Biyolojik membranlar.
"Membran" terimi (Latince membrana - deri, film), bir yandan hücrenin içeriği ile dış çevre arasında bir bariyer görevi gören hücre sınırını belirtmek için 100 yıldan daha uzun bir süre önce kullanılmaya başlandı. diğer yanda suyun ve bazı maddelerin geçebileceği yarı geçirgen bir bölme olarak. Ancak zarın görevleri bununla sınırlı değildir.Çünkü biyolojik zarlar hücrenin yapısal organizasyonunun temelini oluşturur.
Membran yapısı. Bu modele göre ana membran, moleküllerin hidrofobik kuyruklarının içe ve hidrofilik başlarının dışarıya baktığı bir lipit çift katmanıdır. Lipitler, fosfolipitler - gliserol veya sfingozin türevleri ile temsil edilir. Proteinler lipit tabakasıyla ilişkilidir. İntegral (transmembran) proteinler membrana nüfuz eder ve onunla sıkı bir şekilde ilişkilidir; çevresel olanlar nüfuz etmez ve zara daha az sıkı bağlanır. Membran proteinlerinin işlevleri: Membran yapısının korunması, çevreden sinyallerin alınması ve dönüştürülmesi. çevre, bazı maddelerin taşınması, zarlarda meydana gelen reaksiyonların katalizlenmesi. Membran kalınlığı 6 ila 10 nm arasında değişir.
Membran özellikleri:
1. Akışkanlık. Membran katı bir yapı değildir; kendisini oluşturan proteinlerin ve lipitlerin çoğu, zar düzleminde hareket edebilir.
2. Asimetri. Hem proteinlerin hem de lipitlerin dış ve iç katmanlarının bileşimi farklıdır. Ek olarak, hayvan hücrelerinin plazma zarlarının dışında bir glikoprotein tabakası bulunur (sinyal ve reseptör fonksiyonlarını yerine getiren ve aynı zamanda hücreleri dokularda birleştirmek için de önemli olan glikokaliks).
3. Polarite. Membranın dış tarafı pozitif yük taşırken iç tarafı negatif yük taşır.
4. Seçici geçirgenlik. Canlı hücrelerin zarları, suya ek olarak, yalnızca belirli moleküllerin ve çözünmüş maddelerin iyonlarının geçmesine izin verir (Hücre zarlarıyla ilgili olarak "yarı geçirgenlik" teriminin kullanılması tam olarak doğru değildir, çünkü bu kavram şunu ima eder: membran, çözünmüş maddelerin tüm moleküllerini ve iyonlarını tutarken yalnızca çözücü moleküllerin geçmesine izin verir.)
Dış hücre zarı (plazmalemma), proteinler, fosfolipidler ve sudan oluşan 7,5 nm kalınlığında ultramikroskopik bir filmdir. Suyla iyice ıslanan ve hasardan sonra bütünlüğünü hızla geri kazandıran elastik bir film. Tüm biyolojik zarlara özgü evrensel bir yapıya sahiptir. Bu zarın sınır konumu, seçici geçirgenlik, pinositoz, fagositoz, boşaltım ürünlerinin atılımı ve sentez süreçlerine katılımı, komşu hücrelerle etkileşimi ve hücrenin hasardan korunması, rolünü son derece önemli kılmaktadır. Membranın dışındaki hayvan hücreleri bazen polisakkaritler ve proteinlerden oluşan glikokaliks adı verilen ince bir tabaka ile kaplanır. Bitki hücrelerinde, hücre zarının dışında, dış destek oluşturan ve hücrenin şeklini koruyan güçlü bir hücre duvarı vardır. Suda çözünmeyen bir polisakkarit olan liflerden (selüloz) oluşur.
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 plazma 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 fosfolipidlerdir. 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 sahiptir, diğerleri ise 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 ayrıca 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 flagellada 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 taşıma - 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. Fosfolipit 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 yoluyla gerçekleşir ve bunun itici gücü, hücre içi ve hücre dışı boşluk arasındaki iyonların elektrokimyasal potansiyelleri arasındaki 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.
Arasında Hücre zarının ana fonksiyonları ayırt edilebilir: bariyer, taşıma, enzimatik ve reseptör. Hücresel (biyolojik) membran (plazmalemma, plazma veya sitoplazmik membran olarak da bilinir), hücrenin içeriğini veya organellerini ortamdan korur, üzerinde bulunan maddeler, enzimler ve ayrıca "yakalayabilen" moleküller için seçici geçirgenlik sağlar. ” çeşitli kimyasal ve fiziksel sinyaller.
Bu işlevsellik hücre zarının özel yapısı sayesinde sağlanır.
Dünyadaki yaşamın evriminde, bir hücre genellikle ancak iç içerikleri ayıran, sabitleyen ve bunların parçalanmasını önleyen bir zarın ortaya çıkmasından sonra oluşabildi.
Homeostazın sürdürülmesi açısından (iç ortamın göreceli sabitliğinin kendi kendine düzenlenmesi) Hücre zarının bariyer fonksiyonu taşımayla yakından ilişkilidir..
Küçük moleküller herhangi bir "yardımcı" olmadan plazmalemmadan bir konsantrasyon gradyanı boyunca, yani belirli bir maddenin yüksek konsantrasyonuna sahip bir alandan düşük konsantrasyona sahip bir alana geçebilirler. Örneğin solunumla ilgili gazlar için durum böyledir. Oksijen ve karbondioksit hücre zarından konsantrasyonlarının daha düşük olduğu yöne doğru yayılır.
Membran çoğunlukla hidrofobik olduğundan (çift lipit tabakası nedeniyle), polar (hidrofilik) moleküller, hatta küçük olanlar bile çoğu zaman içinden geçemez. Bu nedenle, bir dizi membran proteini bu tür moleküllerin taşıyıcısı olarak görev yapar, onlara bağlanır ve onları plazmalemma yoluyla taşır.
İntegral (zara nüfuz eden) proteinler genellikle kanalları açma ve kapatma prensibiyle çalışır. Herhangi bir molekül böyle bir proteine yaklaştığında onunla birleşir ve kanal açılır. Bu madde veya başka bir madde protein kanalından geçer, sonrasında konformasyonu değişir ve kanal bu maddeye kapanır, ancak başka bir maddenin geçişine izin verecek şekilde açılabilir. Sodyum-potasyum pompası bu prensiple çalışır; potasyum iyonlarını hücrenin içine pompalar ve sodyum iyonlarını hücrenin dışına pompalar.
Hücre zarının enzimatik işlevi büyük ölçüde hücre organellerinin zarlarında gerçekleştirilir. Hücrede sentezlenen proteinlerin çoğu enzimatik bir işlev görür. Membran üzerinde belirli bir sırayla "oturarak", bir enzim proteini tarafından katalize edilen reaksiyon ürünü diğerine geçtiğinde bir konveyör düzenlerler. Bu "taşıyıcı" plazmalemmanın yüzey proteinleri tarafından stabilize edilir.
Tüm biyolojik zarların yapısının evrenselliğine rağmen (tek bir prensibe göre inşa edilmişlerdir, tüm organizmalarda ve farklı zar hücre yapılarında neredeyse aynıdırlar), kimyasal bileşimleri hala farklı olabilir. Daha fazla sıvı ve daha katı olanlar var; bazılarında belirli proteinler daha fazla, bazılarında ise daha az var. Ayrıca aynı zarın farklı tarafları (iç ve dış) da farklıdır.
Dışarıdan hücreyi çevreleyen zar (sitoplazmik), lipitlere veya proteinlere bağlı birçok karbonhidrat zincirine sahiptir (bu, glikolipidlerin ve glikoproteinlerin oluşumuyla sonuçlanır). Bu karbonhidratların çoğu reseptör işlevi, belirli hormonlara duyarlı olmak, ortamdaki fiziksel ve kimyasal göstergelerdeki değişiklikleri tespit etmek.
Örneğin bir hormon, hücresel reseptörüne bağlanırsa, reseptör molekülünün karbonhidrat kısmı yapısını değiştirir, ardından zara nüfuz eden ilgili protein kısmının yapısında bir değişiklik olur. Bir sonraki aşamada hücrede çeşitli biyokimyasal reaksiyonlar başlatılır veya durdurulur, yani metabolizma değişir ve “uyarıya” hücresel bir yanıt başlar.
Hücre zarının listelenen dört işlevine ek olarak, diğerleri de ayırt edilir: matris, enerji, işaretleme, hücreler arası temasların oluşumu vb. Ancak bunlar, daha önce tartışılanların "alt işlevleri" olarak düşünülebilir.
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 çoğalması, 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. öyle.
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 kabukları elde ettiler ve ayrıca hesapladılar. İçlerindeki lipit miktarı. Bilim adamları, elde edilen lipit miktarına dayanarak bunların hücre zarının çift katmanını kaplamaya yetecek kadar olduğu sonucuna vardılar.
1935 yılında 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 belirli 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
Fosfolipidler ve glikolipitler ise içine 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 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.
