücrelerde kökten farklılık gösterir. Bu özellikleri sayesinde hücre zarlarının çeşitli fizyolojik aktiviteleri, hücre ve dokuların varlığındaki rolleri sağlanmaktadır.
Gezegenimizdeki tüm canlıların hücrelerden, bu sayısız "" organik maddeden oluştuğu bir sır değil. Hücreler ise özel bir koruyucu kabukla (hücrenin yaşamında çok önemli bir rol oynayan bir zar) çevrelenir ve hücre zarının işlevleri yalnızca hücreyi korumakla sınırlı değildir, aynı zamanda bir kompleksi temsil eder. Hücrenin üremesi, beslenmesi ve yenilenmesinde rol oynayan mekanizma.
Hücre zarı nedir
"Membran" kelimesinin kendisi Latince'den "film" olarak çevrilmiştir, ancak membran sadece bir hücrenin sarıldığı bir tür film değil, birbirine bağlı ve farklı özelliklere sahip iki filmin birleşimidir. Aslında hücre zarı, her hücreyi komşu hücrelerden ve çevreden ayıran, hücrelerle çevre arasında kontrollü alışverişi gerçekleştiren üç katmanlı bir lipoprotein (yağ-protein) zarıdır, hücre zarının ne olduğunun akademik tanımıdır. dır-dir.
Membranın önemi çok büyüktür, çünkü sadece bir hücreyi diğerinden ayırmakla kalmaz, aynı zamanda hücrenin hem diğer hücrelerle hem de çevreyle etkileşimini sağlar.
Hücre zarı araştırmalarının tarihi
Hücre zarı çalışmalarına önemli bir katkı, 1925'te iki Alman bilim adamı Gorter ve Grendel tarafından yapıldı. O zaman, kırmızı kan hücreleri - eritrositler üzerinde karmaşık bir biyolojik deney yapmayı başardılar; bu sırada bilim adamları, tek bir yığın halinde istifledikleri ve yüzey alanını ölçtükleri sözde "gölgeler", boş eritrosit kabuklarını elde ettiler ve ayrıca içlerindeki lipit miktarını hesapladı. Bilim adamları, elde edilen lipit miktarına dayanarak bunların hücre zarının çift katmanında tam olarak yer aldığı sonucuna vardılar.
1935'te hücre zarı araştırmacılarından başka bir çift, bu kez Amerikalı Daniel ve Dawson, bir dizi uzun deneyden sonra hücre zarındaki protein içeriğini belirlediler. Membranın neden bu kadar yüksek bir yüzey gerilimine sahip olduğunu açıklamanın başka yolu yoktu. Bilim adamları, ekmeğin rolünün homojen lipit-protein katmanları tarafından oynandığı ve aralarında yağ yerine boşluk bulunan sandviç biçiminde bir hücre zarı modelini akıllıca sundular.
1950'de elektroniğin gelişiyle birlikte Daniel ve Dawson'ın teorisi pratik gözlemlerle doğrulandı - hücre zarının mikrograflarında, lipit ve protein baş katmanları ve ayrıca aralarındaki boş alan açıkça görülüyordu.
1960 yılında Amerikalı biyolog J. Robertson, hücre zarlarının üç katmanlı yapısı hakkında uzun süre tek doğru olarak kabul edilen bir teori geliştirdi, ancak bilimin daha da gelişmesiyle birlikte bunun yanılmazlığı konusunda şüpheler ortaya çıkmaya başladı. Yani, örneğin bakış açısından bakıldığında, hücrelerin gerekli besinleri tüm "sandviç" boyunca taşıması zor ve emek yoğun olacaktır.
Ve ancak 1972'de Amerikalı biyologlar S. Singer ve G. Nicholson, hücre zarının yeni bir sıvı-mozaik modelini kullanarak Robertson'un teorisindeki tutarsızlıkları açıklayabildiler. Özellikle hücre zarının bileşiminin homojen olmadığını, üstelik asimetrik olduğunu ve sıvıyla dolu olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca hücreler sürekli hareket halindedir. Hücre zarının bir parçası olan meşhur proteinler ise farklı yapı ve işlevlere sahiptir.
Hücre zarının özellikleri ve görevleri
Şimdi hücre zarının hangi işlevleri yerine getirdiğine bakalım:
Hücre zarının bariyer işlevi, hücrenin sınırlarını koruyan, zararlı veya basitçe uygunsuz moleküllerin geçmesine izin vermeyen ve geciktiren, gerçek bir sınır muhafızı olan zardır.
Hücre zarının taşıma işlevi - zar yalnızca hücre kapısında bir sınır muhafızı değil, aynı zamanda bir tür gümrük kontrol noktasıdır; faydalı maddeler onun aracılığıyla sürekli olarak diğer hücrelerle ve çevreyle değiş tokuş edilir.
Matris işlevi - birbirine göre konumu belirleyen ve aralarındaki etkileşimi düzenleyen hücre zarıdır.
Mekanik fonksiyon - bir hücrenin diğerinden sınırlandırılmasından ve aynı zamanda hücrelerin birbirine doğru şekilde bağlanmasından ve bunların homojen bir doku halinde oluşturulmasından sorumludur.
Hücre zarının koruyucu işlevi, hücrenin koruyucu kalkanını oluşturmanın temelini oluşturur. Doğada bu fonksiyonun bir örneği sert ağaç, yoğun bir kabuk, koruyucu bir kabuk olabilir; bunların hepsi de zarın koruyucu fonksiyonundan kaynaklanmaktadır.
Enzimatik fonksiyon, hücredeki bazı proteinler tarafından gerçekleştirilen bir diğer önemli fonksiyondur. Örneğin bu fonksiyon sayesinde bağırsak epitelinde sindirim enzimlerinin sentezi meydana gelir.
Ayrıca tüm bunlara ek olarak hücre zarı üzerinden hücresel değişim gerçekleşir ve bu değişim üç farklı reaksiyonla gerçekleşebilir:
- Fagositoz, membrana gömülü fagosit hücrelerinin çeşitli besinleri yakalayıp sindirdiği bir hücresel değişimdir.
- Pinositoz, kendisiyle temas halinde olan sıvı moleküllerin hücre zarı tarafından yakalanma işlemidir. Bunu yapmak için, zarın yüzeyinde, bir sıvı damlasını çevreliyormuş gibi görünen, bir kabarcık oluşturan ve daha sonra zar tarafından "yutulan" özel dallar oluşturulur.
- Ekzositoz, bir hücrenin salgılayıcı fonksiyonel bir sıvıyı zar yoluyla yüzeye saldığı ters bir süreçtir.
Hücre zarının yapısı
Hücre zarında üç sınıf lipit vardır:
- fosfolipidler (yağ ve fosforun bir kombinasyonudur),
- glikolipitler (yağlar ve karbonhidratların bir kombinasyonu),
- kolesterol
Fosfolipitler ve glikolipitler ise iki uzun hidrofobik kuyruğun uzandığı hidrofilik bir kafadan oluşur. Kolesterol bu kuyrukların arasındaki boşluğu doldurarak onların bükülmesini engeller; tüm bunlar bazı durumlarda bazı hücrelerin zarlarını çok sert hale getirir. Tüm bunların yanı sıra kolesterol molekülleri hücre zarının yapısını düzenler.
Ancak öyle de olsa hücre zarı yapısının en önemli kısmı protein, daha doğrusu farklı önemli roller oynayan farklı proteinlerdir. Membranın içerdiği proteinlerin çeşitliliğine rağmen onları birleştiren bir şey vardır: Halka şeklindeki lipitler, tüm zar proteinlerinin çevresinde bulunur. Halka şeklindeki lipitler, proteinler için bir tür koruyucu kabuk görevi gören ve onsuz çalışamayacakları özel yapılandırılmış yağlardır.
Hücre zarının yapısı üç katmandan oluşur: Hücre zarının temeli homojen bir sıvı bilipid tabakasıdır. Proteinler onu her iki taraftan da bir mozaik gibi kaplar. Yukarıda açıklanan işlevlere ek olarak, zarın sıvı katmanından geçemeyen maddelerin zardan geçtiği özel kanalların rolünü de proteinler oynar. Bunlar arasında örneğin potasyum ve sodyum iyonları bulunur; hücre zarlarından geçmeleri için doğa, hücre zarlarında özel iyon kanalları sağlar. Yani proteinler hücre zarlarının geçirgenliğini sağlar.
Hücre zarına mikroskopla baktığımızda, üzerinde proteinlerin denizdeymiş gibi yüzdüğü, küçük küresel moleküllerden oluşan bir lipit tabakası görürüz. Artık hücre zarını hangi maddelerin oluşturduğunu biliyorsunuz.
Hücre zarı videosu
Ve son olarak hücre zarı ile ilgili eğitici bir video.
Fonksiyonel özelliklerine göre hücre zarı gerçekleştirdiği 9 fonksiyona ayrılabilir.
Hücre zarının görevleri:
1. Taşıma. Maddeleri hücreden hücreye taşır;
2. Bariyer. Seçici geçirgenliğe sahiptir, gerekli metabolizmayı sağlar;
3. Alıcı. Zarda bulunan bazı proteinler reseptördür;
4. Mekanik. Hücrenin özerkliğini ve mekanik yapılarını sağlar;
5. Matris. Matris proteinlerinin optimal etkileşimini ve yönelimini sağlar;
6. Enerji. Membranlar, mitokondride hücresel solunum sırasında enerji transfer sistemlerini içerir;
7. Enzimatik. Membran proteinleri bazen enzimlerdir. Örneğin bağırsak hücre zarları;
8. İşaretleme. Membran, hücrenin tanımlanmasına izin veren antijenleri (glikoproteinler) içerir;
9. Üretiliyor. Biyopotansiyellerin üretilmesini ve iletilmesini gerçekleştirir.
Hayvan hücresi veya bitki hücresinin yapısı örneğini kullanarak hücre zarının nasıl göründüğünü görebilirsiniz.
Şekil hücre zarının yapısını göstermektedir.
Hücre zarının bileşenleri, çeşitli hücre zarı proteinlerini (küresel, periferik, yüzey) ve ayrıca hücre zarı lipitlerini (glikolipid, fosfolipid) içerir. Ayrıca hücre zarının yapısında karbonhidratlar, kolesterol, glikoprotein ve protein alfa sarmalı bulunur.
Hücre zarı bileşimi
Hücre zarının ana bileşimi şunları içerir:
1. Proteinler - zarın çeşitli özelliklerinden sorumludur;
2. Membran sertliğinden sorumlu üç tip lipit (fosfolipitler, glikolipitler ve kolesterol).
Hücre zarı proteinleri:
1. Küresel protein;
2. Yüzey proteini;
3. Periferik protein.
Hücre zarının asıl amacı
Hücre zarının temel amacı:
1. Hücre ile çevre arasındaki alışverişi düzenler;
2. Herhangi bir hücrenin içeriğini dış ortamdan ayırarak bütünlüğünü sağlayın;
3. Hücre içi zarlar, hücreyi özel kapalı bölmelere - belirli çevresel koşulların korunduğu organellere veya bölmelere böler.
Hücre zarı yapısı
Hücre zarının yapısı, sıvı fosfolipid matrisinde çözünmüş küresel integral proteinlerin iki boyutlu bir çözeltisidir. Bu membran yapısı modeli, 1972'de iki bilim adamı Nicholson ve Singer tarafından önerildi. Böylece, zarların temeli, görebileceğiniz gibi, moleküllerin düzenli bir şekilde düzenlendiği, iki moleküllü bir lipit tabakasıdır.
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 fosfolipidleri 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.
Organel zarları
Bazı hücresel organeller de koruyucu zarlarla çevrilidir. Çekirdek,
