Dış membran yapısı. Hücre zarı

Kalınlığı 8-12 nm olduğundan ışık mikroskobuyla incelemek imkansızdır. Membranın yapısı elektron mikroskobu kullanılarak incelenir.

Plazma zarı iki lipit tabakasından oluşur - bir bilipid tabakası veya iki tabaka. Her molekül hidrofilik bir baş ve hidrofobik bir kuyruktan oluşur ve biyolojik membranlarda lipitler başları dışarıda ve kuyrukları içe doğru olacak şekilde bulunur.

Bilipid tabakasına çok sayıda protein molekülü daldırılmıştır. Bazıları membranın yüzeyinde (dış veya iç) bulunur, diğerleri membrana nüfuz eder.

Plazma zarının işlevleri

Membran, hücre içeriğini hasardan korur, hücrenin şeklini korur, gerekli maddelerin seçici olarak hücreye girmesine izin verir ve metabolik ürünleri uzaklaştırır, ayrıca hücreler arasındaki iletişimi sağlar.

Membranın sınırlayıcı işlevi olan bariyer, çift katmanlı bir lipit tarafından sağlanır. Hücre içeriğinin yayılmasını, çevreye veya hücreler arası sıvıya karışmasını engeller, tehlikeli maddelerin hücre içerisine girmesini engeller.

Sitoplazmik membranın en önemli fonksiyonlarından bazıları, içine daldırılmış proteinler tarafından gerçekleştirilir. Reseptör proteinlerinin yardımıyla yüzeyindeki çeşitli tahrişleri algılayabilir. Taşıma proteinleri, potasyum, kalsiyum ve diğer küçük çaplı iyonların hücreye girip çıktığı en ince kanalları oluşturur. Proteinler vücudun kendisinde hayati süreçleri sağlar.

İnce membran kanallarından geçemeyen büyük besin parçacıkları fagositoz veya pinositoz yoluyla hücreye girer. Bu işlemlerin genel adı endositozdur.

Endositoz nasıl oluşur - büyük gıda parçacıklarının hücreye nüfuz etmesi?

Besin parçacığı hücrenin dış zarı ile temas eder ve bu noktada bir invaginasyon oluşur. Daha sonra bir zarla çevrelenen parçacık hücreye girer, bir sindirim keseciği oluşur ve sindirim enzimleri ortaya çıkan keseciğe nüfuz eder.

Yabancı bakterileri yakalayıp sindirebilen beyaz kan hücrelerine fagosit denir.

Pinositoz durumunda, zarın içeri girmesi katı parçacıkları değil, içinde çözünmüş maddeler içeren sıvı damlacıklarını yakalar. Bu mekanizma, maddelerin hücreye girmesinin ana yollarından biridir.

Membranın üstünde sert bir hücre duvarı tabakasıyla kaplı bitki hücreleri fagositoz yeteneğine sahip değildir.

Endositozun ters süreci ekzositozdur. Sentezlenen maddeler (örneğin hormonlar) membran keseciklerinde paketlenir, zara yaklaşır, içine yerleşir ve keseciğin içeriği hücreden salınır. Bu sayede hücre gereksiz metabolik ürünlerden kurtulabilir.

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. 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 kabuklarını elde ettiler ve ayrıca içlerindeki lipit miktarını hesapladı. Bilim adamları, elde edilen lipit miktarına dayanarak bunların hücre zarının çift katmanını kaplamaya yetecek kadar olduğu 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 paralel olarak hücrelerin birbirine doğru şekilde bağlanmasından, 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:

• fosfolipitler (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 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.

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 bazı kısımları 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,

Hücrenin dışı yaklaşık 6-10 nm kalınlığında bir plazma zarı (veya dış hücre zarı) ile kaplıdır.

Hücre zarı yoğun bir protein ve lipit filmidir (esas olarak fosfolipidler). Lipid molekülleri düzenli bir şekilde yüzeye dik olarak iki katman halinde düzenlenir, böylece suyla yoğun etkileşime giren kısımları (hidrofilik) dışarı doğru, suya karşı inert kısımları (hidrofobik) içe doğru yönlendirilir.

Protein molekülleri, lipid çerçevenin yüzeyinde her iki tarafta sürekli olmayan bir tabaka halinde bulunur. Bazıları lipit tabakasına batırılır ve bazıları bunun içinden geçerek suya geçirgen alanlar oluşturur. Bu proteinler çeşitli işlevleri yerine getirir - bazıları enzimdir, diğerleri ise belirli maddelerin çevreden sitoplazmaya ve ters yönde transferinde rol oynayan taşıma proteinleridir.

Hücre zarının temel görevleri

Biyolojik membranların temel özelliklerinden biri seçici geçirgenliktir (yarı geçirgenlik).- Bazı maddeler bunlardan zorlukla geçer, diğerleri ise kolayca ve hatta daha yüksek konsantrasyonlara ulaşır. Bu nedenle çoğu hücre için Na iyonlarının konsantrasyonu çevreye göre önemli ölçüde düşüktür. Bunun tersi ilişki K iyonları için tipiktir: hücre içindeki konsantrasyonları dışarıdan daha yüksektir. Bu nedenle Na iyonları her zaman hücreye girme eğilimindeyken, K iyonları her zaman hücreden çıkma eğilimindedir. Bu iyonların konsantrasyonlarının eşitlenmesi, Na iyonlarını hücrenin dışına pompalayan ve aynı zamanda K iyonlarını içeriye pompalayan, bir pompa görevi gören özel bir sistemin zarında bulunmasıyla önlenir.

Na iyonlarının dışarıdan içeriye doğru hareket etme eğilimi, şekerlerin ve amino asitlerin hücre içine taşınmasında kullanılır. Na iyonlarının hücreden aktif olarak uzaklaştırılmasıyla, glikoz ve amino asitlerin hücreye girmesi için koşullar yaratılır.

Birçok hücrede maddeler fagositoz ve pinositoz yoluyla da emilir. Şu tarihte: fagositoz esnek dış zar, yakalanan parçacığın içine düştüğü küçük bir çöküntü oluşturur. Bu girinti artar ve dış zarın bir bölümü ile çevrelenen parçacık, hücrenin sitoplazmasına batırılır. Fagositoz olgusu amiplerin ve diğer bazı protozoaların yanı sıra lökositlerin (fagositler) karakteristiğidir. Hücreler, hücre için gerekli maddeleri içeren sıvıları da benzer şekilde emer. Bu fenomene çağrıldı pinositoz.

Farklı hücrelerin dış zarları, hem proteinlerinin hem de lipitlerinin kimyasal bileşimi ve bunların göreceli içeriği açısından önemli ölçüde farklılık gösterir. Çeşitli hücrelerin zarlarının fizyolojik aktivitesindeki çeşitliliği ve bunların hücre ve doku yaşamındaki rolünü belirleyen bu özelliklerdir.

Hücrenin endoplazmik retikulumu dış zara bağlanır. Dış zarların yardımıyla çeşitli tipte hücreler arası temaslar gerçekleştirilir, yani. Bireysel hücreler arasındaki iletişim.

Birçok hücre türü, yüzeylerinde çok sayıda çıkıntı, kıvrım ve mikrovilli bulunmasıyla karakterize edilir. Hem hücre yüzey alanında önemli bir artışa hem de gelişmiş metabolizmaya, ayrıca tek tek hücreler ile birbirleri arasında daha güçlü bağlantılara katkıda bulunurlar.

Bitki hücrelerinde, hücre zarının dış tarafında, optik mikroskop altında açıkça görülebilen, liflerden (selüloz) oluşan kalın zarlar bulunur. Bitki dokularına (odun) güçlü bir destek oluştururlar.

Bazı hayvan hücrelerinde ayrıca hücre zarının üstünde yer alan ve koruyucu nitelikte çok sayıda dış yapı bulunur. Bir örnek, böcek kabuk hücrelerinin kitinidir.

Hücre zarının görevleri (kısaca)