Kısaca dış hücre zarının yapısı. Biyolojik hücre zarlarının yapısı ve özellikleri

biyolojik zarlar- hücreleri (hücre veya plazma zarları) ve hücre içi organelleri (mitokondri zarları, çekirdekler, lizozomlar, endoplazmik retikulum, vb.) sınırlayan işlevsel olarak aktif yüzey yapılarının genel adı. Lipidler, proteinler, heterojen moleküller (glikoproteinler, glikolipidler) ve gerçekleştirilen işleve bağlı olarak çok sayıda küçük bileşen içerirler: koenzimler, nükleik asitler, antioksidanlar, karotenoidler, inorganik iyonlar, vb.

Membran sistemlerinin (reseptörler, enzimler, taşıma mekanizmaları) koordineli çalışması, hücre homeostazının korunmasına yardımcı olur ve aynı zamanda dış ortamdaki değişikliklere hızla yanıt verir.

İle biyolojik zarların ana işlevleri atfedilebilir:

hücrenin ortamdan ayrılması ve hücre içi bölmelerin (bölmeler) oluşumu;

çok çeşitli maddelerin membranlardan taşınmasının kontrolü ve düzenlenmesi;

hücreler arası etkileşimlerin sağlanmasına katılım, hücre içinde sinyallerin iletimi;

gıda organik maddelerinin enerjisinin ATP moleküllerinin kimyasal bağlarının enerjisine dönüştürülmesi.

Plazma (hücre) zarının tüm hücrelerdeki moleküler organizasyonu yaklaşık olarak aynıdır: içinde birçok spesifik protein bulunan iki tabaka lipid molekülünden oluşur. Bazı zar proteinleri enzimatik aktiviteye sahipken, bazıları ise çevredeki besinleri bağlayarak zarlardan hücreye taşınmasını sağlar. Zar proteinleri, zar yapıları ile olan ilişkilerinin doğası ile ayırt edilir. adı verilen bazı proteinler harici veya çevresel , zarın yüzeyine gevşek bir şekilde bağlı, diğerleri, dahili veya integral , zarın içine daldırılır. Periferik proteinler kolaylıkla ekstrakte edilirken, integral proteinler sadece deterjanlar veya organik çözücüler kullanılarak izole edilebilir. Şek. 4 plazma zarının yapısını gösterir.

Birçok hücrenin dış veya plazma zarları ve mitokondri, kloroplastlar gibi hücre içi organellerin zarları serbest bir biçimde izole edildi ve moleküler bileşimleri üzerinde çalışıldı. Tüm zarlar, zar tipine bağlı olarak kütlesinin %20 ila %80'i arasında değişen bir miktarda polar lipit içerir, geri kalanı esas olarak proteinlerden oluşur. Bu nedenle, hayvan hücrelerinin plazma zarlarında, kural olarak protein ve lipit miktarı yaklaşık olarak aynıdır; iç mitokondriyal zar yaklaşık %80 protein ve sadece %20 lipid içerirken, beyin hücrelerinin miyelin zarları tam tersine yaklaşık %80 lipid ve sadece %20 protein içerir.

Pirinç. 4. Plazma zarının yapısı

Zarların lipid kısmı, çeşitli polar lipidlerin bir karışımıdır. Fosfogliserolipidleri, sfingolipidleri, glikolipidleri içeren polar lipidler, yağ hücrelerinde depolanmazlar, ancak hücre zarlarına ve kesin olarak tanımlanmış oranlarda birleştirilirler.

Membranlardaki tüm polar lipitler metabolizma sırasında sürekli olarak yenilenir; normal koşullar altında, hücrede lipit sentez hızının bozulma hızına eşit olduğu dinamik bir durağan durum kurulur.

Hayvan hücrelerinin zarları esas olarak fosfogliserolipidler ve daha az ölçüde sfingolipidler içerir; triaçilgliseroller sadece eser miktarlarda bulunur. Hayvan hücrelerinin bazı zarları, özellikle dış plazma zarı, önemli miktarda kolesterol ve esterleri içerir (Şekil 5).

Şek.5. Membran lipidleri

Şu anda, membranların yapısı için genel olarak kabul edilen model, 1972'de S. Singer ve J. Nicholson tarafından önerilen akışkan mozaik modelidir.

Ona göre proteinler, lipit denizinde yüzen buzdağlarına benzetilebilir. Yukarıda bahsedildiği gibi, 2 tip zar proteini vardır: integral ve periferik. İntegral proteinler zardan geçerler, amfipatik moleküller. Periferik proteinler zara nüfuz etmez ve onunla daha az güçlü bir şekilde ilişkilidir. Membranın ana sürekli kısmı, yani matrisi, polar lipid çift tabakasıdır. Normal hücre sıcaklığında, matris, polar lipitlerin hidrofobik kuyruklarında doymuş ve doymamış yağ asitleri arasındaki belirli bir oranda sağlanan sıvı haldedir.

Akışkan mozaik modeli ayrıca, zarda bulunan integral proteinlerin yüzeyinde, amino asit kalıntılarının R-grupları (esas olarak, proteinlerin çift katmanın merkezi hidrofobik kısmında "çözüldüğü" için hidrofobik gruplar) olduğunu öne sürer. . Aynı zamanda, periferal veya harici proteinlerin yüzeyinde, elektrostatik kuvvetler nedeniyle lipidlerin hidrofilik yüklü polar kafalarına çekilen esas olarak hidrofilik R grupları vardır. İntegral proteinler ve bunlar enzimleri ve taşıma proteinlerini içerirler, ancak aktivitenin tezahürü için gerekli uzamsal konfigürasyonu elde ettikleri çift tabakanın hidrofobik kısmı içinde yer alırlarsa aktiftirler (Şekil 6). Çift tabakadaki moleküller arasında ve çift tabakanın proteinleri ve lipidleri arasında hiçbir kovalent bağ oluşmadığı bir kez daha vurgulanmalıdır.

Şekil 6. zar proteinleri

Zar proteinleri yanal düzlemde serbestçe hareket edebilir. Periferik proteinler kelimenin tam anlamıyla iki tabakalı "deniz"in yüzeyinde yüzerken, buzdağları gibi integral proteinler neredeyse tamamen hidrokarbon tabakasına daldırılır.

Zarların çoğu asimetriktir, yani eşit olmayan kenarları vardır. Bu asimetri şu şekilde kendini gösterir:

Birincisi, bakteri ve hayvan hücrelerinin plazma zarlarının iç ve dış taraflarının polar lipidlerin bileşiminde farklılık göstermesidir. Örneğin, insan eritrosit zarlarının iç lipid tabakası esas olarak fosfatidiletanolamin ve fosfatidilserin içerirken, dış lipid tabakası fosfatidilkolin ve sfingomyelin içerir.

· ikincisi, membranlardaki bazı taşıma sistemleri sadece bir yönde hareket eder. Örneğin, eritrositlerin zarlarında, ATP hidrolizi sırasında açığa çıkan enerji nedeniyle hücreden Na + iyonlarını ve hücrenin içine K + iyonlarını pompalayan bir taşıma sistemi (“pompa”) vardır.

Üçüncüsü, plazma zarının dış yüzeyi, glikolipidlerin başları ve glikoproteinlerin oligosakarit yan zincirleri olan çok sayıda oligosakarit grubu içerirken, plazma zarının iç yüzeyinde pratik olarak hiç oligosakarit grubu yoktur.

Biyolojik zarların asimetrisi, tek tek fosfolipid moleküllerinin lipit çift tabakasının bir tarafından diğerine transferinin enerji nedenleriyle çok zor olması nedeniyle korunur. Polar lipid molekülü çift tabakanın kendi tarafında serbestçe hareket edebilir, ancak diğer tarafa atlama yeteneği sınırlıdır.

Lipid hareketliliği, mevcut doymamış yağ asitlerinin nispi içeriğine ve tipine bağlıdır. Yağ asidi zincirlerinin hidrokarbon yapısı, zara akışkanlık, hareketlilik özelliklerini verir. Cis-doymamış yağ asitlerinin mevcudiyetinde, zincirler arasındaki kohezyon kuvvetleri, tek başına doymuş yağ asitleri durumunda olduğundan daha zayıftır ve lipitler, düşük sıcaklıklarda bile yüksek hareketliliğini korur.

Zarların dış tarafında, işlevi belirli moleküler sinyalleri tanımak olan belirli tanıma bölgeleri vardır. Örneğin, bazı bakteriler besin konsantrasyonundaki küçük değişiklikleri algılayarak besin kaynağına doğru hareketlerini uyaran zar yoluyladır; bu fenomene denir kemotaksi.

Çeşitli hücre ve hücre içi organellerin zarları, yapıları, kimyasal bileşimleri ve işlevleri nedeniyle belirli bir özgüllüğe sahiptir. Ökaryotik organizmalarda aşağıdaki ana zar grupları ayırt edilir:

plazma zarı (dış hücre zarı, plazmalemma),

nükleer zar

endoplazmik retikulum

Golgi aygıtının zarları, mitokondri, kloroplastlar, miyelin kılıfları,

uyarılabilir membranlar

Prokaryotik organizmalarda plazma zarına ek olarak intrasitoplazmik zar oluşumları vardır; heterotrofik prokaryotlarda bunlara denir mezozomlar.İkincisi, dış hücre zarına invajinasyonla oluşturulur ve bazı durumlarda onunla temas halinde kalır.

eritrosit zarı proteinler (%50), lipidler (%40) ve karbonhidratlardan (%10) oluşur. Karbonhidratların ana kısmı (% 93) proteinlerle, geri kalanı lipitlerle ilişkilidir. Membran içinde, lipidler misellerdeki simetrik düzenlemenin aksine asimetrik olarak düzenlenir. Örneğin, sefalin ağırlıklı olarak lipidlerin iç tabakasında bulunur. Bu asimetri, görünüşe göre, zardaki fosfolipidlerin enine hareketi nedeniyle, zar proteinlerinin yardımıyla ve metabolizma enerjisi nedeniyle korunur. Eritrosit zarının iç tabakasında esas olarak sfingomyelin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin, dış tabakada - fosfatidilkolin bulunur. Eritrosit zarı ayrılmaz bir glikoprotein içerir glikoforin 131 amino asit kalıntısından oluşan ve zara nüfuz eden ve 900 amino asit kalıntısından oluşan bant 3 proteini olarak adlandırılan protein. Glikoforinin karbonhidrat bileşenleri, influenza virüsleri, fitohemagglutininler ve bir dizi hormon için bir reseptör işlevi görür. Az miktarda karbonhidrat içeren ve zara nüfuz eden başka bir integral protein de eritrosit zarında bulundu. O aradı tünel proteini(a bileşeni), anyonlar için bir kanal oluşturduğu varsayıldığından. Eritrosit zarının iç tarafı ile ilişkili periferik protein, spektrin.

miyelin zarları , nöronların aksonlarını çevreleyen çok katmanlıdır, çok miktarda lipit içerirler (yaklaşık% 80, yarısı fosfolipittir). Bu zarların proteinleri, üst üste yer alan zar tuzlarının fiksasyonu için önemlidir.

kloroplast zarları. Kloroplastlar iki katmanlı bir zarla kaplıdır. Dış zar, mitokondrininkine biraz benzerlik gösterir. Bu yüzey zarına ek olarak, kloroplastların bir iç zar sistemi vardır - lamel. Lamel formu veya düzleştirilmiş veziküller - üst üste yerleştirilmiş, paketler (grana) halinde toplanan veya stromanın (stromal lamel) bir zar sistemini oluşturan thylakoidler. Tilakoid zarın dış tarafındaki lamel gran ve stroma, konsantre hidrofilik gruplar, galakto- ve sülfolipidlerdir. Klorofil molekülünün fitolik kısmı globüle daldırılır ve hidrofobik protein ve lipid gruplarıyla temas halindedir. Klorofilin porfirin çekirdekleri, esas olarak, gran'ın tilakoidlerinin bitişik zarları arasında lokalizedir.

Bakterilerin iç (sitoplazmik) zarı yapı olarak kloroplastların ve mitokondrilerin iç zarlarına benzer. Solunum zincirinin enzimlerini, aktif taşımayı içerir; Membran bileşenlerinin oluşumunda rol oynayan enzimler. Bakteri zarlarının baskın bileşeni proteinlerdir: protein/lipid oranı (ağırlıkça) 3:1'dir. Gram-negatif bakterilerin dış zarı, sitoplazmik olanla karşılaştırıldığında, daha az miktarda çeşitli fosfolipit ve protein içerir. Her iki zar da lipit bileşiminde farklılık gösterir. Dış zar, birçok düşük moleküler ağırlıklı maddenin penetrasyonu için gözenekler oluşturan proteinler içerir. Dış zarın karakteristik bir bileşeni de spesifik bir lipopolisakkarittir. Bir dizi dış zar proteini, fajlar için reseptör görevi görür.

Virüs zarı. Virüsler arasında zar yapıları, bir protein ve bir nükleik asitten oluşan bir nükleokapsid içerenlerin karakteristiğidir. Virüslerin bu "çekirdeği" bir zar (zarf) ile çevrilidir. Aynı zamanda, esas olarak zarın yüzeyinde bulunan, içinde glikoproteinler bulunan bir çift lipid tabakasından oluşur. Bazı virüslerde (mikrovirüsler), tüm proteinlerin %70-80'i zarlara girer, kalan proteinler nükleokapsitte bulunur.

Dolayısıyla hücre zarları çok karmaşık yapılardır; onları oluşturan moleküler kompleksler, membran yüzeyine biyolojik özgünlük kazandıran düzenli iki boyutlu bir mozaik oluşturur.

Canlı bir organizmanın temel yapısal birimi, bir hücre zarı ile çevrili sitoplazmanın farklılaşmış bir bölümü olan bir hücredir. Hücrenin üreme, beslenme, hareket gibi birçok önemli işlevi yerine getirdiği göz önüne alındığında, kabuğun plastik ve yoğun olması gerekir.

Hücre zarının keşfi ve araştırmasının tarihi

1925'te Grendel ve Gorder, eritrositlerin veya boş kabukların "gölgelerini" tanımlamak için başarılı bir deney yaptılar. Yapılan birkaç büyük hataya rağmen, bilim adamları lipit çift katmanını keşfettiler. Çalışmalarına 1935'te Danielli, Dawson, 1960'ta Robertson tarafından devam edildi. Uzun yıllar süren çalışmaların ve 1972'deki argümanların birikiminin bir sonucu olarak, Singer ve Nicholson, zarın yapısının bir akışkan mozaik modelini oluşturdular. Daha ileri deneyler ve çalışmalar bilim adamlarının çalışmalarını doğruladı.

Anlam

Hücre zarı nedir? Bu kelime yüz yıldan fazla bir süre önce kullanılmaya başlandı, Latince'den çevrilmiş, "film", "cilt" anlamına geliyor. Öyleyse, iç içerik ile dış ortam arasında doğal bir engel olan hücrenin sınırını belirleyin. Hücre zarının yapısı, nem ve besinlerin ve çürüme ürünlerinin içinden serbestçe geçebilmesi nedeniyle yarı geçirgenliği önerir. Bu kabuk, hücre organizasyonunun ana yapısal bileşeni olarak adlandırılabilir.

Hücre zarının ana işlevlerini düşünün

1. Hücrenin iç içeriğini ve dış ortamın bileşenlerini ayırır.

2. Hücrenin sabit bir kimyasal bileşimini korumaya yardımcı olur.

3. Doğru metabolizmayı düzenler.

4. Hücreler arası bağlantıyı sağlar.

5. Sinyalleri tanır.

6. Koruma işlevi.

"Plazma Kabuğu"

Plazma zarı olarak da adlandırılan dış hücre zarı, beş ila yedi nanometre kalınlığında ultramikroskopik bir filmdir. Esas olarak protein bileşikleri, fosfolit, sudan oluşur. Film elastiktir, suyu kolayca emer ve ayrıca hasardan sonra bütünlüğünü hızla geri yükler.

Evrensel bir yapıda farklılık gösterir. Bu zar bir sınır pozisyonu kaplar, seçici geçirgenlik sürecine katılır, bozunma ürünlerinin atılımını yapar, bunları sentezler. "Komşular" ile olan ilişki ve iç içeriğin hasardan güvenilir bir şekilde korunması, hücrenin yapısı gibi bir konuda onu önemli bir bileşen haline getirir. Hayvan organizmalarının hücre zarı bazen en ince tabaka ile kaplanır - proteinler ve polisakkaritler içeren glikokaliks. Membran dışındaki bitki hücreleri, destek görevi gören ve şeklini koruyan bir hücre duvarı tarafından korunur. Bileşiminin ana bileşeni lif (selüloz) - suda çözünmeyen bir polisakarittir.

Böylece dış hücre zarı onarım, koruma ve diğer hücrelerle etkileşim işlevini yerine getirir.

Hücre zarının yapısı

Bu hareketli kabuğun kalınlığı altı ila on nanometre arasında değişmektedir. Bir hücrenin hücre zarı, temeli lipid çift tabakası olan özel bir bileşime sahiptir. Suya karşı inert olan hidrofobik kuyruklar içeride bulunurken, su ile etkileşime giren hidrofilik kafalar dışa dönüktür. Her lipid, gliserol ve sfingosin gibi maddelerin etkileşiminin sonucu olan bir fosfolipiddir. Lipid iskelesi, sürekli olmayan bir katmanda bulunan proteinlerle yakından çevrilidir. Bazıları lipit tabakasına daldırılır, geri kalanı içinden geçer. Bunun sonucunda su geçirgen alanlar oluşur. Bu proteinlerin gerçekleştirdiği işlevler farklıdır. Bunların bir kısmı enzim, bir kısmı ise çeşitli maddeleri dış ortamdan sitoplazmaya ve bunun tersini de taşıyan taşıyıcı proteinlerdir.

Hücre zarı geçirgendir ve integral proteinlerle yakından bağlantılıyken, periferik olanlarla bağlantı daha az güçlüdür. Bu proteinler, zarın yapısını korumak, çevreden gelen sinyalleri almak ve dönüştürmek, maddeleri taşımak ve zarlarda meydana gelen reaksiyonları katalize etmek gibi önemli bir işlevi yerine getirir.

Birleştirmek

Hücre zarının temeli bimoleküler tabakadır. Sürekliliği nedeniyle hücre bariyer ve mekanik özelliklere sahiptir. Yaşamın farklı aşamalarında, bu çift katman bozulabilir. Sonuç olarak, hidrofilik gözeneklerin yapısal kusurları oluşur. Bu durumda, hücre zarı gibi bir bileşenin kesinlikle tüm işlevleri değişebilir. Bu durumda, çekirdek dış etkilerden zarar görebilir.

Özellikleri

Bir hücrenin hücre zarı ilginç özelliklere sahiptir. Akışkanlığı nedeniyle, bu kabuk katı bir yapı değildir ve bileşimini oluşturan proteinlerin ve lipitlerin ana kısmı, zar düzleminde serbestçe hareket eder.

Genel olarak hücre zarı asimetriktir, bu nedenle protein ve lipit katmanlarının bileşimi farklıdır. Hayvan hücrelerindeki plazma zarlarının dış tarafında, reseptör ve sinyal işlevlerini yerine getiren ve ayrıca hücrelerin dokuya birleştirilmesi sürecinde önemli bir rol oynayan bir glikoprotein tabakası bulunur. Hücre zarı polardır, yani dıştaki yük pozitif, içteki negatiftir. Yukarıdakilerin tümüne ek olarak, hücre zarı seçici bir içgörüye sahiptir.

Bu, suya ek olarak, hücreye yalnızca belirli bir grup molekül ve çözünmüş madde iyonunun girmesine izin verildiği anlamına gelir. Çoğu hücrede sodyum gibi bir maddenin konsantrasyonu, dış ortamdakinden çok daha düşüktür. Potasyum iyonları için farklı bir oran karakteristiktir: hücredeki sayıları ortamdakinden çok daha yüksektir. Bu bağlamda, sodyum iyonları hücre zarına nüfuz etme eğilimindedir ve potasyum iyonları dışarıya salınma eğilimindedir. Bu koşullar altında, zar, maddelerin konsantrasyonunu dengeleyerek "pompalama" rolü oynayan özel bir sistemi harekete geçirir: sodyum iyonları hücre yüzeyine pompalanır ve potasyum iyonları içeriye pompalanır. Bu özellik hücre zarının en önemli işlevleri arasında yer alır.

Sodyum ve potasyum iyonlarının yüzeyden içe doğru hareket etme eğilimi, şeker ve amino asitlerin hücre içine taşınmasında büyük rol oynar. Sodyum iyonlarını hücreden aktif olarak uzaklaştırma sürecinde, zar içeriye yeni glikoz ve amino asit girişleri için koşullar yaratır. Aksine, potasyum iyonlarının hücreye aktarılması sürecinde, bozunma ürünlerinin hücre içinden dış ortama "taşıyıcılarının" sayısı yenilenir.

Hücre zarından hücre nasıl beslenir?

Birçok hücre, maddeleri fagositoz ve pinositoz gibi süreçler yoluyla alır. İlk varyantta, yakalanan partikülün yerleştirildiği esnek bir dış zar tarafından küçük bir girinti oluşturulur. Daha sonra, çevrelenen parçacık hücre sitoplazmasına girene kadar girintinin çapı büyür. Fagositoz yoluyla, amip gibi bazı protozoaların yanı sıra kan hücreleri - lökositler ve fagositler beslenir. Benzer şekilde, hücreler gerekli besinleri içeren sıvıyı emer. Bu fenomene pinositoz denir.

Dış zar, hücrenin endoplazmik retikulumuna yakından bağlıdır.

Birçok temel doku bileşeni türünde, zarın yüzeyinde çıkıntılar, kıvrımlar ve mikroviller bulunur. Bu kabuğun dışındaki bitki hücreleri, mikroskop altında açıkça görülebilen kalın ve başka bir kabukla kaplıdır. Yapıldıkları lif, ahşap gibi bitki dokuları için destek oluşturmaya yardımcı olur. Hayvan hücreleri ayrıca hücre zarının üzerine oturan bir dizi dış yapıya sahiptir. Doğada sadece koruyucudurlar, bunun bir örneği böceklerin deri hücrelerinde bulunan kitindir.

Hücre zarına ek olarak, hücre içi bir zar vardır. İşlevi, hücreyi birkaç özel kapalı bölmeye bölmektir - belirli bir ortamın korunması gereken bölmeler veya organeller.

Bu nedenle, canlı bir organizmanın temel biriminin böyle bir bileşeninin hücre zarı gibi rolünü abartmak imkansızdır. Yapı ve işlevler, toplam hücre yüzey alanında önemli bir genişleme, metabolik süreçlerin iyileştirilmesi anlamına gelir. Bu moleküler yapı, proteinler ve lipitlerden oluşur. Hücreyi dış ortamdan ayıran zar bütünlüğünü sağlar. Yardımı ile hücreler arası bağlar, dokuları oluşturan yeterince güçlü bir seviyede tutulur. Bu bağlamda, hücredeki en önemli rollerden birinin hücre zarı tarafından oynandığı sonucuna varabiliriz. Onun tarafından gerçekleştirilen yapı ve işlevler, amaçlarına bağlı olarak farklı hücrelerde kökten farklıdır. Bu özellikler sayesinde hücre zarlarının çeşitli fizyolojik aktiviteleri ve hücre ve dokuların varlığındaki rolleri sağlanır.

Dünyadaki tüm canlı organizmalar hücrelerden oluşur ve her hücre koruyucu bir kabuk - bir zar ile çevrilidir. Ancak zarın işlevleri sadece organelleri korumak ve bir hücreyi diğerinden ayırmakla sınırlı değildir. Hücre zarı, üreme, yenilenme, beslenme, solunum ve diğer birçok önemli hücre işlevinde doğrudan yer alan karmaşık bir mekanizmadır.

"Hücre zarı" terimi yaklaşık yüz yıldır kullanılmaktadır. Latince'den çevrilen "zar" kelimesi "film" anlamına gelir. Ancak bir hücre zarı söz konusu olduğunda, belirli bir şekilde birbirine bağlı iki filmin bir kombinasyonundan bahsetmek daha doğru olur, ayrıca bu filmlerin farklı tarafları farklı özelliklere sahiptir.

Hücre zarı (sitolemma, plazmalemma), her hücreyi komşu hücrelerden ve çevreden ayıran, hücreler ve çevre arasında kontrollü bir alışverişi gerçekleştiren üç katmanlı bir lipoprotein (yağ-protein) kabuğudur.

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, doğası gereği birçok işlevin verildiği bir yapıdır. Makalemizden hücre zarının bileşimi, yapısı, özellikleri ve işlevleri ile hücre zarının işleyişindeki bozulmaların insan sağlığına oluşturduğu tehlike hakkında her şeyi öğreneceksiniz.

Hücre zarı araştırmalarının tarihi

1925'te iki Alman bilim adamı Gorter ve Grendel, insan kırmızı kan hücreleri, eritrositler üzerinde karmaşık bir deney yapmayı başardılar. Ozmotik şok kullanarak, araştırmacılar sözde "gölgeler" - kırmızı kan hücrelerinin boş kabuklarını elde ettiler, daha sonra bunları bir yığın halinde istiflediler 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, tüm lipidlerin zarlardan izole edilmesine izin vermez;

"Gölgelerin" yüzey alanı, aynı zamanda yanlış olan kuru ağırlık ile hesaplanmıştır.

İlk hata hesaplamalarda eksi ve ikincisi 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, Danielly ve Dawson adlı başka bir çift araştırmacı, bilipid filmler üzerinde uzun deneyler yaptıktan sonra, hücre zarlarında proteinlerin bulunduğu sonucuna vardılar. Bu filmlerin neden bu kadar yüksek yüzey gerilimine sahip olduğunu açıklamanın başka bir yolu yoktu. Bilim adamları, ekmek dilimlerinin rolünün homojen lipit-protein katmanları tarafından oynandığı ve aralarında yağ yerine boşluğun olduğu, sandviçe benzer bir hücre zarının şematik bir modelini halkın dikkatine sundu.

1950'de, ilk elektron mikroskobu kullanılarak, Danielly-Dawson teorisi kısmen doğrulandı - lipit ve protein kafalarından oluşan iki katman, hücre zarının mikrograflarında açıkça görülüyordu 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, uzun süredir tek doğru olarak kabul edilen bir teori geliştirdi. Bununla birlikte, bilim geliştikçe, bu katmanların homojenliği hakkında giderek daha fazla şüphe doğdu. Termodinamik açısından, böyle bir yapı son derece elverişsizdir - hücrelerin tüm "sandviç" boyunca maddeleri içeri ve dışarı taşıması çok zor olacaktır. Ayrıca, farklı dokuların hücre zarlarının, organların farklı işlevlerinden dolayı farklı kalınlıklara ve tutunma yöntemlerine sahip olduğu kanıtlanmıştır.

1972'de mikrobiyologlar S.D. Şarkıcı ve G.L. Nicholson, Robertson'ın teorisinin tüm tutarsızlıklarını 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 şekilde yerleştirilirler.

Hücre zarları üç tip protein içerir:

Çevresel - filmin yüzeyine bağlı;

yarı integral- bilipid tabakasına kısmen 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, oksijeni ve besinleri hücreye taşımanın yanı sıra çürümeyi gidermeye hizmet eder. ondan ürünler ve daha sonra öğreneceğiniz birkaç önemli özellik için daha fazlası.

Hücre zarı aşağıdaki işlevleri yerine getirir:

Bariyer - farklı molekül türleri için zarın geçirgenliği aynı değildir.Hücre zarını atlamak için molekülün belirli bir boyuta, kimyasal özelliklere ve elektrik yüküne sahip olması gerekir. Zararlı veya uygun olmayan moleküller, hücre zarının bariyer işlevi nedeniyle hücreye giremezler. Örneğin, peroksit reaksiyonunun yardımıyla zar, sitoplazmayı kendisi için tehlikeli olan peroksitlerden korur;

Taşıma - zardan pasif, aktif, düzenlenmiş ve seçici bir değişim geçer. Pasif metabolizma, yağda çözünen maddeler ve çok küçük moleküllerden oluşan gazlar için uygundur. Bu tür maddeler, enerji harcamadan hücrenin içine ve dışına difüzyon yoluyla serbestçe girer ve çıkar. Hücre zarının aktif taşıma işlevi gerektiğinde etkinleştirilir, ancak taşınması zor olan maddelerin hücre içine veya dışına taşınması gerekir. Örneğin, moleküler boyutu büyük olanlar veya hidrofobiklik nedeniyle bilipid tabakasını geçemeyenler. Ardından, potasyum iyonlarının hücreye emilmesinden ve hücreden sodyum iyonlarının atılmasından sorumlu olan ATPaz dahil olmak üzere protein pompaları çalışmaya başlar. Düzenlenmiş taşıma, hücrelerin hormon veya mide suyu üretmesi ve salgılaması gibi salgılama ve fermantasyon işlevleri için gereklidir. Bütün bu maddeler hücrelerden özel kanallarla ve belirli bir hacimde çıkarlar. Ve seçici taşıma işlevi, zara nüfuz eden ve kesin olarak tanımlanmış molekül türlerinin giriş ve çıkışı için bir kanal olarak hizmet eden entegral proteinlerle ilişkilidir;

matris - hücre zarı, organellerin birbirine göre (çekirdek, mitokondri, kloroplastlar) konumunu belirler ve sabitler ve aralarındaki etkileşimi düzenler;

mekanik - bir hücrenin diğerinden kısıtlanmasını ve aynı zamanda hücrelerin homojen bir dokuya doğru şekilde bağlanmasını ve organların deformasyona karşı direncini sağlar;

Koruyucu - hem bitkilerde hem de hayvanlarda hücre zarı koruyucu bir çerçeve oluşturmak için temel görevi görür. Bir örnek sert ağaç, yoğun kabuk, dikenli dikenlerdir. Hayvanlar dünyasında, hücre zarlarının koruyucu işlevinin birçok örneği vardır - kaplumbağa kabuğu, kitinli kabuk, toynaklar ve boynuzlar;

Enerji - hücre zarı 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 reseptör görevi görürler. Ve bu, sinir uyarılarının iletilmesi ve hormonal süreçlerin normal seyri için gereklidir;

Enzimatik - hücre zarlarının bazı proteinlerinde bulunan bir başka önemli işlev. 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 içeriden daha fazladır. Bu, potansiyel farkı açıklar: yük hücre içinde negatif, dışarıda pozitiftir, bu da maddelerin hücre içine ve üç metabolizma türünden herhangi birinde hareketine katkıda bulunur - 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” tanımasına ve onlara doğru tepki vermesine izin veren kendi benzersiz etiketini alır. Bu nedenle örneğin insan bağışıklık hücreleri, makrofajlar, vücuda giren bir yabancıyı (enfeksiyon, virüs) kolayca tanır ve onu yok etmeye çalışır. Aynı şey hastalıklı, mutasyona uğramış ve yaşlı hücrelerde de olur - hücre zarlarındaki etiket değişir ve vücut onlardan kurtulur.

Hücresel değişim, zarlar arasında gerçekleşir ve üç ana reaksiyon türü ile gerçekleştirilebilir:

Fagositoz, zara gömülü fagositik hücrelerin 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, kendisiyle temas eden sıvı moleküllerin hücre zarının yüzeyi tarafından yakalanması işlemidir. Pinositoz tipine göre beslenme için, hücre, zarında olduğu gibi, bir damla sıvıyı çevreleyen bir anten şeklinde ince kabarık çıkıntılar üretir ve bir kabarcık elde edilir. İlk olarak, bu kesecik zarın yüzeyinin üzerinde çıkıntı yapar ve daha 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 sıvıya (enzim, hormon) sahip veziküllerin oluştuğu ve bir şekilde hücreden çevreye çıkarılması gereken ters işlemdir. Bunu yapmak için, kabarcık önce hücre zarının iç yüzeyi ile birleşir, daha sonra dışarı doğru şişer, patlar, içindekileri dışarı atar ve bu kez dışarıdan, zarın yüzeyi ile birleşir. Ekzositoz, örneğin, bağırsak epiteli ve adrenal korteks hücrelerinde gerçekleşir.

Hücre zarları üç sınıf lipid içerir:

fosfolipitler;

Glikolipidler;

Kolesterol.

Fosfolipidler (yağ 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 bükülmelerine izin vermez, bu da bazı hücrelerin zarlarını sertleştirir. Ek olarak, kolesterol molekülleri hücre zarlarının yapısını düzene sokar ve polar moleküllerin bir hücreden diğerine geçişini engeller.

Ancak hücre zarlarının işlevleriyle ilgili bir önceki bölümde de görüleceği 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, bileşimlerinde daha fazla doymuş yağ asitleri bulunan 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 tür mozaikle kaplar ve kısmen kalınlığa nüfuz eder. Yani hücre zarlarının dış protein katmanlarının sürekli olduğunu düşünmek yanlış olur. Proteinler, karmaşık işlevlerine ek olarak, hücrelerin içine geçmek ve yağ tabakasına nüfuz edemeyen maddeleri onlardan 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, deniz gibi 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 kompleksinde yer alan 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 hücre organelleri 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 ıslanmaz. Böylece, bu filmler birbirine ıslanmayan taraflarla içe doğru bağlanır ve protein molekülleri ile çevrili bir bilipid tabaka oluşturur. Bu, hücre zarının "sandviç" yapısıdır.

Hücre zarlarının iyon 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 sürekli bir oksijen ve karbondioksit değişimi vardır 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 maddelerin bilipid tabakada önünü 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:

Taşıyıcılar yarı bütünleşik protein pompalarıdır;

Kanal oluşturucular integral proteinlerdir.

Birinci tip proteinler kısmen hücre zarının bilipid tabakasına daldırılır ve başlarıyla dışarı bakarlar ve istenen maddenin varlığında bir pompa gibi davranmaya başlarlar: bir molekülü çeker ve içine emerler. hücre. Ve ikinci tip proteinler, integral, uzun bir şekle sahiptir ve hücre zarının bilipid tabakasına dik olarak yerleştirilir ve içinden ve içinden geçer. Onlar aracılığıyla, tüneller gibi, yağdan geçemeyen maddeler hücreye girip çıkar. Potasyum iyonlarının hücreye nüfuz etmesi ve içinde birikmesi iyon kanalları yoluyla gerçekleşirken, sodyum iyonları tam tersine dışarı çıkarılır. Vücudumuzun tüm hücrelerinin düzgün çalışması için gerekli olan elektrik potansiyellerinde bir fark vardır.

Hücre zarlarının yapısı ve işlevleri hakkında en önemli sonuçlar

Teori, pratikte faydalı bir şekilde uygulanabilirse 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 onkoloji ile giderek daha fazla hastalanıyor?

Kanser her yıl dünya çapında yaklaşık 17 milyon can alıyor ve tüm ölümlerin dördüncü önde gelen nedeni. WHO'ya 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, yetersiz beslenme, kötü alışkanlıklar ve şiddetli kalıtımdır. Ve elbette haklı olacaksınız, ancak sorun hakkında daha ayrıntılı konuşursak, bunun nedeni insan vücudunun asitlenmesidir. Yukarıda sayılan olumsuz etkenler hücre zarlarının bozulmasına, nefes almanın ve beslenmenin engellenmesine neden olur.

Artı olması gereken yerde eksi oluşur ve hücre normal şekilde çalışamaz. Ancak kanser hücrelerinin oksijene veya alkali bir ortama ihtiyacı yoktur - anaerobik bir beslenme türü kullanabilirler. Bu nedenle, oksijen açlığı ve ölçek dışı pH seviyeleri koşullarında, sağlıklı hücreler mutasyona uğrar, çevreye uyum sağlamak ister ve kanserli hücreler haline gelir. Bir insan bu şekilde kanser olur. Bunu önlemek için günlük yeterli miktarda temiz su içmeniz ve yiyeceklerde kanserojen maddelerden vazgeçmeniz yeterlidir. Ancak, kural olarak, insanlar zararlı ürünlerin ve yüksek kaliteli suya duyulan ihtiyacın farkındadır ve hiçbir şey yapmazlar - sorunların 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. Vücudumuza giren birçok modern ilaç, iyon kanalları, enzimler, reseptörler ve hücre zarlarının biyobelirteçleri olabilen doğru "hedefi" arıyor. Bu tedavi yöntemi, minimum yan etki ile daha iyi sonuçlar elde etmenizi sağlar.

En yeni neslin antibiyotikleri, kana salındığında, arka arkaya tüm hücreleri öldürmez, hücre zarlarındaki belirteçlere odaklanarak tam olarak patojenin hücrelerini arar. En yeni anti-migren ilaçları, triptanlar, kalp ve periferik dolaşım sistemi üzerinde neredeyse hiçbir etkisi olmadan, sadece beyindeki iltihaplı damarları daraltır. Ve gerekli damarları hücre zarlarının proteinlerinden tam olarak tanırlar. Bunun gibi pek çok örnek var, bu nedenle güvenle söyleyebiliriz ki, hücre zarlarının yapısı ve işlevleri hakkındaki bilgiler, modern tıp biliminin gelişiminin temelini oluşturur ve her yıl milyonlarca hayat kurtarır.

Eğitim: Moskova Tıp Enstitüsü. I. M. Sechenov, uzmanlık - 1991'de "Tıp", 1993'te "Mesleki Hastalıklar", 1996'da "Terapi".

metin_alanları

metin_alanları

ok_upward

Hücreler, vücudun iç ortamından bir hücre veya plazma zarı ile ayrılır.

Membran şunları sağlar:

1) Spesifik hücre fonksiyonlarını gerçekleştirmek için gerekli molekül ve iyonların hücre içine ve dışına seçici penetrasyon;
2) İyonların bir transmembran elektrik potansiyeli farkını koruyarak membran boyunca seçici olarak taşınması;
3) Hücreler arası temasların özellikleri.

Hormonlar, aracılar ve diğer biyolojik olarak aktif maddeler gibi kimyasal sinyalleri algılayan çok sayıda reseptörün zarında bulunması nedeniyle, hücrenin metabolik aktivitesini değiştirebilir. Zarlar, üzerlerinde antijenlerin bulunması nedeniyle bağışıklık belirtilerinin özgüllüğünü sağlar - bu antijenlere spesifik olarak bağlanabilen antikorların oluşumuna neden olan yapılar.
Hücrenin çekirdeği ve organelleri ayrıca, suyun ve içinde çözünen maddelerin sitoplazmadan kendilerine serbest hareketini önleyen zarlarla sitoplazmadan ayrılır ve bunun tersi de geçerlidir. Bu, hücre içinde farklı bölmelerde (bölmelerde) meydana gelen biyokimyasal süreçlerin ayrılması için koşullar yaratır.

hücre zarı yapısı

metin_alanları

metin_alanları

ok_upward

Hücre zarı, 7 ila 11 nm kalınlığında elastik bir yapıdır (Şekil 1.1). Esas olarak lipidler ve proteinlerden oluşur. Tüm lipidlerin %40 ila %90'ı fosfolipidlerdir - fosfatidilkolin, fosfatidiletanolamin, fosfatidilserin, sfingomiyelin ve fosfatidilinositol. Membranın önemli bir bileşeni, serebrositler, sülfatidler, gangliosidler ve kolesterol ile temsil edilen glikolipidlerdir.

Pirinç. 1.1 Membranın organizasyonu.

Hücre zarının ana yapısıçift ​​katmanlı fosfolipid molekülüdür. Hidrofobik etkileşimler nedeniyle, lipit moleküllerinin karbonhidrat zincirleri, uzatılmış bir durumda birbirine yakın tutulur. Her iki tabakanın fosfolipid molekül grupları, lipid membrana daldırılmış protein molekülleri ile etkileşime girer. Çift tabakanın lipid bileşenlerinin çoğunun sıvı halde olması nedeniyle, zarın hareketliliği ve dalgalanmaları vardır. Lipid çift tabakasına daldırılmış proteinlerin yanı sıra bölümleri bir parçadan diğerine karışacaktır. Hücre zarlarının hareketliliği (akışkanlığı), maddelerin zardan taşınmasını kolaylaştırır.

hücre zarı proteinleri esas olarak glikoproteinler tarafından temsil edilir. Ayırt etmek:

integral proteinler Membranın tüm kalınlığı boyunca nüfuz eden ve
periferik proteinler sadece zarın yüzeyine, esas olarak iç kısmına bağlanır.

Periferik proteinler hemen hepsi enzim olarak işlev görür (asetilkolinesteraz, asit ve alkalin fosfatazlar, vb.). Ancak bazı enzimler ayrıca integral proteinler - ATPaz ile temsil edilir.

integral proteinler hücre dışı ve hücre içi sıvı arasındaki zar kanallarından seçici bir iyon değişimi sağlar ve ayrıca büyük moleküllerin taşıyıcıları olan proteinler olarak işlev görür.

Zar reseptörleri ve antijenler, hem integral hem de periferal proteinler tarafından temsil edilebilir.

Sitoplazmik taraftan zara bitişik proteinler, hücre iskeleti . Membran proteinlerine bağlanabilirler.

Yani, protein şeridi 3 (protein elektroforezi sırasında bant numarası) eritrosit zarlarının diğer hücre iskeleti molekülleri ile bir topluluk halinde birleştirilir - düşük moleküler ağırlıklı protein ankirin yoluyla spektrin (Şekil 1.2).

spektrin aktin'in bağlı olduğu iki boyutlu bir ağ oluşturan hücre iskeletinin ana proteinidir.

aktin hücre iskeletinin kasılma aparatı olan mikrofilamentleri oluşturur.

hücre iskeleti hücrenin esnek elastik özellikler sergilemesini sağlar, zara ek güç sağlar.

İntegral proteinlerin çoğu glikoproteinlerdir.. Karbonhidrat kısmı hücre zarından dışarıya doğru çıkıntı yapar. Birçok glikoprotein, önemli sialik asit içeriği (örneğin, glikoforin molekülü) nedeniyle büyük bir negatif yüke sahiptir. Bu, çoğu hücrenin yüzeyine negatif bir yük sağlar ve diğer negatif yüklü nesneleri itmeye yardımcı olur. Glikoproteinlerin karbonhidrat çıkıntıları, kan grubu antijenlerini, hücrenin diğer antijenik belirleyicilerini taşır ve hormon bağlayıcı reseptörler olarak işlev görür. Glikoproteinler, hücrelerin birbirine bağlanmasına neden olan yapışkan moleküller oluşturur, yani. hücreler arası bağlantıları kapatın.

Membrandaki metabolizmanın özellikleri

metin_alanları

metin_alanları

ok_upward

Membran bileşenleri, zarlarının üzerinde veya içinde bulunan enzimlerin etkisi altında birçok metabolik dönüşüme tabi tutulur. Bunlar, membranların hidrofobik elementlerini - kolesterol, vb. modifiye etmede önemli bir rol oynayan oksidatif enzimleri içerir. Membranlarda, enzimler - fosfolipazlar aktive edildiğinde, biyolojik olarak aktif bileşikler - prostaglandinler ve bunların türevleri - araşidonik asitten oluşur. Zardaki fosfolipid metabolizmasının aktivasyonunun bir sonucu olarak, trombosit yapışması, iltihaplanma vb. Üzerinde güçlü bir etkiye sahip olan tromboksanlar ve lökotrienler oluşur.

Membran, bileşenlerinin sürekli yenilenme süreçlerinden geçer. . Böylece, zar proteinlerinin ömrü 2 ila 5 gün arasında değişmektedir. Ancak hücrede, yeni sentezlenen protein moleküllerinin zar reseptörlerine iletilmesini sağlayan ve proteinin zara dahil edilmesini kolaylaştıran mekanizmalar vardır. Bu reseptörün yeni sentezlenen protein tarafından "tanınması", zar üzerinde reseptörün bulunmasına yardımcı olan bir sinyal peptidinin oluşumu ile kolaylaştırılır.

Membran lipidleri de önemli bir metabolik hıza sahiptir. Bu zar bileşenlerinin sentezi için büyük miktarda yağ asidi gerektiren.
Hücre zarlarının lipid bileşiminin özellikleri, insan ortamındaki değişikliklerden ve diyetinin doğasından etkilenir.

Örneğin, doymamış bağlara sahip diyet yağ asitlerinde bir artışçeşitli dokuların hücre zarlarındaki lipitlerin sıvı durumunu arttırır, fosfolipitlerin sfingomiyelinlere ve lipitlerin proteinlere oranında hücre zarının işlevi için uygun olan bir değişikliğe yol açar.

Aksine, zarlardaki aşırı kolesterol, çift katmanlı fosfolipid moleküllerinin mikro viskozitesini arttırır ve bazı maddelerin hücre zarlarından difüzyon hızını azaltır.

A, E, C, P vitaminleri ile zenginleştirilmiş gıdalar, eritrosit zarlarındaki lipid metabolizmasını iyileştirir, zar mikroviskozitesini azaltır. Bu, eritrositlerin deforme olma kabiliyetini arttırır, taşıma fonksiyonlarını kolaylaştırır (Bölüm 6).

Yağ asitleri ve kolesterol eksikliği gıdada hücre zarlarının lipid bileşimini ve işlevini bozar.

Örneğin, bir yağ eksikliği, nötrofil zarının işlevini bozar, bu da hareket etme ve fagositoz (tek hücreli organizmalar veya bazı hücreler tarafından mikroskobik yabancı canlı nesnelerin ve katı parçacıkların aktif olarak yakalanması ve emilmesi) yeteneklerini engeller.

Membranların lipid bileşiminin ve geçirgenliğinin düzenlenmesinde, hücre çoğalmasının düzenlenmesinde hücrede normal metabolik reaksiyonlarla (mikrozomal oksidasyon, vb.) birlikte oluşan reaktif oksijen türleri önemli bir rol oynar.

Oluşan reaktif oksijen türleri- süperoksit radikali (O 2), hidrojen peroksit (H 2 O 2) vb. son derece reaktif maddelerdir. Serbest radikal oksidasyon reaksiyonlarındaki ana substratları, hücre zarı fosfolipidlerinin (lipid peroksidasyon reaksiyonları olarak adlandırılan) bir parçası olan doymamış yağ asitleridir. Bu reaksiyonların yoğunlaşması, hücre zarına, bariyerine, reseptör ve metabolik fonksiyonlara, nükleik asit moleküllerinin ve proteinlerin modifikasyonuna ve bu da mutasyonlara ve enzimlerin inaktivasyonuna neden olabilir.

Fizyolojik koşullar altında, lipid peroksidasyonunun yoğunlaşması, reaktif oksijen türlerini - süperoksit dismutaz, katalaz, peroksidaz ve antioksidan aktiviteye sahip maddeler - tokoferol (E vitamini), ubikinon, vb. inaktive eden enzimlerle temsil edilen hücrelerin antioksidan sistemi tarafından düzenlenir. vücut üzerinde çeşitli zararlı etkileri olan hücre zarları üzerinde belirgin koruyucu etki (sitoprotektif etki), prostaglandinler E ve J2, serbest radikal oksidasyonunun aktivasyonunu "söndürür". Prostaglandinler, ağır fiziksel efor sırasında mide mukozasını ve hepatositleri kimyasal hasardan, nöronlardan, nöroglial hücrelerden, kardiyomiyositlerden - hipoksik hasardan, iskelet kaslarından - korur. Hücre zarları üzerindeki spesifik reseptörlere bağlanan prostaglandinler, ikincisinin çift katmanını stabilize eder, zarlar tarafından fosfolipit kaybını azaltır.

Membran reseptör fonksiyonları

metin_alanları

metin_alanları

ok_upward

Kimyasal veya mekanik bir sinyal önce hücre zarı reseptörleri tarafından algılanır. Bunun sonucu, hücredeki sinyalin genomuna, enzimlerine, kasılma elemanlarına vb. hızlı bir şekilde yayılmasını sağlayan "ikinci habercilerin" aktivasyonuna yol açan zar proteinlerinin kimyasal modifikasyonudur.

Şematik olarak, bir hücredeki transmembran sinyalleme aşağıdaki gibi temsil edilebilir:

1) Algılanan sinyal tarafından heyecanlanan reseptör, hücre zarının y-proteinlerini aktive eder. Bu, guanozin trifosfata (GTP) bağlandıklarında meydana gelir.

2) "GTP-y-proteinleri" kompleksinin etkileşimi, sırayla, zarın iç tarafında bulunan ikincil habercilerin öncüsü olan enzimi aktive eder.

ATP'den oluşturulan bir ikincil haberci - cAMP'nin öncüsü, adenilat siklaz enzimidir;
Diğer ikincil habercilerin öncüsü - membran fosfatidilinositol-4,5-difosfattan oluşan inositol trifosfat ve diasilgliserol, enzim fosfolipaz C'dir. Ayrıca, inositol trifosfat hücrede başka bir ikincil haberciyi harekete geçirir - kalsiyum iyonları, hemen hemen hücredeki tüm düzenleyici süreçler. Örneğin, elde edilen inositol trifosfat, endoplazmik retikulumdan kalsiyumun salınmasına ve sitoplazmadaki konsantrasyonunda bir artışa neden olur, böylece çeşitli hücresel yanıt formlarını içerir. İnositol trifosfat ve diasilgliserol yardımıyla, pankreasın düz kaslarının ve B hücrelerinin işlevi, ön hipofiz tiropin salma faktörü, lenfositlerin antijene tepkisi vb. Asetilkolin tarafından düzenlenir.
Bazı hücrelerde ikinci haberci rolü, guanilat siklaz enzimi yardımıyla GTP'den oluşturulan cGMP tarafından gerçekleştirilir. Örneğin, kan damarı duvarlarının düz kasındaki natriüretik hormon için ikinci bir haberci olarak hizmet eder. cAMP, adrenalin, eritropoietin, vb. gibi birçok hormon için ikinci bir haberci olarak hizmet eder (Bölüm 3).

biyolojik membranlar.
"Zar" terimi (Latin membrana - deri, film) 100 yıldan daha uzun bir süre önce, bir yandan hücrenin içeriği ile dış çevre arasında bir bariyer görevi gören hücre sınırını belirtmek için kullanılmaya başlandı. ve diğer yandan, içinden suyun ve bazı maddelerin geçebileceği yarı geçirgen bir bölme olarak. Ancak zarın işlevleri tükenmez,çünkü biyolojik zarlar hücrenin yapısal organizasyonunun temelini oluşturur.
Membranın yapısı. Bu modele göre, ana zar, moleküllerin hidrofobik kuyruklarının içe ve hidrofilik başlarının dışa dönük olduğu bir lipid çift tabakasıdır. Lipitler, fosfolipidler - gliserol veya sfingosin türevleri ile temsil edilir. Proteinler lipit tabakasına bağlanır. İntegral (transmembran) proteinler zara nüfuz eder ve onunla sıkı bir şekilde bağlantılıdır; periferik, nüfuz etmez ve zarla daha az sıkı bir şekilde ilişkilidir. Zar proteinlerinin işlevleri: zarların yapısını korumak, çevreden sinyalleri almak ve dönüştürmek. çevre, belirli maddelerin taşınması, zarlarda meydana gelen reaksiyonların katalizi. membran kalınlığı 6 ila 10 nm arasındadır.

Membran özellikleri:
1. Akışkanlık. Zar katı bir yapı değildir; proteinlerinin ve lipitlerinin çoğu zar düzleminde hareket edebilir.
2. Asimetri. Hem proteinlerin hem de lipidlerin dış ve iç katmanlarının bileşimi farklıdır. Ek olarak, hayvan hücrelerinin plazma zarlarının dışında bir glikoprotein tabakası vardır (sinyal ve reseptör işlevlerini yerine getiren ve ayrıca hücreleri dokulara birleştirmek için önemli olan glikokaliks)
3. Polarite. Membranın dışı pozitif bir yük taşırken, içi negatif bir yük taşır.
4. Seçici geçirgenlik. Canlı hücrelerin zarları, suya ek olarak, sadece çözünmüş maddelerin belirli moleküllerini ve iyonlarını geçer (Hücre zarlarıyla ilgili olarak "yarı geçirgenlik" teriminin kullanılması, bu kavram, zarın yalnızca çözücüden geçtiğini ima ettiğinden, tamamen doğru değildir. moleküller, tüm molekülleri ve çözünen iyonları korurken.)

Dış hücre zarı (plazmalemma), proteinler, fosfolipitler ve sudan oluşan 7.5 nm kalınlığında ultramikroskopik bir filmdir. Elastik film, suyla iyice ıslanır ve hasardan sonra bütünlüğünü hızla geri kazanır. Tüm biyolojik membranlara özgü evrensel bir yapıya sahiptir. Bu zarın sınır konumu, seçici geçirgenlik, pinositoz, fagositoz, boşaltım ürünlerinin atılımı ve sentez süreçlerine katılımı, komşu hücrelerle birlikte ve hücreyi hasardan korumak, rolünü son derece önemli kılar. Zarın dışındaki hayvan hücreleri bazen polisakkaritler ve proteinlerden oluşan ince bir tabaka olan glikokaliks ile kaplanır. Hücre zarının dışındaki bitki hücreleri, dış destek oluşturan ve hücrenin şeklini koruyan güçlü bir hücre duvarına sahiptir. Suda çözünmeyen bir polisakarit olan lif (selüloz) içerir.