Hücre zarı çiziminin yapısal bileşenleri. Hücre yapısı. Hücre zarı

Hücre zarı - bu, aşağıdaki işlevleri yerine getiren bir hücre zarıdır: hücre içeriğinin ve dış ortamın ayrılması, maddelerin seçici taşınması (hücrenin dışındaki ortamla değişim), belirli biyokimyasal reaksiyonların yeri, hücrelerin birleşmesi dokulara ve resepsiyona.

Hücre zarları plazma (hücre içi) ve dış olarak ayrılır. Herhangi bir zarın ana özelliği yarı geçirgenliktir, yani sadece belirli maddeleri geçirme yeteneğidir. Bu, hücre ve çevre arasında seçici değişime veya hücre bölmeleri arasında değişime izin verir.

Plazma zarları lipoprotein yapılarıdır. Lipitler kendiliğinden bir çift tabaka (çift tabaka) oluşturur ve zar proteinleri bunun içinde "yüzer". Zarlarda birkaç bin farklı protein vardır: yapısal, taşıyıcılar, enzimler vb. Protein molekülleri arasında hidrofilik maddelerin içinden geçtiği gözenekler vardır (lipid çift tabakası bunların hücreye doğrudan nüfuz etmesine müdahale eder). Glikozil grupları (monosakaritler ve polisakaritler), doku oluşumu sırasında hücre tanıma sürecinde yer alan membran yüzeyindeki bazı moleküllere bağlanır.

Zarların kalınlıkları genellikle 5 ila 10 nm arasında değişir. Kalınlık, amfifilik lipid molekülünün boyutu ile belirlenir ve 5.3 nm'dir. Membran kalınlığındaki bir diğer artış, boyut nedeniyledir. zar proteinleri s kompleksleri. Dış koşullara bağlı olarak (kolesterol düzenleyicidir), çift tabakanın yapısı daha yoğun veya daha sıvı hale gelecek şekilde değişebilir - maddelerin zarlar boyunca hareket hızı buna bağlıdır.

Hücre zarları şunları içerir: plazmolemma, karyolemma, endoplazmik retikulum zarları, Golgi aygıtı, lizozomlar, peroksizomlar, mitokondri, kapanımlar, vb.

Lipitler suda çözünmezler (hidrofobiklik), ancak organik çözücüler ve yağlarda iyi çözünürler (lipofiliklik). Farklı zarlardaki lipidlerin bileşimi aynı değildir. Örneğin, plazma zarı çok fazla kolesterol içerir. Zardaki en yaygın lipidler fosfolipidler (gliserofosfatidler), sfingomyelinler (sfingolipidler), glikolipidler ve kolesteroldür.

Fosfolipitler, sfingomiyelinler, glikolipidler fonksiyonel olarak iki bileşenden oluşur. farklı parçalar: yük taşımayan hidrofobik polar olmayan - yağ asitlerinden oluşan "kuyruklar" ve yüklü polar "kafalar" içeren hidrofilik - alkol grupları (örneğin, gliserol).

Molekülün hidrofobik kısmı genellikle iki yağ asidinden oluşur. Asitlerden biri sınırlayıcı, ikincisi doymamış. Bu, lipidlerin kendiliğinden çift katmanlı (bilipid) membran yapıları oluşturma yeteneğini belirler. Membran lipidleri aşağıdaki işlevleri yerine getirir: proteinlerin bariyeri, taşınması, mikroçevresi, elektrik direnci zarlar.

Zarlar, bir dizi protein molekülünde birbirinden farklıdır. Birçok zar proteini, polar (yük taşıyan) amino asitler açısından zengin bölgelerden ve polar olmayan amino asitler (glisin, alanin, valin, lösin) içeren bölgelerden oluşur. Zarların lipit katmanlarındaki bu tür proteinler, polar olmayan bölgeleri, lipitlerin hidrofobik bölgelerinin bulunduğu zarın "yağ" kısmına daldırılacak şekilde düzenlenir. Bu proteinlerin polar (hidrofilik) kısmı, lipid başları ile etkileşime girer ve sulu faza bakar.

Biyolojik membranlar ortak özellikleri paylaşır:

zarlar, hücre içeriğinin ve bölmelerinin birbirine karışmasına izin vermeyen kapalı sistemlerdir. Membranın bütünlüğünün ihlali hücre ölümüne yol açabilir;

yüzeysel (düzlemsel, yanal) hareketlilik. Membranlarda, yüzey boyunca sürekli bir madde hareketi vardır;

membran asimetrisi. Dış ve yüzey katmanlarının yapısı kimyasal, yapısal ve işlevsel olarak heterojendir.

Hücre zarı

Hücre zarının görüntüsü. Küçük mavi ve beyaz toplar, fosfolipidlerin hidrofobik "kafalarına" ve onlara bağlı çizgiler hidrofilik "kuyruklara" karşılık gelir. Şekil yalnızca integral zar proteinlerini (kırmızı küreler ve sarı sarmallar) göstermektedir. Zar içindeki sarı oval noktalar - kolesterol molekülleri Membranın dışındaki sarı-yeşil boncuk zincirleri - glikokaliksi oluşturan oligosakarit zincirleri

Biyolojik zar ayrıca çeşitli proteinler içerir: integral (zarın içinden ve içinden nüfuz eden), yarı-integral (bir ucunda dış veya iç lipid tabakasına batırılır), yüzey (dışta veya bitişikte bulunur. iç taraflar membranlar). Bazı proteinler, hücre zarının hücre içindeki hücre iskeleti ve (varsa) dışında hücre duvarı ile temas noktalarıdır. İntegral proteinlerin bazıları iyon kanalları, çeşitli taşıyıcılar ve reseptörler olarak işlev görür.

Fonksiyonlar

bariyer - çevre ile düzenlenmiş, seçici, pasif ve aktif bir metabolizma sağlar. Örneğin, peroksizom zarı sitoplazmayı hücreye zararlı olan peroksitlerden korur. Seçici geçirgenlik, zarın çeşitli atomlara veya moleküllere karşı geçirgenliğinin boyutlarına, elektrik yüklerine ve kimyasal özellikler... Seçici geçirgenlik, hücre ve hücre bölmelerinin birbirinden ayrılmasını sağlar. Çevre ve onlara gerekli maddeleri sağlamak.
taşıma - zar yoluyla, maddeler hücrenin içine ve dışına taşınır. Membranlar arasında taşıma şunları sağlar: teslimat besinler, metabolik son ürünlerin uzaklaştırılması, salgı çeşitli maddeler, hücresel enzimlerin çalışması için gerekli olan hücrede optimal iyon konsantrasyonunu koruyan iyonik gradyanların oluşturulması.
Herhangi bir nedenle fosfolipid çift tabakasını geçemeyen partiküller (örneğin, içindeki zar hidrofobik olduğundan ve hidrofilik maddelerin geçmesine izin vermediğinden veya hidrofilik özelliklerden dolayı) büyük bedenler), ancak hücre için gerekli, özel taşıyıcı proteinler (taşıyıcılar) ve kanal proteinleri veya endositoz yoluyla zara nüfuz edebilir.
Pasif taşıma ile maddeler, difüzyon yoluyla konsantrasyon gradyanı boyunca enerji tüketimi olmadan lipid çift tabakasını geçerler. Bu mekanizmanın bir varyantı, belirli bir molekülün bir maddenin zardan geçmesine yardımcı olduğu kolaylaştırılmış difüzyondur. Bu molekül, yalnızca bir tür maddenin geçmesine izin veren bir kanala sahip olabilir.
Aktif taşıma, konsantrasyon gradyanına karşı gerçekleştiği için enerji tüketimi gerektirir. Zar üzerinde, potasyum iyonlarını (K +) aktif olarak hücreye pompalayan ve hücreden sodyum iyonlarını (Na +) dışarı pompalayan ATPaz dahil olmak üzere özel pompa proteinleri vardır.
matris - zar proteinlerinin belirli bir karşılıklı düzenlemesini ve oryantasyonunu, optimal etkileşimlerini sağlar.
mekanik - hücrenin özerkliğini, hücre içi yapılarını ve diğer hücrelerle (dokularda) bağlantı sağlar. Hücre duvarları, mekanik işlevin sağlanmasında ve hayvanlarda - hücreler arası maddede önemli bir rol oynar.
enerji - kloroplastlarda fotosentez ve mitokondride hücresel solunum sırasında, enerji transfer sistemleri proteinlerin de dahil olduğu zarlarında çalışır;
reseptör - zardaki bazı proteinler reseptörlerdir (hücrenin belirli sinyalleri algıladığı moleküller).
Örneğin, kanda dolaşan hormonlar, yalnızca bu hormonlara karşılık gelen reseptörlere sahip olan hedef hücrelere etki eder. nörotransmitterler ( kimyasal maddeler, sinir uyarılarının iletimini sağlar) ayrıca hedef hücrelerin özel reseptör proteinlerine bağlanır.
enzimatik - zar proteinleri genellikle enzimlerdir. Örneğin, bağırsak epitel hücrelerinin plazma zarları, sindirim enzimleri içerir.
biyopotansiyellerin üretilmesi ve yürütülmesinin uygulanması.
Membran yardımı ile hücrede sabit bir iyon konsantrasyonu korunur: hücre içindeki K + iyonunun konsantrasyonu dışarıdan çok daha yüksektir ve Na + konsantrasyonu çok daha düşüktür, bu çok önemlidir, çünkü çok önemlidir. bu, zardaki potansiyel farkın korunmasını ve bir sinir impulsunun üretilmesini sağlar.
hücre etiketleme - zar üzerinde belirteç görevi gören antijenler vardır - hücreyi tanımlamanıza izin veren "etiketler". Bunlar, "antenler" rolünü oynayan glikoproteinlerdir (yani, onlara bağlı dallı oligosakarit yan zincirleri olan proteinler). Sayısız yan zincir konfigürasyonu nedeniyle, her hücre tipi için özel bir işaretleyici yapmak mümkündür. İşaretleyicilerin yardımıyla hücreler, diğer hücreleri tanıyabilir ve örneğin organların ve dokuların oluşumu sırasında onlarla uyum içinde hareket edebilir. Ayrıca bağışıklık sisteminin yabancı antijenleri tanımasını sağlar.

Biyomembranların yapısı ve bileşimi

Zarlar üç lipid sınıfından oluşur: fosfolipidler, glikolipidler ve kolesterol. Fosfolipidler ve glikolipidler (bağlı karbonhidratlara sahip lipidler), yüklü bir hidrofilik "kafa" ile ilişkili iki uzun hidrofobik hidrokarbon "kuyruklarından" oluşur. Kolesterol, hidrofobik lipid kuyrukları arasındaki boş alanı kaplayarak ve bükülmelerini önleyerek zarı sertleştirir. Bu nedenle, kolesterol içeriği düşük olan zarlar daha esnektir ve yüksek kolesterol içeriği ile daha sert ve kırılgandır. Kolesterol ayrıca polar moleküllerin hücreden hücre içine hareketini engelleyen bir "durdurucu" görevi görür. Membranın önemli bir kısmı, ona nüfuz eden ve zarların çeşitli özelliklerinden sorumlu olan proteinlerden oluşur. Farklı membranlardaki bileşimleri ve yönelimleri farklıdır.

Hücre zarları genellikle asimetriktir, yani katmanlar lipidlerin bileşiminde farklılık gösterir, tek bir molekülün bir katmandan diğerine geçişi (sözde takla) zor.

Zar organelleri

Bunlar, hyaloplazmadan zarlarla ayrılmış, sitoplazmanın kapalı, tek veya birbirine bağlı bölümleridir. Tek zarlı organeller arasında endoplazmik retikulum, Golgi aygıtı, lizozomlar, vakuoller, peroksizomlar; iki zara - çekirdek, mitokondri, plastitler. Çeşitli organellerin zarlarının yapısı, lipitlerin ve zar proteinlerinin bileşiminde farklılık gösterir.

Seçici geçirgenlik

Hücre zarlarının seçici geçirgenliği vardır: glikoz, amino asitler, yağ asitleri, gliserol ve iyonlar bunlardan yavaşça yayılır ve zarların kendileri bir dereceye kadar bu süreci aktif olarak düzenler - bazı maddelerin geçmesine izin verilirken, diğerlerine izin verilmez. Maddelerin hücreye girişi veya hücreden dışarıya atılması için dört ana mekanizma vardır: difüzyon, ozmoz, aktif taşıma ve ekzo- veya endositoz. İlk iki süreç pasiftir, yani enerji tüketimi gerektirmezler; son iki - aktif süreçler enerji tüketimi ile ilgilidir.

Pasif taşıma sırasında zarın seçici geçirgenliği, özel kanallar - integral proteinlerden kaynaklanmaktadır. Membranın içinden ve içinden geçerek bir tür geçit oluştururlar. K, Na ve Cl elementlerinin kendi kanalları vardır. Bu elementlerin molekülleri, konsantrasyon gradyanına göre hücrenin içine ve dışına hareket eder. Tahriş olduğunda, sodyum iyonlarının kanalları açılır ve hücreye keskin bir sodyum iyonu akışı olur. Bu durumda, membran potansiyelinde bir dengesizlik meydana gelir. Daha sonra membran potansiyeli geri yüklenir. Potasyum kanalları her zaman açıktır, bunların içinden potasyum iyonları yavaş yavaş hücreye girer.

Ayrıca bakınız

Edebiyat

Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Faz geçişleri sırasında lipid zarları. - M.: Bilim, 1994.
Gennis R. Biyomembranlar. Moleküler yapı ve fonksiyonlar: İngilizce'den çeviri. = Biyomembranlar. Moleküler yapı ve fonksiyon (Robert B. Gennis). - 1. baskı. - E.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Lipit iki tabakalı biyolojik zarlar... - M.: Bilim, 1982.
Rubin A.B. Biyofizik, 2 ciltlik ders kitabı. - 3. baskı, gözden geçirilmiş ve genişletilmiş. - M.: Moskova Üniversitesi Yayınevi, 2004. -

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 bir dizi iki filmden bahsetmek daha doğru olur, ayrıca, farklı taraflar bu filmlerin farklı özellikleri var.

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 sonuçşaşırtıcı 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 mikroskobunun 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 zamandır 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 işlevleri nedeniyle 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 tabaka oluşturmazlar, yarı-integral ve integral proteinler ise hücre içinde oksijen ve besinleri taşımanın yanı sıra çürümeyi gidermeye hizmet eder. ondan ürünler ve daha fazlası, daha sonra öğreneceğiniz birkaç önemli işlev için.

Hücre zarı aşağıdaki işlevleri yerine getirir:

Bariyer - membran geçirgenliği farklı şekiller moleküller aynı değildir. Hücre zarını atlamak için bir molekülün belirli bir boyuta, kimyasal özelliklere ve elektrik yüküne sahip olması gerekir. 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, moleküler boyutu büyük olanlar veya hidrofobiklik nedeniyle bilipid tabakasını geçemeyenler. 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 süreçlerine katılan, zarlarla yapılandırılmış ve sınırlandırılmış bir dizi organeldir.

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 nüfuz edebilir - 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. Ancak hücre zarından taşınmaya ihtiyaç duyulduğunda ne yapılmalı? sulu çözeltiler, sodyum ve potasyum tuzları gibi?

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 tam tersine 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 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 özelliklerini ve işlevlerini 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 son ilaçlar migrene karşı, triptanlar, neredeyse kalbi ve periferi etkilemezken, 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".

Hücre zarı

Biyolojik zar ayrıca çeşitli proteinler içerir: integral (zarın içinden ve içinden geçen), yarı-integral (bir ucunda dış veya iç lipid tabakasına batırılır), yüzey (zarın dış tarafında veya iç taraflarına bitişik olarak bulunur) ). Bazı proteinler, hücre zarının hücre içindeki hücre iskeleti ve (varsa) dışında hücre duvarı ile temas noktalarıdır. İntegral proteinlerin bazıları iyon kanalları, çeşitli taşıyıcılar ve reseptörler olarak işlev görür.

Fonksiyonlar

bariyer - çevre ile düzenlenmiş, seçici, pasif ve aktif bir metabolizma sağlar. Örneğin, peroksizom zarı sitoplazmayı hücreye zararlı olan peroksitlerden korur. Seçici geçirgenlik, zarın çeşitli atomlara veya moleküllere karşı geçirgenliğinin boyutlarına, elektrik yüklerine ve kimyasal özelliklerine bağlı olduğu anlamına gelir. Seçici geçirgenlik, hücre ve hücre bölmelerinin ortamdan ayrılmasını sağlar ve gerekli maddeleri sağlar.
taşıma - zar yoluyla, maddeler hücrenin içine ve dışına taşınır. Membranlar yoluyla taşıma şunları sağlar: besinlerin iletilmesi, metabolizmanın son ürünlerinin uzaklaştırılması, çeşitli maddelerin salgılanması, iyonik gradyanların yaratılması, hücrede hücresel enzimlerin çalışması için gerekli olan optimal iyon konsantrasyonunun korunması.
Herhangi bir nedenle fosfolipid çift katmanını geçemeyen (örneğin, içindeki zar hidrofobik olduğu ve hidrofilik maddelerin geçmesine izin vermediği veya büyük boyutları nedeniyle hidrofilik özellikler nedeniyle), ancak hücre için gerekli olan parçacıklar. , özel taşıyıcı proteinler (taşıyıcılar) ve kanal proteinleri yoluyla veya endositoz yoluyla zardan geçebilir.
Pasif taşıma ile maddeler, difüzyon yoluyla konsantrasyon gradyanı boyunca enerji tüketimi olmadan lipid çift tabakasını geçerler. Bu mekanizmanın bir varyantı, belirli bir molekülün bir maddenin zardan geçmesine yardımcı olduğu kolaylaştırılmış difüzyondur. Bu molekül, yalnızca bir tür maddenin geçmesine izin veren bir kanala sahip olabilir.
Aktif taşıma, konsantrasyon gradyanına karşı gerçekleştiği için enerji tüketimi gerektirir. Zar üzerinde, potasyum iyonlarını (K +) aktif olarak hücreye pompalayan ve hücreden sodyum iyonlarını (Na +) dışarı pompalayan ATPaz dahil olmak üzere özel pompa proteinleri vardır.
matris - zar proteinlerinin belirli bir karşılıklı düzenlemesini ve oryantasyonunu, optimal etkileşimlerini sağlar.
mekanik - hücrenin özerkliğini, hücre içi yapılarını ve diğer hücrelerle (dokularda) bağlantı sağlar. Hücre duvarları, mekanik işlevin sağlanmasında ve hayvanlarda - hücreler arası maddede önemli bir rol oynar.
enerji - kloroplastlarda fotosentez ve mitokondride hücresel solunum sırasında, enerji transfer sistemleri proteinlerin de dahil olduğu zarlarında çalışır;
reseptör - zardaki bazı proteinler reseptörlerdir (hücrenin belirli sinyalleri algıladığı moleküller).
Örneğin, kanda dolaşan hormonlar, yalnızca bu hormonlara karşılık gelen reseptörlere sahip olan hedef hücrelere etki eder. Nörotransmitterler (sinir uyarılarını ileten kimyasallar) ayrıca hedef hücrelerdeki spesifik reseptör proteinlerine bağlanır.
enzimatik - zar proteinleri genellikle enzimlerdir. Örneğin, bağırsak epitel hücrelerinin plazma zarları, sindirim enzimleri içerir.
biyopotansiyellerin üretilmesi ve yürütülmesinin uygulanması.
Membran yardımı ile hücrede sabit bir iyon konsantrasyonu korunur: hücre içindeki K + iyonunun konsantrasyonu dışarıdan çok daha yüksektir ve Na + konsantrasyonu çok daha düşüktür, bu çok önemlidir, çünkü çok önemlidir. bu, zardaki potansiyel farkın korunmasını ve bir sinir impulsunun üretilmesini sağlar.
hücre etiketleme - zar üzerinde belirteç görevi gören antijenler vardır - hücreyi tanımlamanıza izin veren "etiketler". Bunlar, "antenler" rolünü oynayan glikoproteinlerdir (yani, onlara bağlı dallı oligosakarit yan zincirleri olan proteinler). Sayısız yan zincir konfigürasyonu nedeniyle, her hücre tipi için özel bir işaretleyici yapmak mümkündür. İşaretleyicilerin yardımıyla hücreler, diğer hücreleri tanıyabilir ve örneğin organların ve dokuların oluşumu sırasında onlarla uyum içinde hareket edebilir. Ayrıca bağışıklık sisteminin yabancı antijenleri tanımasını sağlar.

Biyomembranların yapısı ve bileşimi

Hücre zarları genellikle asimetriktir, yani katmanlar lipidlerin bileşiminde farklılık gösterir, tek bir molekülün bir katmandan diğerine geçişi (sözde takla) zor.

Zar organelleri

Seçici geçirgenlik

Hücre zarlarının seçici geçirgenliği vardır: glikoz, amino asitler, yağ asitleri, gliserol ve iyonlar bunlardan yavaşça yayılır ve zarların kendileri bir dereceye kadar bu süreci aktif olarak düzenler - bazı maddelerin geçmesine izin verilirken, diğerlerine izin verilmez. Maddelerin hücreye girişi veya hücreden dışarıya atılması için dört ana mekanizma vardır: difüzyon, ozmoz, aktif taşıma ve ekzo- veya endositoz. İlk iki süreç pasiftir, yani enerji tüketimi gerektirmezler; son ikisi enerji tüketimi ile ilgili aktif süreçlerdir.

Ayrıca bakınız

Edebiyat

Antonov V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Faz geçişleri sırasında lipid zarları. - M.: Bilim, 1994.
Gennis R. Biyomembranlar. Moleküler yapı ve fonksiyonlar: İngilizce'den çeviri. = Biyomembranlar. Moleküler yapı ve fonksiyon (Robert B. Gennis). - 1. baskı. - E.: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0
Ivanov V.G., Berestovsky T.N. Biyolojik zarların lipid çift tabakası. - M.: Bilim, 1982.
Rubin A.B. Biyofizik, 2 ciltlik ders kitabı. - 3. baskı, gözden geçirilmiş ve genişletilmiş. - M.: Moskova Üniversitesi Yayınevi, 2004. -

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

Hücre zarının işlevi ve rolü

İşlevi, bir miktar izin vererek iç mekanın bütünlüğünü korumaktır. gerekli maddeler kafese girer ve başkalarının girmesine izin vermez.

Aynı zamanda bazı organizmalara ve diğerlerine bağlanmanın temeli olarak hizmet eder. Böylece plazma zarı hücrenin şeklini de sağlar. Membranın bir başka işlevi de, denge yoluyla hücre büyümesini düzenlemektir.

Endositoz sırasında, maddeler emildikçe lipidler ve proteinler hücre zarından çıkarılır. Ekzositoz sırasında, lipid ve protein içeren veziküller hücre zarı ile birleşerek hücrelerin boyutunu arttırır. ve mantar hücrelerinin plazma zarları vardır. Örneğin, iç kısımlar da koruyucu zarlarla çevrelenmiştir.

Hücre zarı yapısı

Plazma zarı esas olarak bir protein ve lipid karışımından oluşur. Membranın vücuttaki konumuna ve rolüne bağlı olarak, lipidler zarın yüzde 20 ila 80'ini oluşturabilir, geri kalanı proteinlerden oluşur. Lipitler zarı esnek hale getirmeye yardımcı olurken, proteinler kontrol eder ve korur. kimyasal bileşim hücreler ve ayrıca moleküllerin zar boyunca taşınmasına yardımcı olur.

membran lipidleri

Fosfolipitler, plazma zarlarının ana bileşenidir. Kafanın hidrofilik (su çeken) bölümlerinin sulu sitozole ve hücre dışı sıvıya direnmek için kendiliğinden organize olduğu, kuyruğun hidrofobik (su itici) bölümlerinin sitozol ve hücre dışı sıvıdan uzağa baktığı bir lipit çift tabakası oluştururlar. Lipid çift tabakası yarı geçirgendir ve sadece birkaç molekülün zardan geçmesine izin verir.

Kolesterol, hayvan hücre zarlarının başka bir lipid bileşenidir. Kolesterol molekülleri, membran fosfolipidleri arasında seçici olarak dağılır. Bu, fosfolipitlerin çok yoğun hale gelmesini önleyerek hücre zarlarının sertliğini korumaya yardımcı olur. Bitki hücre zarlarında kolesterol yoktur.

Glikolipidler ile bulunur dış yüzey hücre zarları ve onlara bir karbonhidrat zinciri ile bağlıdır. Hücrenin vücuttaki diğer hücreleri tanımasına yardımcı olurlar.

zar proteinleri

Hücre zarı iki tip ilişkili protein içerir. Periferik zar proteinleri dışsaldır ve diğer proteinlerle etkileşime girerek onunla ilişkilidir. İntegral membran proteinleri, zara yerleştirilir ve çoğu, içinden geçer. Bu transmembran proteinlerin parçaları, bunun her iki tarafında bulunur.

Plazma membran proteinleri çok sayıda farklı işlevler... Yapısal proteinler hücrelere destek ve şekil sağlar. Zar reseptör proteinleri, hücrelerin hormonlar, nörotransmiterler ve diğer sinyal molekülleri aracılığıyla dış çevreleriyle iletişim kurmasına yardımcı olur. Küresel proteinler gibi taşıma proteinleri, molekülleri kolaylaştırılmış difüzyon yoluyla hücre zarları boyunca taşır. Glikoproteinlerin kendilerine bağlı bir karbonhidrat zinciri vardır. Moleküllerin değiş tokuşuna ve taşınmasına yardımcı olmak için hücre zarına gömülürler.

organel zarları

Bazı hücre organelleri de koruyucu zarlarla çevrilidir. Çekirdek,