Membranların birçok farklı işlevi vardır:
zarlar bir organel veya hücrenin şeklini belirler;
bariyer: iç ve dış bölmeler arasında çözünür maddelerin (örneğin Na +, K +, Cl - iyonları) değişimini kontrol edin;
enerjik: mitokondri iç zarlarında ATP sentezi ve kloroplast zarlarında fotosentez; akmak için bir yüzey oluşturmak kimyasal reaksiyonlar(mitokondriyal zarlarda fosforilasyon);
kimyasal sinyallerin tanınmasını sağlayan bir yapıdır (hormon ve nörotransmitter reseptörleri zar üzerinde bulunur);
Hücreler arası iletişimde rol oynar ve hücre hareketini teşvik eder.
Membran boyunca taşıma. Membran, aşağıdakiler için gerekli olan çözünür maddeler için seçici geçirgenliğe sahiptir:
hücrenin hücre dışı ortamdan ayrılması;
gerekli moleküllerin (lipidler, glikoz ve amino asitler gibi) hücreye girmesini ve hücrede tutulmasını ve ayrıca metabolik ürünlerin (gereksiz olanlar dahil) hücreden uzaklaştırılmasını sağlamak;
transmembran iyon gradyanının korunması.
Hücre içi organeller ayrıca seçici olarak geçirgen bir zara sahip olabilir. Örneğin, lizozomlarda, zar, sitozolden 1000-10000 kat daha yüksek bir hidrojen iyonu (H +) konsantrasyonunu korur.
Membran boyunca taşıma olabilir pasif, hafif veya aktif.
Pasif ulaşım moleküllerin veya iyonların bir konsantrasyon veya elektrokimyasal gradyan boyunca hareketidir. Bu, gazların (örn. O2 ve CO2) veya plazma zarına nüfuz eden basit moleküllerin (etanol) durumunda olduğu gibi basit difüzyon olabilir. Basit difüzyonla, hücre dışı sıvıda çözünen küçük moleküller daha sonra zarda ve daha sonra hücre içi sıvıda çözülür. Bu işlem spesifik değildir, zardan penetrasyon hızı, molekülün hidrofobiklik derecesi, yani yağda çözünürlüğü ile belirlenir. Lipid çift tabakası boyunca difüzyon hızı, hidrofobikliğin yanı sıra transmembran konsantrasyon gradyanı veya elektrokimyasal gradyan ile doğru orantılıdır.
Kolaylaştırılmış difüzyon, moleküllerin permeaz adı verilen spesifik membran proteinlerini kullanarak bir zar boyunca hızlı hareketidir. Bu süreç spesifiktir, basit difüzyondan daha hızlı ilerler, ancak bir taşıma hızı sınırlaması vardır.
Kolaylaştırılmış difüzyon genellikle suda çözünür maddelerin özelliğidir. Çoğu (hepsi değilse de) zar taşıyıcıları proteinlerdir. Kolaylaştırılmış difüzyonda taşıyıcıların işleyişinin spesifik mekanizması yeterince çalışılmamıştır. Örneğin, transfer sağlayabilirler. döner hareket membranda. V son zamanlar Taşıyıcı proteinlerin, taşınan madde ile temas ettikten sonra, zarda bir tür "kapı" veya kanalların açılmasının bir sonucu olarak konformasyonlarını değiştirdiği bilgisi vardı. Bu değişiklikler, taşınan madde proteine bağlandığında açığa çıkan enerji nedeniyle meydana gelir. Röle tipi bir aktarım da mümkündür. Bu durumda, taşıyıcının kendisi sabit kalır ve iyonlar onun boyunca bir hidrofilik bağdan diğerine göç eder.
Antibiyotik gramisidin, bu tip taşıyıcı için bir model olarak hizmet edebilir. Membranın lipid tabakasında, uzun lineer molekülü bir spiral şeklini alır ve içinden K iyonunun bir gradyan boyunca göç edebileceği bir hidrofilik kanal oluşturur.
Doğal kanalların varlığına dair deneysel kanıtlar biyolojik zarlar Ah. Taşıma proteinleri, zardan taşınan maddeye göre oldukça spesifiktir ve birçok özellikte enzimlere benzer. pH'a oldukça duyarlıdırlar, yapı olarak taşınan maddeye benzer bileşikler tarafından rekabetçi bir şekilde ve proteinlerin spesifik fonksiyonel gruplarını değiştiren ajanlar tarafından rekabetçi olmayan bir şekilde inhibe edilirler.
Kolaylaştırılmış difüzyon, sıradan difüzyondan sadece hızda değil, aynı zamanda doyurma yeteneğinde de farklıdır. Maddelerin transfer hızında bir artış, konsantrasyon gradyanındaki artışla orantılı olarak sadece belirli sınırlara kadar meydana gelir. İkincisi, taşıyıcının "gücü" ile belirlenir.
Aktif taşıma, ATP hidrolizinin enerjisi nedeniyle iyonların veya moleküllerin membran boyunca konsantrasyon gradyanına karşı hareketidir. Üç ana aktif iyon taşıma türü vardır:
sodyum-potasyum pompası - Na + / K + - adenosin trifosfataz (ATPase), Na +'yı dışarıya ve K +'yı içeriye taşır;
kalsiyum (Ca2+) pompası - Ca2+'yı hücreden veya sitozolden sarkoplazmik retikuluma taşıyan Ca2+ -ATPase;
proton pompası - H + -ATPaz. Aktif taşıma tarafından oluşturulan iyon gradyanları, bazı amino asitler ve şekerler gibi diğer moleküllerin aktif taşınması için kullanılabilir (ikincil aktif taşıma).
ortak taşıma- Bu, bir iyonun veya molekülün başka bir iyonun transferi ile birlikte taşınmasıdır. simport- her iki molekülün bir yönde aynı anda transferi; antiport- her iki molekülün zıt yönlerde eşzamanlı transferi. Eğer taşıma başka bir iyonun transferi ile eşleşmiyorsa bu işleme denir. üniforma... Hem kolaylaştırılmış difüzyonla hem de aktif taşıma sırasında birlikte taşıma mümkündür.
Glikoz, semptom tipinin kolaylaştırılmış difüzyonu ile taşınabilir. Cl - ve HCO 3 - iyonları, bir antiport gibi şerit 3 adı verilen bir taşıyıcı tarafından kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla eritrosit zarı boyunca taşınır. Bu durumda, Cl - ve HCO 3 - zıt yönlerde taşınır ve taşıma yönü hakim konsantrasyon gradyanı tarafından belirlenir.
İyonların konsantrasyon gradyanına karşı aktif taşınması, ATP'nin ADP'ye hidrolizi sırasında salınan enerjiyi gerektirir: ATP ADP + F (inorganik fosfat). Aktif taşıma ve kolaylaştırılmış difüzyon, özgüllük, maksimum hızın sınırlandırılması (yani, kinetik eğri bir platoya ulaşır) ve inhibitörlerin varlığı ile karakterize edilir. Bir örnek, Na + / K + - ATPase tarafından gerçekleştirilen birincil aktif taşımadır. Bu enzim antiport sisteminin çalışması için Na+, K+ ve magnezyum iyonlarının varlığı gereklidir. Hemen hemen tüm hayvan hücrelerinde bulunur ve konsantrasyonu özellikle uyarılabilir dokularda (örneğin sinirlerde ve kaslarda) ve Na + 'nın plazma zarı boyunca hareketinde aktif rol alan hücrelerde (örneğin, böbreklerin ve tükürük bezlerinin korteksi) ...
ATPaz enziminin kendisi, 110 kDa'lık 2 alt biriminden ve her biri 55 kDa'lık 2 glikoprotein alt biriminden oluşan bir oligomerdir. ATP'nin hidrolizi sırasında, -alt eklem üzerindeki belirli bir aspartat kalıntısının geri dönüşümlü bir fosforilasyonu -aspartamil oluşumu ile gerçekleşir. fosfat + Na fosforilasyon için gereklidir Mg 2+, ancak K + değil, defosforilasyon K + gerektirir, ancak Na + veya Mg 2+ gerektirmez. Genellikle E 1 ve E 2 olarak gösterilen, farklı enerji seviyelerine sahip bir protein kompleksinin iki konformasyonel durumu tanımlanır, bu nedenle ATPaz da denir. taşıyıcı tipi E 1 -E 2 ... Örneğin kardiyak glikozitler digoksin ve oabain, ATPaz aktivitesini inhibe eder.. Ouabain, sudaki iyi çözünürlüğü nedeniyle yaygın olarak kullanılır. deneysel araştırma sodyum pompasını incelemek için.
Na + / K + - ATPase'nin çalışmasının genel kabul görmüş konsepti aşağıdaki gibidir. Na ve ATP iyonları, Mg2+ varlığında ATPaz molekülüne bağlanır. Na iyonlarının bağlanması, ATP hidroliz reaksiyonunu tetikler, bunun sonucunda ADP ve enzimin fosforile edilmiş formu oluşur. Fosforilasyon, enzimatik proteinin yeni bir konformasyon durumuna geçişini indükler ve Na taşıyan bölge veya bölgeler dış ortama bakar. Burada Na +, K + ile değiştirilir, çünkü enzimin fosforile edilmiş formu, K. iyonları için yüksek bir afinite ile karakterize edildiğinden, enzimin orijinal konformasyona ters geçişi, fosforil grubunun şeklinde hidrolitik bölünmesi ile başlatılır. inorganik fosfat ve hücrenin iç boşluğuna K + salınımı eşlik eder. Enzimin fosforile edilmiş aktif bölgesi yeni bir ATP molekülü bağlayabilir ve döngü tekrar eder.
Pompa çalışması sonucunda hücreye giren K ve Na iyonlarının miktarları birbirine eşit değildir. Çıkartılan üç Na iyonu için, bir ATP molekülünün eş zamanlı hidrolizi ile eklenen iki K iyonu vardır. Membranın karşıt taraflarındaki kanalın açılıp kapanması ve Na ve K bağlanma etkinliğindeki dönüşümlü değişim, ATP hidrolizinin enerjisi ile sağlanır. Taşınan iyonlar - Na ve K - bu enzimatik reaksiyonun kofaktörleridir. Teoride, şu anda sadece birkaçı bilinmesine rağmen, bu prensibe göre çalışan çok çeşitli pompalar hayal etmek mümkündür.
Glikoz taşınması. Glikozun taşınması, hem kolaylaştırılmış difüzyon hem de aktif taşıma türü ile ortaya çıkabilir, ilk durumda tek nokta olarak, ikinci durumda bir semptom olarak ilerler. Glikoz, kolaylaştırılmış difüzyonla kırmızı kan hücrelerine taşınabilir. Glikozun eritrositlere taşınması için Michaelis sabiti (Km) yaklaşık 1.5 mmol / L'dir (yani, bu glikoz konsantrasyonunda, mevcut permeaz moleküllerinin yaklaşık %50'si glikoz moleküllerine bağlanacaktır). İnsan kanındaki glikoz konsantrasyonu 4-6 mmol / l olduğundan, eritrositler tarafından emilimi neredeyse maksimum oranda gerçekleşir. Geçirgenliğin özgüllüğü, D-galaktoz ve D-mannozun aksine L-izomerinin neredeyse eritrositlere taşınmadığı, ancak taşıma sisteminin yarı doygunluğunu elde etmek için daha yüksek konsantrasyonlarının gerekli olduğu gerçeğinde kendini gösterir. Hücreye girdikten sonra glikoz fosforillenir ve artık hücreyi terk edemez. Glikoz permeazı ayrıca D-heksoz permeazı olarak da adlandırılır. Molekül ağırlığı 45 kDa olan ayrılmaz bir zar proteinidir.
Glikoz ayrıca böbrek tübülleri ve bağırsak epiteli dahil olmak üzere bir dizi dokunun plazma zarlarında bulunan Na+'ya bağımlı semptom sistemi tarafından da taşınabilir. Bu durumda, bir glikoz molekülü, konsantrasyon gradyanına karşı kolaylaştırılmış difüzyonla ve konsantrasyon gradyanı boyunca bir Na iyonu ile taşınır. Tüm sistem nihayetinde Na + / K + - ATPaz'ın pompalama işlevi nedeniyle çalışır. Bu nedenle, symport ikincil bir aktif taşıma sistemidir. Amino asitler benzer şekilde taşınır.
Ca2+ pompa Ca2+ transferi sürecinde aspartat kalıntısında fosforile edilmiş bir integral membran proteininden oluşan E1 - E2 tipi aktif bir taşıma sistemidir. Her ATP molekülünün hidrolizi sırasında iki Ca2+ iyonu transfer edilir. Ökaryotik hücrelerde Ca2+, kalsiyum bağlayıcı protein adı verilen bir proteine bağlanabilir. kalmodulin, ve tüm kompleks Ca 2+ pompasına bağlanır. Troponin C ve parvalbumin de Ca2+ bağlayıcı proteinlerdir.
Na iyonları gibi Ca iyonları, Ca2+ -ATPase tarafından hücrelerden aktif olarak uzaklaştırılır. Endoplazmik retikulumun zarları, özellikle büyük miktarda kalsiyum pompası proteini içerir. ATP'nin hidrolizine ve Ca2+ transferine yol açan kimyasal reaksiyonlar zinciri aşağıdaki denklemler şeklinde yazılabilir:
2Ca n + ATP + E 1 Ca 2 - E - P + ADP
Ca 2 - E - P 2Ca int + PO 4 3- + E 2
San'ın Ca2+ olduğu yerde;
Ca int - Ca 2+ içeride;
E 1 ve E 2, birinden diğerine geçişi ATP enerjisinin kullanımı ile ilişkili olan taşıyıcı enzimin farklı konformasyonlarıdır.
H + 'nın sitoplazmadan aktif olarak çıkarılması sistemi iki tür reaksiyonla desteklenir: elektron taşıma zincirinin (redoks zinciri) aktivitesi ve ATP hidrolizi. Hem redoks hem de hidrolitik H + pompaları, ışığı veya kimyasal enerjiyi H + enerjisine dönüştürebilen zarlarda bulunur (yani prokaryotların plazma zarları, kloroplastların ve mitokondrilerin konjuge zarları). H+ATPase ve/veya redoks zincirinin çalışması sonucunda protonlar yer değiştirir ve zar üzerinde bir proton-hareket kuvveti (H+) ortaya çıkar. Çalışmaların gösterdiği gibi, hidrojen iyonlarının elektrokimyasal gradyanı konjuge taşıma (ikincil aktif taşıma) için kullanılabilir. Büyük bir sayı metabolitler - anyonlar, amino asitler, şekerler vb.
Plazma zarının aktivitesi, hücre tarafından büyük moleküler ağırlığa sahip katı ve sıvı maddelerin absorpsiyonu ile ilişkilidir, - fagositoz ve pinositoz(gerçten. fagos- orada , pinolar- İçmek, sitoz- hücre). Hücre zarı, maddeleri dışarıdan çeken cepler veya invaginasyonlar oluşturur. Daha sonra bu tür istilalar ayrılır ve bir zarla dış ortamın bir damlacığı (pinositoz) veya katı parçacıklar (fagositoz) ile çevrilidir. Pinositoz, çok çeşitli hücrelerde, özellikle de absorpsiyon işlemlerinin gerçekleştiği organlarda gözlenir.
1 - fosfolipid molekülünün kutup başı
2 - fosfolipid molekülünün yağ asidi kuyruğu
3 - ayrılmaz protein
4 - periferik protein
5 - yarı bütünleşik protein
6 - glikoprotein
7 - glikolipid
Dış hücre zarı tüm hücrelerde (hayvan ve bitki) doğaldır, yaklaşık 7.5 (10'a kadar) nm kalınlığa sahiptir ve lipid ve protein moleküllerinden oluşur.
Şu anda, ortak sıvı mozaik yapı modeli hücre zarı... Bu modele göre, lipid molekülleri, su itici uçları (hidrofobik - yağda çözünür) birbirine bakacak ve suda çözünür (hidrofilik) uçları - çevreye bakacak şekilde iki katman halinde düzenlenir. Protein molekülleri lipid tabakasına gömülüdür. Bazıları lipit kısmının dış veya iç yüzeyinde bulunur, diğerleri kısmen batırılır veya zarın içinden ve içinden geçer.
membran fonksiyonları :
Koruyucu, sınır, bariyer;
Ulaşım;
reseptör - proteinler pahasına gerçekleştirilir - belirli maddelere (hormonlar, antijenler, vb.) Seçici bir yeteneğe sahip reseptörler, onlarla birlikte girer. kimyasal etkileşimler, sinyalleri hücreye iletir;
Hücreler arası temasların oluşumuna katılın;
Bazı hücrelerin hareketini sağlar (amip hareketi).
Hayvan hücrelerinin dış hücre zarının üstünde ince bir glikokaliks tabakası vardır. Lipitli karbonhidratlar ve proteinli karbonhidratlardan oluşan bir komplekstir. Glikokaliks, hücreler arası etkileşimlerde yer alır. Çoğu hücre organelinin sitoplazmik zarları tamamen aynı yapıya sahiptir.
Sahip olmak bitki hücreleri sitoplazmik membranın dışındadır. yer alan hücre çeperi selülozdan oluşur.
Maddelerin sitoplazmik zardan taşınması .
Hücre içine ve dışına maddelerin girişi için iki ana mekanizma vardır:
1. Pasif taşıma.
2. Aktif taşıma.
Maddelerin pasif taşınması, enerji tüketimi olmadan gerçekleşir. Bu tür taşımaya bir örnek, moleküllerin veya iyonların hareketinin yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana, örneğin su molekülleri gibi gerçekleştirildiği difüzyon ve ozmozdur.
Aktif taşıma - bu tür taşıma ile moleküller veya iyonlar, enerji gerektiren konsantrasyon gradyanına karşı zara nüfuz eder. Aktif taşımaya bir örnek, sodyumu aktif olarak hücreden dışarı pompalayan ve dış ortamdan potasyum iyonlarını emerek hücreye aktaran sodyum-potasyum pompasıdır. Pompa, onu ATP ile harekete geçiren özel bir zar proteinidir.
Aktif taşıma, sabit bir hücre hacmini ve zar potansiyelini korur.
Maddelerin taşınması endositoz ve ekzositoz yoluyla gerçekleştirilebilir.
Endositoz, maddelerin hücreye girmesidir, ekzositoz hücredendir.
Endositoz sırasında, plazma zarı, daha sonra maddeyi saran ve ayrılarak kabarcıklara dönüşen bir istila veya büyüme oluşturur.
İki tip endositoz vardır:
1) fagositoz - katı parçacıkların (fagositik hücreler) emilimi,
2) pinositoz - sıvı materyalin emilimi. Pinositoz, amoeboid protozoanın özelliğidir.
Ekzositoz yoluyla hücrelerden çeşitli maddeler çıkarılır: sindirilmemiş gıda kalıntıları sindirim vakuollerinden çıkarılır ve sıvı salgıları salgı hücrelerinden çıkarılır.
sitoplazma -(sitoplazma + çekirdek protoplazmayı oluşturur). Sitoplazma, sulu bir bazik maddeden (sitoplazmik matris, hyaloplazma, sitozol) ve içindeki çeşitli organellerden ve kapanımlardan oluşur.
Kapanımlar– hücrelerin atık ürünleri. 3 grup kapanım vardır - trofik, salgı (bez hücreleri) ve özel (pigment) değerler.
organeller - bunlar hücrede belirli işlevleri yerine getiren kalıcı sitoplazma yapılarıdır.
organelleri tahsis et ortalama değer ve özel. Özel hücreler çoğu hücrede bulunur, ancak yalnızca belirli bir işlevi yerine getiren hücrelerde önemli miktarlarda bulunurlar. Bunlar arasında bağırsak epitel hücrelerinin mikrovillileri, trakea ve bronşların epitelinin kirpikleri, flagella, miyofibriller (kas kasılmasını sağlayan vb.) bulunur.
Genel öneme sahip organeller arasında EPS, Golgi kompleksi, mitokondri, ribozomlar, lizozomlar, hücre merkezinin sentriyolleri, peroksizomlar, mikrotübüller, mikrofilamentler bulunur. Bitki hücrelerinde - plastidler, vakuoller. Genel öneme sahip organeller, zarlı ve zarsız yapıya sahip organellere ayrılabilir.
Zar yapısına sahip organeller iki zarlı ve tek zarlıdır. Mitokondri ve plastidler iki zar olarak adlandırılır. Tek zarlı - endoplazmik retikulum, Golgi kompleksi, lizozomlar, peroksizomlar, vakuoller.
Zarsız organeller: ribozomlar, hücre merkezi, mikrotübüller, mikrofilamentler.
mitokondri – bunlar yuvarlak veya oval şekilli organellerdir. İki zardan oluşurlar: iç ve dış. İç zarın çıkıntıları vardır - mitokondriyi bölmelere bölen cristae. Bölmeler bir madde ile doldurulur - bir matris. Matris, DNA, mRNA, tRNA, ribozomlar, kalsiyum ve magnezyum tuzları içerir. Otonom protein biyosentezi burada gerçekleşir. Mitokondrinin ana işlevi, enerjinin sentezi ve ATP moleküllerinde birikmesidir. Eskilerin bölünmesi sonucu hücrede yeni mitokondriler oluşur.
plastitler – Ağırlıklı olarak bitki hücrelerinde bulunan organeller. Üç tiptedirler: yeşil bir pigment içeren kloroplastlar; kromoplastlar (kırmızı, sarı, turuncu pigmentler); lökoplastlar (renksiz).
Kloroplastlar, yeşil pigment klorofil sayesinde güneş enerjisini kullanarak organik maddeleri inorganik maddelerden sentezleyebilirler.
Kromoplastlar çiçeklere ve meyvelere parlak renkler verir.
Lökoplastlar yedek besinleri biriktirebilir: nişasta, lipitler, proteinler vb.
Endoplazmik retikulum ( EPS ) zarlarla sınırlı olan karmaşık bir vakuol ve kanal sistemidir. Düz (agranüler) ve pürüzlü (taneli) EPS arasında ayrım yapın. Smooth'un zarında ribozom yoktur. Lipidleri, lipoproteinleri sentezler, hücredeki toksik maddeleri biriktirir ve uzaklaştırır. Granül EPS, proteinlerin sentezlendiği zar ribozomlarına sahiptir. Sonra proteinler Golgi kompleksine girer ve oradan dışa doğru.
Golgi kompleksi (Golgi aygıtı) düzleştirilmiş zar keseleri yığınıdır - sarnıçlar ve bunlarla ilişkili bir vezikül sistemi. Bir sarnıç yığınına diktiyozom denir.
Golgi kompleksinin işlevleri : proteinlerin modifikasyonu, polisakkaritlerin sentezi, maddelerin taşınması, hücre zarının oluşumu, lizozomların oluşumu.
lizozomlar – enzimler içeren zarla çevrili keseciklerdir. Hücre içi maddelerin bölünmesini gerçekleştirirler ve birincil ve ikincil olarak ayrılırlar. Birincil lizozomlar, aktif olmayan bir biçimde enzimler içerir. Organellere girdikten sonra çeşitli maddeler enzimler aktive edilir ve sindirim süreci başlar - bunlar ikincil lizozomlardır.
peroksizomlar bir zarla sınırlanmış kabarcıklar şeklindedir. Hücreler için toksik olan hidrojen peroksiti parçalayan enzimler içerirler.
kofullar – bunlar, hücre özsuyu içeren bitki hücrelerinin organelleridir. V hücre suyu yedek besinler, pigmentler, atık ürünler olabilir. Vakuoller, su - tuz metabolizmasının düzenlenmesinde, turgor basıncının yaratılmasında rol oynar.
ribozomlar – büyük ve küçük alt birimlerden oluşan organeller. EPS üzerinde yer alabilirler veya hücre içinde serbestçe yerleşerek polisomlar oluşturabilirler. rRNA ve proteinden oluşurlar ve çekirdekçikte oluşurlar. Protein biyosentezi ribozomlarda gerçekleşir.
Çağrı Merkezi – hayvanların, mantarların, alt bitkilerin hücrelerinde bulunur ve yüksek bitkilerde yoktur. İki merkezcil ve parlak bir küreden oluşur. Merkez, duvarı 9 üçlü mikrotübülden oluşan içi boş bir silindir şeklindedir. Bölünme sırasında hücreler, mitozun anafazında kromatitlerin ayrılmasını ve mayoz sırasında homolog kromozomları sağlayan mitotik iğ ipliklerini oluşturur.
mikrotübüller – çeşitli uzunluklarda boru şeklindeki oluşumlar. Onlar merkezcillerin, mitotik iğ, flagella, kirpiklerin bir parçasıdır, destekleyici bir işlev görür, hücre içi yapıların hareketini teşvik eder.
mikrofilamentler – sitoplazma boyunca yer alan filamentli ince oluşumlar, ancak özellikle birçoğu hücre zarının altında bulunur. Mikrotübüllerle birlikte hücrenin hücre iskeletini oluştururlar, sitoplazmanın akışını, veziküllerin hücre içi hareketini, kloroplastları ve diğer organelleri belirlerler.
hücre evrimi
Hücre evriminde iki aşama vardır:
1. Kimyasal.
2. Biyolojik.
Kimyasal aşama yaklaşık 4,5 milyar yıl önce başladı. Etkisi altında morötesi radyasyon, radyasyon, yıldırım deşarjları (enerji kaynakları), ilk basit oluşum kimyasal bileşikler- monomerler ve daha karmaşık olanlar - polimerler ve bunların kompleksleri (karbonhidratlar, lipitler, proteinler, nükleik asitler).
Hücre oluşumunun biyolojik aşaması, probiyotiklerin ortaya çıkmasıyla başlar - kendi kendini çoğaltma, kendi kendini düzenleme ve doğal seçilim yapabilen ayrı karmaşık sistemler. Probiyotikler 3-3.8 milyar yıl önce ortaya çıktı. İlk prokaryotik hücreler, bakteriler, probiyotiklerden kaynaklanmıştır. Ökaryotik hücreler prokaryotlardan (1-1,4 milyar yıl önce) iki şekilde evrimleşmiştir:
1) Birkaç prokaryotik hücrenin simbiyozuyla - bu bir simbiyotik hipotezdir;
2) Hücre zarının invajinasyonu ile. İnvaginasyon hipotezinin özü, prokaryotik hücrenin hücre zarına bağlı birkaç genom içermesidir. Sonra istila gerçekleşti - istila, hücre zarının bağlanması ve bu genomlar mitokondri, kloroplast ve çekirdeğe dönüştü.
Hücre farklılaşması ve uzmanlaşması .
Farklılaşma, çok hücreli bir organizmanın gelişimi sırasında farklı hücre ve doku türlerinin oluşumudur. Hipotezlerden biri, bireysel gelişim sırasında farklılaşmayı gen ekspresyonu ile ilişkilendirir. İfade, maddelerin yönlendirilmiş sentezi için koşullar yaratan çalışmaya belirli genleri dahil etme sürecidir. Bu nedenle, dokuların bir yönde veya başka bir yönde gelişmesi ve uzmanlaşması vardır.
Benzer bilgiler.
Hücre zarı plazma (veya sitoplazmik) membran ve plazmalemma olarak da adlandırılır. Bu yapı sadece hücrenin iç içeriğini dış ortamdan ayırmakla kalmaz, aynı zamanda çoğu hücre organelinin ve çekirdeğin bileşimine girer ve sırayla onları sitoplazmanın viskoz-sıvı kısmı olan hiyaloplazmadan (sitosol) ayırır. aramayı kabul edelim sito hücre zarı hücrenin içeriğini dış ortamdan ayıran. Terimlerin geri kalanı tüm membranları belirtir.
Hücresel (biyolojik) zarın yapısı, çift bir lipid tabakasına (yağlara) dayanır. Böyle bir katmanın oluşumu, moleküllerinin özellikleri ile ilişkilidir. Lipitler suda çözünmezler, ancak kendi yollarıyla yoğunlaşırlar. Tek bir lipid molekülünün bir kısmı bir kutup başıdır (su tarafından çekilir, yani hidrofiliktir), diğeri ise bir çift uzun polar olmayan kuyruktur (molekülün bu kısmı su tarafından itilir, yani hidrofobiktir). Moleküllerin bu yapısı onların kuyruklarını sudan "gizlemelerini" ve kutup başlarını suya çevirmelerini sağlar.
Sonuç olarak, polar olmayan kuyrukların içeride (birbirine dönük) ve kutup başlarının dışa dönük (çevreye ve sitoplazmaya doğru) olduğu bir çift lipit tabakası oluşur. Böyle bir zarın yüzeyi hidrofiliktir, ancak içinde hidrofobiktir.
Hücre zarlarında, lipidler arasında fosfolipidler baskındır (karmaşık lipidlere bakın). Kafaları bir fosforik asit kalıntısı içerir. Fosfolipidlere ek olarak, glikolipidler (lipidler + karbonhidratlar) ve kolesterol (sterolleri ifade eder) vardır. Sonuncusu, kalan lipidlerin kuyrukları arasında kalınlığında yer alarak zara sertlik verir (kolesterol tamamen hidrofobiktir).
Elektrostatik etkileşim nedeniyle, bazı protein molekülleri, yüzey membran proteinleri haline gelen yüklü lipid kafalarına bağlanır. Diğer proteinler polar olmayan kuyruklarla etkileşime girer, kısmen çift tabakaya daldırılır veya içinden ve içinden nüfuz eder.
Böylece, hücre zarı, çift bir lipid tabakası, yüzey (çevresel), batık (yarı-integral) ve geçirgen (integral) proteinlerden oluşur. Ek olarak, zarın dışındaki bazı proteinler ve lipidler karbonhidrat zincirleriyle ilişkilidir.
o membran yapısının sıvı-mozaik modeli XX yüzyılın 70'lerinde piyasaya sürüldü. Bundan önce, lipid çift tabakasının içeride olduğu ve zarın içinde ve dışında sürekli yüzey proteinleri katmanları ile kaplandığına göre yapının bir sandviç modeli varsayılmıştır. Ancak deneysel verilerin birikimi bu hipotezi çürüttü.
Farklı hücrelerdeki zarların kalınlığı yaklaşık 8 nm'dir. Zarlar (aynı tarafın farklı tarafları bile) yüzde olarak farklılık gösterir farklı şekiller lipidler, proteinler, enzimatik aktivite vb. Bazı zarlar daha sıvı ve daha geçirgen, diğerleri daha yoğundur.
Hücre zarının yırtılmaları, lipid çift tabakasının fizikokimyasal özelliklerinden dolayı kolayca birleşir. Zar düzleminde, lipidler ve proteinler (hücre iskeleti tarafından sabitlenmedikçe) hareket eder.
Hücre zarı fonksiyonları
Hücre zarına daldırılan proteinlerin çoğu, enzimatik bir işlev gerçekleştirir (bunlar enzimlerdir). Çoğu zaman (özellikle hücre organellerinin zarlarında) enzimler, bir enzim tarafından katalize edilen reaksiyon ürünleri ikinciye, sonra üçüncüye vb. geçecek şekilde belirli bir sırayla düzenlenir. enzimlerin lipid çift tabakası boyunca yüzmesine izin verir.
Hücre zarı çevreden sınırlayıcı (bariyer) bir işlev ve aynı zamanda bir taşıma işlevi gerçekleştirir. En önemli amacının bu olduğunu söyleyebiliriz. Mukavemet ve seçici geçirgenliğe sahip olan sitoplazmik zar, hücrenin iç bileşiminin (hemostazı ve bütünlüğü) sabitliğini korur.
Bu durumda, maddelerin taşınması gerçekleşir. Farklı yollar... Konsantrasyon gradyan taşınımı, maddelerin konsantrasyonunun daha yüksek olduğu bir alandan daha düşük olduğu bir alana (difüzyon) hareketini içerir. Örneğin gazlar (CO 2, O 2) yayılır.
Konsantrasyon gradyanına karşı da taşıma vardır, ancak enerji harcanır.
Taşıma pasif ve hafiftir (bir taşıyıcı tarafından yardım edildiğinde). Yağda çözünen maddeler için hücre zarı boyunca pasif difüzyon mümkündür.
Membranları şekerler ve diğer suda çözünür maddeler için geçirgen yapan özel proteinler vardır. Bu taşıyıcılar taşınan moleküllere bağlanır ve onları zar boyunca sürükler. Glikoz eritrositlerin içinde bu şekilde aktarılır.
Penetran proteinler, birleştiklerinde, belirli maddelerin zar boyunca hareketi için bir gözenek oluşturabilir. Bu tür taşıyıcılar hareket etmezler, zarda bir kanal oluştururlar ve belirli bir maddeyi bağlayarak enzimlere benzer şekilde çalışırlar. Transfer, zarda hangi kanalların oluşması nedeniyle proteinin konformasyonundaki bir değişiklik nedeniyle gerçekleştirilir. Bir örnek, bir sodyum potasyum pompasıdır.
Ökaryotik hücre zarının taşıma işlevi de endositoz (ve ekzositoz) yoluyla gerçekleştirilir. Bu mekanizmalar sayesinde, büyük biyopolimer molekülleri, hatta tüm hücreler hücreye (ve ondan) girer. Endo ve ekzositoz, tüm ökaryotik hücrelerin özelliği değildir (prokaryotlarda hiç yoktur). Böylece endositoz protozoa ve alt omurgasızlarda gözlenir; memelilerde, lökositler ve makrofajlar emer zararlı maddeler ve bakteri, yani endositoz vücut için koruyucu bir işlev görür.
Endositoz ikiye ayrılır fagositoz(sitoplazma büyük parçacıkları sarar) ve pinositoz(içinde çözünmüş maddelerle sıvı damlacıklarının yakalanması). Bu süreçlerin mekanizması yaklaşık olarak aynıdır. Hücrelerin yüzeyinde emilen maddeler bir zarla çevrilidir. Daha sonra hücreye hareket eden bir vezikül (fagositik veya pinositik) oluşur.
Ekzositoz, maddelerin sitoplazmik zar (hormonlar, polisakkaritler, proteinler, yağlar vb.) tarafından hücreden uzaklaştırılmasıdır. Bu maddeler, hücre zarına uyan zar vezikülleri içine alınır. Her iki zar birleşir ve içeriği hücrenin dışındadır.
Sitoplazmik zar bir reseptör işlevi görür. Bunun için dış tarafında kimyasal veya fiziksel bir uyarıyı tanıyabilen yapılar bulunur. Plazmalemmaya dışarıdan giren proteinlerin bazıları polisakkarit zincirlerine (glikoproteinler oluşturan) bağlanır. Bunlar hormonları yakalayan bir tür moleküler reseptördür. Belirli bir hormon reseptörüne bağlandığında yapısını değiştirir. Bu da hücresel yanıt mekanizmasını tetikler. Bu durumda kanallar açılabilir ve bazı maddeler hücreye girmeye veya hücreden atılmaya başlayabilir.
Hücre zarlarının reseptör işlevi, insülin hormonunun etkisine dayalı olarak iyi çalışılmıştır. İnsülin, glikoprotein reseptörüne bağlandığında, bu proteinin katalitik hücre içi kısmı (enzim adenilat siklaz) aktive olur. Enzim, ATP'den siklik AMP sentezler. Hücresel metabolizmanın çeşitli enzimlerini zaten aktive eder veya bastırır.
Sitoplazmik zarın reseptör işlevi, aynı tipteki komşu hücrelerin tanınmasını da içerir. Bu tür hücreler, çeşitli hücreler arası temaslarla birbirine bağlanır.
Dokularda hücreler arası temaslar sayesinde hücreler, özel olarak sentezlenmiş düşük moleküler ağırlıklı maddeler kullanarak birbirleriyle bilgi alışverişinde bulunabilirler. Böyle bir etkileşimin bir örneği, hücrelerin boş alanın işgal edildiği bilgisini aldıktan sonra büyümesinin durduğu temas inhibisyonudur.
Hücreler arası temaslar basittir (farklı hücrelerin zarları birbirine bitişiktir), kilitleme (bir hücrenin zarının diğerine istila edilmesi), dezmozomlar (zarlar, sitoplazmaya nüfuz eden enine lif demetleri ile bağlandığında). Ek olarak, aracılar (aracılar) - sinapslar nedeniyle hücreler arası temasların bir çeşidi vardır. Onlarda sinyal sadece kimyasal olarak değil, aynı zamanda elektriksel olarak da iletilir. Sinapslar, sinyalleri sinir hücreleri arasında ve ayrıca sinirden kasa iletir.
Hücrenin dışında, yaklaşık 6-10 nm kalınlığında bir plazma zarı (veya dış hücre zarı) ile kaplanmıştır.
Hücre zarı, yoğun bir protein ve lipit filmidir (esas olarak fosfolipitler). Lipid molekülleri, düzenli bir şekilde - yüzeye dik, iki katman halinde düzenlenir, böylece suyla yoğun şekilde etkileşime giren kısımları (hidrofilik) dışa doğru ve suya karşı inert kısımlar (hidrofobik) içe doğru yönlendirilir.
Protein molekülleri, her iki taraftaki lipit çerçevesinin yüzeyinde süreksiz bir katmanda bulunur. Bazıları lipit tabakasına daldırılır ve bazıları bunun içinden geçerek su geçirgen alanlar oluşturur. Bu proteinler performans çeşitli fonksiyonlar- bazıları enzim, bazıları ise belirli maddelerin ortamdan sitoplazmaya ve ters yönde transferinde görev alan taşıyıcı proteinlerdir.
Hücre zarının ana işlevleri
Biyolojik membranların temel özelliklerinden biri seçici geçirgenliktir (yarı geçirgenlik)- bazı maddeler içlerinden zorlukla geçer, bazıları kolayca ve hatta daha yüksek bir konsantrasyona doğru geçer.Bu nedenle, çoğu hücre için, içindeki Na iyonlarının konsantrasyonu, ortamdakinden çok daha düşüktür. K iyonları için zıt ilişki karakteristiktir: hücre içindeki konsantrasyonları dışarıdan daha yüksektir. Bu nedenle, Na iyonları her zaman hücreye girme ve K iyonları - ayrılma eğilimindedir. Bu iyonların konsantrasyonlarının eşitlenmesi, zarda Na iyonlarını hücre dışına pompalayan ve aynı anda K iyonlarını içeriye pompalayan bir pompa rolünü oynayan özel bir sistemin varlığı ile engellenir.
Na iyonlarının dışarıdan içeriye hareket etme dürtüsü, şekerleri ve amino asitleri hücreye taşımak için kullanılır. Na iyonlarının hücreden aktif olarak çıkarılmasıyla, içine glikoz ve amino asitlerin akışı için koşullar yaratılır.
Birçok hücrede maddelerin emilimi fagositoz ve pinositoz yoluyla da gerçekleşir. NS fagositoz esnek dış zar, yakalanan parçacığın içine düştüğü küçük bir çöküntü oluşturur. Bu çöküntü artar ve dış zarın bir bölümü ile çevrili olan parçacık, hücrenin sitoplazmasına daldırılır. Fagositoz fenomeni, amip ve diğer bazı protozoaların yanı sıra lökositlerin (fagositler) karakteristiğidir. Benzer şekilde, sıvıların hücreler tarafından emilmesi kafes için gerekli maddeler. Bu fenomenin adı pinositoz.
Çeşitli hücrelerin dış zarları, hem proteinlerinin ve lipitlerinin kimyasal bileşiminde hem de nispi içeriklerinde önemli ölçüde farklılık gösterir. Çeşitli hücrelerin zarlarının fizyolojik aktivitesindeki çeşitliliği ve hücre ve dokuların yaşamındaki rollerini belirleyen bu özelliklerdir.
Hücrenin endoplazmik retikulumu dış zara bağlanır. Dış zarların yardımıyla çeşitli tipte hücreler arası temaslar yapılır, yani. bireysel hücreler arasındaki iletişim.
Birçok hücre tipi, yüzeylerinde çok sayıda çıkıntı, kıvrım, mikrovillus varlığı ile karakterize edilir. Hem hücre yüzey alanında önemli bir artışa hem de metabolizmada bir iyileşmeye ve ayrıca tek tek hücrelerin birbirleriyle daha güçlü bağlarına katkıda bulunurlar.
Bitki hücrelerinin hücre zarının dışında, selülozdan (selüloz) oluşan optik mikroskop altında kolayca ayırt edilebilen kalın zarlar bulunur. Bitki dokuları (ahşap) için güçlü bir destek oluştururlar.
Bazı hayvansal kökenli hücreler de hücre zarının üzerinde yer alan bir takım dış yapılara sahiptir ve koruyucu bir yapıya sahiptir. Bir örnek, böcek örtü hücrelerinin kitini olabilir.
Hücre zarı işlevleri (kısaca)
| İşlev | Açıklama |
|---|---|
| Koruyucu bariyer | Hücrenin iç organellerini dış ortamdan ayırır. |
| Düzenleyici | Hücrenin iç içeriği ile dış ortam arasındaki metabolizmayı düzenler. |
| Sınırlandırma (bölmelere ayırma) | Hücrenin iç boşluğunun bağımsız bloklara bölünmesi (bölmeler) |
| Enerji | - Enerji birikimi ve dönüşümü; - kloroplastlarda fotosentezin hafif reaksiyonları; - Emilim ve salgılama. |
| Alıcı (bilgi amaçlı) | Uyarılma oluşumuna ve iletimine katılır. |
| Motor | Hücrenin veya tek tek parçalarının hareketini gerçekleştirir. |
Dünyadaki tüm canlı organizmalar hücrelerden oluşur ve her hücre koruyucu bir kabuk - bir zar ile çevrilidir. Ancak zar işlevleri, organelleri korumak ve bir hücreyi diğerinden ayırmakla sınırlı değildir. Hücre zarı, hücrenin üreme, yenilenme, beslenme, solunum ve diğer birçok önemli işlevinde doğrudan yer alan karmaşık bir mekanizmadır.
"Hücre zarı" terimi yaklaşık bir asırdır kullanılmaktadır. Latince'den çevrilen "zar" kelimesinin kendisi "film" anlamına gelir. Ancak bir hücre zarı söz konusu olduğunda, belirli bir şekilde birbirine bağlı iki film kümesinden bahsetmek daha doğru olur ve ayrıca bu filmlerin farklı tarafları farklı özelliklere sahiptir.
Hücre zarı (sitolemma, plazmalemma), her hücreyi komşu hücrelerden ve çevreden ayıran, hücreler ve çevre arasında kontrollü alışverişi gerçekleştiren üç katmanlı bir lipoprotein (yağ-protein) zarıdır.
Bu tanımda belirleyici olan, hücre zarının bir hücreyi diğerinden ayırması değil, onun diğer hücreler ve çevre ile etkileşimini sağlamasıdır. Zar, hücrenin çok aktif, sürekli çalışan bir yapısı olup, doğası gereği pek çok fonksiyonla görevlendirilmiştir. Makalemizden hücre zarının bileşimi, yapısı, özellikleri ve işlevlerinin yanı sıra hücre zarının işleyişindeki ihlallerin insan sağlığı için oluşturduğu tehlike hakkında her şeyi öğreneceksiniz.
Hücre zarı araştırmalarının tarihi
1925'te iki Alman bilim adamı Gorter ve Grendel, insan kanının kırmızı kan hücreleri olan eritrositler üzerinde karmaşık bir deney yapabildiler. Ozmotik bir darbe yardımıyla, araştırmacılar sözde "gölgeler" - kırmızı kan hücrelerinin boş kabuklarını elde ettiler, daha sonra bunları bir yığına koydular ve yüzey alanını ölçtüler. Bir sonraki adım, hücre zarındaki lipid miktarını hesaplamaktı. Bilim adamları aseton yardımıyla "gölgelerden" lipitleri izole ettiler ve bunların sadece bir çift sürekli katman için yeterli olduğunu belirlediler.
Ancak deney sırasında iki büyük hata yapıldı:
Aseton kullanımı, zarlardan kesinlikle tüm lipidlerin izolasyonuna izin vermez;
"Gölgelerin" yüzey alanı, aynı zamanda yanlış olan kuru ağırlığa göre hesaplanmıştır.
İlk hata hesaplamalarda eksi ve ikincisi - bir artı verdiğinden, genel sonucun şaşırtıcı derecede doğru olduğu ortaya çıktı ve Alman bilim adamları bilim dünyasına en önemli keşfi getirdi - hücre zarının lipid çift tabakası.
1935'te, Danielle ve Dawson adlı başka bir çift araştırmacı, bilipid filmler üzerinde uzun deneyler yaptıktan sonra, hücre zarlarında proteinlerin varlığı hakkında bir sonuca vardılar. Bu filmlerin neden bu kadar yüksek yüzey gerilimine sahip olduğunu açıklamanın başka bir yolu yoktu. Bilim adamları halka, homojen lipid-protein katmanlarının ekmek dilimleri rolünü oynadığı ve aralarında tereyağı yerine bir boşluk olduğu sandviçe benzer bir hücre zarının şematik bir modelini sundu.
1950'de, ilk elektron mikroskobu yardımıyla, Danielle-Dawson'ın teorisi kısmen doğrulandı - lipit ve protein kafalarından oluşan iki katman, hücre zarının mikrograflarında açıkça görüldü ve aralarında sadece lipit kuyruklarıyla dolu şeffaf bir boşluk vardı. ve proteinler.
1960 yılında, bu verilerin rehberliğinde Amerikalı mikrobiyolog J. Robertson, hücre zarlarının üç katmanlı yapısı hakkında bir teori geliştirdi. uzun zaman tek gerçek olarak kabul edildi. Bununla birlikte, bilim geliştikçe, bu katmanların homojenliği hakkında giderek daha fazla şüphe ortaya çıktı. Termodinamik açısından, böyle bir yapı son derece dezavantajlıdır - hücrelerin tüm "sandviç" boyunca maddeleri içeri ve dışarı taşıması çok zor olacaktır. Ayrıca, farklı dokuların hücre zarlarının, organların farklı işlevlerinden dolayı farklı kalınlıklara ve bağlanma yöntemlerine sahip olduğu kanıtlanmıştır.
1972'de mikrobiyologlar S.D. Şarkıcı ve G.L. Nicholson, Robertson'ın teorisindeki tüm tutarsızlıkları yeni, sıvı mozaik hücre zarı modelinin yardımıyla açıklayabildi. Bilim adamları, zarın heterojen, asimetrik, sıvı ile dolu olduğunu ve hücrelerinin sürekli hareket halinde olduğunu bulmuşlardır. Ve onu oluşturan proteinler farklı bir yapıya ve amaca sahiptir, ayrıca zarın bilipid tabakasına göre farklı şekillerde bulunurlar.
Hücre zarlarının bileşimi üç tip protein içerir:
Çevresel - filmin yüzeyine bağlı;
yarı entegre- kısmen bilipid tabakasına nüfuz eder;
İntegral - membrana tamamen nüfuz eder.
Periferik proteinler, elektrostatik etkileşim yoluyla zar lipidlerinin başlarıyla ilişkilidir ve daha önce inanıldığı gibi hiçbir zaman sürekli bir katman oluşturmazlar.Yarı-integral ve integral proteinler, oksijeni hücreye taşımaya ve hücreye oksijen taşımaya hizmet eder. besinler, ayrıca bozunma ürünlerini ondan çıkarmak ve aşağıda öğreneceğiniz birkaç önemli işlev için.
Hücre zarı aşağıdaki işlevleri yerine getirir:
Bariyer - membran geçirgenliği farklı şekiller moleküller aynı değildir. Hücre zarını atlamak için molekülün belirli bir büyüklüğe sahip olması gerekir, Kimyasal özellikler ve elektrik yükü. Zararlı veya uygun olmayan moleküller, hücre zarının bariyer işlevi nedeniyle hücrenin içine giremezler. Örneğin, peroksis reaksiyonunun yardımıyla zar, sitoplazmayı kendisi için tehlikeli olan peroksitlerden korur;
Taşıma - pasif, aktif, düzenlenmiş ve seçici değişim zardan geçer. Pasif metabolizma, yağda çözünen maddeler ve çok küçük moleküllerden oluşan gazlar için uygundur. Bu tür maddeler difüzyon yöntemi ile enerji harcamadan hücrenin içine ve dışına serbestçe girer ve çıkar. Hücre zarının aktif taşıma işlevi gerektiğinde aktive olur, ancak taşınması zor olan maddelerin hücre içine veya dışına taşınması gerekir. Örneğin, sahip büyük boy moleküller veya hidrofobiklik nedeniyle bilipid tabakayı geçemezler. Daha sonra, potasyum iyonlarının hücreye emilmesinden ve sodyum iyonlarının hücreden atılmasından sorumlu olan ATPaz dahil olmak üzere protein pompaları çalışmaya başlar. Salgı ve fermantasyon işlevleri için, örneğin hücreler hormon üretip salgıladığında veya mide suyu... Bütün bu maddeler belirli bir hacimde ve özel kanallardan hücrelerden çıkarlar. Ve seçici taşıma işlevi, zara nüfuz eden ve kesin olarak tanımlanmış molekül türlerinin giriş ve çıkışı için bir kanal olarak hizmet eden çok integral proteinlerle ilişkilidir;
matris - hücre zarı, organellerin birbirine göre (çekirdek, mitokondri, kloroplastlar) düzenini belirler ve sabitler ve aralarındaki etkileşimi düzenler;
Mekanik - bir hücrenin diğerinden sınırlandırılmasını sağlar ve aynı zamanda - doğru bağlantı hücrelerin homojen bir dokuya ve deformasyona karşı organ direnci;
Koruyucu - hem bitkilerde hem de hayvanlarda hücre zarı koruyucu bir çerçeve oluşturmak için temel görevi görür. Örnekler arasında sert ahşap, yoğun cilt ve dikenli dikenler bulunur. Hayvanlar aleminde, hücre zarlarının koruyucu işlevinin birçok örneği vardır - kaplumbağa kabuğu, ince zar, toynaklar ve boynuzlar;
Enerji - hücre zarının proteinlerinin katılımı olmadan fotosentez ve hücresel solunum süreçleri imkansız olurdu, çünkü hücrelerin enerji alışverişinde bulunduğu protein kanallarının yardımıyla;
Reseptör - hücre zarına gömülü proteinlerin başka bir önemli işlevi olabilir. Hücrenin hormonlardan ve nörotransmiterlerden bir sinyal aldığı reseptörler olarak hizmet ederler. Ve bu da, sinir uyarılarının iletilmesi için gereklidir ve normal akış hormonal süreçler;
enzimatik - başka önemli işlev, hücre zarlarının bazı proteinlerinde bulunur. Örneğin bağırsak epitelinde bu tür proteinlerin yardımıyla sindirim enzimleri sentezlenir;
biyopotansiyel- hücre içindeki potasyum iyonlarının konsantrasyonu dışarıdan çok daha yüksektir ve aksine sodyum iyonlarının konsantrasyonu dışarıdan içeriden daha yüksektir. Bu, potansiyel farkı açıklar: hücrenin içinde yük negatiftir, dışında pozitiftir, bu da maddelerin hücreye hareketini ve üç metabolizma türünden herhangi birinde dışa doğru hareketini teşvik eder - fagositoz, pinositoz ve ekzositoz;
İşaretleme - hücre zarlarının yüzeyinde "etiketler" vardır - glikoproteinlerden (bunlara bağlı dallı oligosakarit yan zincirleri olan proteinler) oluşan antijenler. Yan zincirler çok çeşitli konfigürasyonlara sahip olabileceğinden, her hücre tipi, vücuttaki diğer hücrelerin onları "görerek" tanımasını ve onlara doğru şekilde yanıt vermesini sağlayan kendi benzersiz etiketini alır. Bu nedenle, örneğin, bağışıklık hücreleri bir kişi, makrofajlar, vücuda giren bir yabancıyı (enfeksiyon, virüs) kolayca tanır ve onu yok etmeye çalışır. Aynı şey hasta, mutasyona uğramış ve yaşlı hücrelerde de olur - hücre zarlarındaki etiket değişir ve vücut onlardan kurtulur.
Hücresel değişim, zarlar aracılığıyla gerçekleşir ve üç ana reaksiyon türü kullanılarak gerçekleştirilebilir:
Fagositoz, zarın içine yerleştirilmiş fagosit hücrelerinin katı besin parçacıklarını yakaladığı ve sindirdiği hücresel bir süreçtir. İnsan vücudunda fagositoz, iki tip hücrenin zarları tarafından gerçekleştirilir: granülositler (granüler lökositler) ve makrofajlar (bağışıklık öldürücü hücreler);
Pinositoz, onunla temas halinde olan sıvı moleküllerin hücre zarının yüzeyi tarafından yakalanma işlemidir. Pinositoz tipine göre beslenmek için hücre, zarında, olduğu gibi, bir sıvı damlacıkını çevreleyen dallar şeklinde ince kabarık çıkıntılar üzerinde büyür ve bir kabarcık elde edilir. İlk önce, bu kabarcık zarın yüzeyinin üzerine çıkar ve sonra "yutulur" - hücrenin içinde saklanır ve duvarları hücre zarının iç yüzeyi ile birleşir. Pinositoz hemen hemen tüm canlı hücrelerde görülür;
Ekzositoz, hücre içinde salgı fonksiyonel bir sıvı (enzim, hormon) içeren kabarcıkların oluştuğu ve bir şekilde hücreden çevreye atılması gereken ters bir süreçtir. Bunun için kabarcık önce hücre zarının iç yüzeyi ile birleşir, daha sonra dışa doğru çıkıntı yapar, patlar, içindekileri dışarı atar ve yine bu sefer dışarıdan zar yüzeyi ile birleşir. Ekzositoz, örneğin, bağırsak epiteli ve adrenal korteks hücrelerinde gerçekleşir.
Hücre zarları üç sınıf lipid içerir:
fosfolipitler;
Glikolipidler;
Kolesterol.
Fosfolipidler (yağların ve fosforun bir kombinasyonu) ve glikolipidler (yağların ve karbonhidratların bir kombinasyonu), sırayla, iki uzun hidrofobik kuyruğun uzandığı bir hidrofilik kafadan oluşur. Ancak kolesterol bazen bu iki kuyruk arasındaki boşluğu kaplar ve bükülmelerini engeller, bu da bazı hücrelerin zarlarını sertleştirir. Ayrıca kolesterol molekülleri hücre zarlarının yapısını düzenler ve polar moleküllerin bir hücreden diğerine geçişini engeller.
Ancak hücre zarlarının işlevleriyle ilgili önceki bölümde görebileceğiniz gibi en önemli bileşen proteinlerdir. Bileşimleri, amaçları ve yerleri çok çeşitlidir, ancak hepsini birleştiren ortak bir nokta vardır: halka şeklindeki lipidler her zaman hücre zarlarının proteinlerinin çevresinde bulunur. Bunlar, açıkça yapılandırılmış, kararlı, daha fazla doymuş yağ asitleri içeren ve "sponsorlu" proteinlerle birlikte zarlardan salınan özel yağlardır. Bu, proteinler için bir tür kişisel koruyucu kabuktur, bunlar olmadan işe yaramazlar.
Hücre zarının yapısı üç katmanlıdır. Ortada nispeten homojen bir sıvı bilipid tabakası bulunur ve proteinler onu her iki tarafta bir mozaik gibi kaplar ve kısmen kalınlığa nüfuz eder. Yani hücre zarlarının dış protein katmanlarının sürekli olduğunu düşünmek yanlış olur. Proteinler, kendi proteinlerine ek olarak karmaşık fonksiyonlar, hücrelere geçmek ve onlardan yağ tabakasına nüfuz edemeyen maddeleri taşımak için zarda gereklidir. Örneğin, potasyum ve sodyum iyonları. Onlar için özel protein yapıları sağlanır - aşağıda daha ayrıntılı olarak tartışacağımız iyon kanalları.
Hücre zarına mikroskopla bakarsanız, denizde olduğu gibi üzerinde çeşitli şekillerde büyük protein hücrelerinin yüzdüğü en küçük küresel moleküllerden oluşan bir lipit tabakası görebilirsiniz. Tam olarak aynı zarlar, her hücrenin iç alanını, çekirdeğin, kloroplastların ve mitokondrinin rahatça yerleştirildiği bölmelere böler. Hücre içinde ayrı "odalar" olmasaydı, organeller birbirine yapışır ve işlevlerini doğru bir şekilde yerine getiremezlerdi.
Bir hücre, organizmanın hayati aktivitesini sağlayan bir enerji, metabolik, bilgi ve üreme süreçleri kompleksine katılan, zarlarla yapılandırılmış ve sınırlandırılmış bir organeller kompleksidir.
Bu tanımdan da anlaşılacağı gibi, zar herhangi bir hücrenin en önemli işlevsel bileşenidir. Önemi, çekirdek, mitokondri ve diğer hücresel organellerin önemi kadar büyüktür. Ve zarın benzersiz özellikleri yapısından kaynaklanmaktadır: özel bir şekilde birbirine yapıştırılmış iki filmden oluşur. Zardaki fosfolipid molekülleri, hidrofilik başları dışa ve hidrofobik kuyrukları içe doğru olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bu nedenle filmin bir tarafı su ile ıslanırken diğer tarafı ıslatılmaz. Böylece, bu filmler birbirine ıslanmayan taraflarla içe doğru bağlanır ve protein molekülleri ile çevrili bir bilipid tabaka oluşturur. Bu, hücre zarının çok "sandviç" yapısıdır.
Hücre zarlarının iyonik kanalları
İyon kanallarının çalışma prensibini daha ayrıntılı olarak ele alalım. Ne için ihtiyaç duyuyorlar? Gerçek şu ki, yalnızca yağda çözünen maddeler lipit zarından serbestçe geçebilir - bunlar gazlar, alkoller ve yağlardır. Örneğin, kırmızı kan hücrelerinde oksijen sürekli olarak değiştirilir ve karbon dioksit, ve bunun için vücudumuzun herhangi bir ek numaraya başvurması gerekmez. Peki ya sodyum ve potasyum tuzları gibi sulu çözeltilerin hücre zarından taşınması gerektiğinde?
Bu tür maddelere bilipid tabakada bir yol açmak imkansız olurdu, çünkü delikler hemen sıkılaşıp tekrar birbirine yapışacaktı, herhangi bir yağ dokusunun yapısı böyledir. Ancak doğa, her zaman olduğu gibi, durumdan bir çıkış yolu buldu ve özel protein taşıma yapıları yarattı.
İki tür iletken protein vardır:
Konveyörler - yarı entegre protein pompaları;
Kanal oluşturucular integral proteinlerdir.
Birinci tip proteinler kısmen hücre zarının bilipid tabakasına daldırılır ve başlarıyla dışarı bakarlar ve gerekli maddenin varlığında bir pompa gibi davranmaya başlarlar: molekülü çeker ve hücreye emerler. . Ve ikinci tip proteinler, integral, uzun bir şekle sahiptir ve hücre zarının bilipid tabakasına dik olarak yerleştirilir ve içinden ve içinden geçer. Bunlar boyunca, tüneller gibi, yağdan geçemeyen maddeler hücreye girip çıkar. Potasyum iyonlarının hücreye nüfuz etmesi ve içinde birikmesi iyon kanalları aracılığıyla, sodyum iyonları ise aksine dışarıya çıkarılır. Vücudumuzdaki tüm hücrelerin düzgün çalışması için çok gerekli olan elektriksel potansiyellerde bir fark vardır.
Hücre zarlarının yapısı ve işlevi hakkında en önemli sonuçlar
Bir teori, pratikte iyi bir şekilde kullanılabilirse her zaman ilginç ve umut verici görünür. İnsan vücudunun hücre zarlarının yapısının ve işlevlerinin keşfi, bilim adamlarının genel olarak bilimde ve özel olarak tıpta gerçek bir atılım yapmalarını sağladı. İyon kanalları üzerinde bu kadar ayrıntılı durmamız tesadüf değil, çünkü zamanımızın en önemli sorularından birinin cevabı burada yatıyor: İnsanlar neden onkolojiye giderek daha fazla hastalanıyor?
Kanser her yıl dünya çapında yaklaşık 17 milyon can alıyor ve tüm ölümlerin en yaygın dördüncü nedeni. Dünya Sağlık Örgütü'ne göre, kanser insidansı giderek artıyor ve 2020'nin sonunda yılda 25 milyona ulaşabilir.
Gerçek kanser salgınını ne açıklıyor ve hücre zarlarının işlevinin bununla ne ilgisi var? Diyeceksiniz ki: nedeni kötü çevre koşulları, yanlış beslenme, Kötü alışkanlıklar ve şiddetli kalıtım. Ve elbette haklı olacaksınız, ancak sorun hakkında daha ayrıntılı konuşursak, bunun nedeni insan vücudunun asitlenmesidir. Yukarıda sayılan olumsuz etkenler hücre zarlarının bozulmasına, solunum ve beslenmenin baskılanmasına neden olur.
Artı olması gereken yerde eksi oluşur ve hücre normal şekilde çalışamaz. Ancak kanser hücreleri oksijene veya alkali bir ortama ihtiyaç duymazlar - anaerobik bir beslenme türü kullanabilirler. Bu nedenle, koşullarda oksijen açlığı ve ölçek dışı pH seviyeleri, sağlıklı hücreler çevrelerine uyum sağlamak için mutasyona uğrar ve kanser hücreleri haline gelir. Bir kişi onkoloji ile bu şekilde hastalanır. Bunu önlemek için yeterli miktarda tüketmeniz yeterlidir. saf su günlük olarak tüketin ve yiyeceklerde kanserojen maddelerden kaçının. Ancak, bir kural olarak, insanlar tamamen farkındadır. zararlı ürünler ve yüksek kaliteli su ihtiyacı ve hiçbir şey yapmıyorlar - sorunun onları atlayacağını umuyorlar.
Farklı hücrelerin hücre zarlarının yapı ve işlevlerinin özelliklerini bilen doktorlar, bu bilgiyi vücut üzerinde hedefe yönelik, hedefe yönelik terapötik etkiler sağlamak için kullanabilir. birçok modern ilaçlar Vücudumuza girdikten sonra, iyon kanalları, enzimler, reseptörler ve hücre zarlarının biyobelirteçleri olabilecek istenen “hedefi” ararlar. Bu tedavi yöntemi, minimum yan etki ile daha iyi sonuçlar elde etmenizi sağlar.
Son neslin antibiyotikleri kan dolaşımına girdiklerinde arka arkaya tüm hücreleri öldürmezler, ancak hücre zarlarındaki belirteçlere odaklanarak patojenin hücrelerini ararlar. En yeni anti-migren ilaçları, triptanlar, neredeyse kalbi ve periferi etkilemeden sadece beynin iltihaplı damarlarını daraltır. kan dolaşım sistemi... Ve gerekli damarları hücre zarlarının proteinlerinden tam olarak tanırlar. Bu tür birçok örnek var, bu nedenle yapı ve işlevler hakkında bilgi sahibi olduğumuzu güvenle söyleyebiliriz. hücre zarları modern gelişimin temelini oluşturur tıbbi bilim ve her yıl milyonlarca hayat kurtarıyor.
Eğitim: Moskova tıp enstitüsü onlara. IM Sechenov, uzmanlık - 1991'de "Genel Tıp", 1993'te "Meslek Hastalıkları", 1996'da "Terapi".
