Canlı bir organizmanın temel yapısal birimi, hücre zarıyla çevrili sitoplazmanın farklılaşmış bir bölümü olan hücredir. Hücrenin üreme, beslenme, hareket gibi birçok önemli işlevi yerine getirmesi nedeniyle zarın plastik ve yoğun olması gerekir.

Hücre zarının keşfi ve araştırılmasının tarihi

1925'te Grendel ve Gorder, kırmızı kan hücrelerinin veya boş zarların "gölgelerini" tanımlamak için başarılı bir deney gerçekleştirdi. Pek çok hataya rağmen bilim insanları lipit çift katmanını keşfetti. Çalışmaları 1935'te Danielli, Dawson ve 1960'ta Robertson tarafından sürdürüldü. Uzun yıllar süren çalışmalar ve tartışma birikiminin bir sonucu olarak, 1972'de Singer ve Nicholson, membran yapısının akışkan mozaik modelini oluşturdular. Daha sonraki deneyler ve çalışmalar bilim adamlarının çalışmalarını doğruladı.

Anlam

Hücre zarı nedir? Bu kelime yüz yıldan fazla bir süre önce kullanılmaya başlandı; Latince'den çevrildiğinde “film”, “deri” anlamına geliyor. İç içerik ile dış ortam arasında doğal bir bariyer olan hücre sınırı bu şekilde belirlenir. Hücre zarının yapısı, nemin, besinlerin ve parçalanma ürünlerinin içinden serbestçe geçebilmesi nedeniyle yarı geçirgenliği ifade eder. Bu kabuğa hücre organizasyonunun ana yapısal bileşeni denilebilir.

Hücre zarının ana fonksiyonlarını ele alalım

1. Hücrenin iç içeriği ile dış ortamın bileşenlerini ayırır.

2. Hücrenin sabit bir kimyasal bileşiminin korunmasına yardımcı olur.

3. Uygun metabolizmayı düzenler.

4. Hücreler arası iletişimi sağlar.

5. Sinyalleri tanır.

6. Koruma fonksiyonu.

"Plazma Kabuğu"

Plazma zarı olarak da adlandırılan dış hücre zarı, kalınlığı beş ila yedi nanomilimetre arasında değişen ultramikroskopik bir filmdir. Esas olarak protein bileşikleri, fosfolidler ve sudan oluşur. Film elastiktir, suyu kolayca emer ve hasar sonrasında bütünlüğünü hızla geri kazanır.

Evrensel bir yapıya sahiptir. Bu zar sınır pozisyonunda bulunur, seçici geçirgenlik sürecine katılır, çürüme ürünlerinin uzaklaştırılması ve sentezlenmesine yardımcı olur. "Komşuları" ile olan ilişkisi ve iç içeriğinin hasara karşı güvenilir bir şekilde korunması, onu hücrenin yapısı gibi konularda önemli bir bileşen haline getirir. Hayvan organizmalarının hücre zarı bazen proteinleri ve polisakkaritleri içeren ince bir tabaka olan glikokaliks ile kaplanır. Membranın dışındaki bitki hücreleri, destek görevi gören ve şekli koruyan bir hücre duvarı tarafından korunur. Bileşiminin ana bileşeni, suda çözünmeyen bir polisakarit olan elyaftır (selüloz).

Böylece dış hücre zarının onarım, koruma ve diğer hücrelerle etkileşim işlevi vardır.

Hücre zarının yapısı

Bu hareketli kabuğun kalınlığı altı ila on nanomilimetre arasında değişmektedir. Bir hücrenin hücre zarı, temeli bir lipit çift katmanı olan özel bir bileşime sahiptir. Suya karşı etkisiz olan hidrofobik kuyruklar iç tarafta bulunurken, suyla etkileşime giren hidrofilik kafalar dışarı doğru bakar. Her lipit, gliserol ve sfingozin gibi maddelerin etkileşiminin sonucu olan bir fosfolipittir. Lipid çerçevesi, sürekli olmayan bir tabaka halinde düzenlenmiş proteinlerle yakından çevrilidir. Bazıları lipit tabakasına daldırılır, geri kalanı ise içinden geçer. Bunun sonucunda suya geçirgen alanlar oluşur. Bu proteinlerin gerçekleştirdiği işlevler farklıdır. Bunlardan bazıları enzimler, geri kalanı ise çeşitli maddeleri dış ortamdan sitoplazmaya ve geriye aktaran taşıma proteinleridir.

Hücre zarı, integral proteinlerin içinden geçer ve bunlar tarafından yakından bağlanır ve 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 bir katmandır. Sürekliliği sayesinde 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 fonksiyonları değişebilir. Çekirdek dış etkilerden zarar görebilir.

Özellikler

Hücrenin hücre zarı ilginç özelliklere sahiptir. Akışkanlığı nedeniyle bu zar katı bir yapı değildir ve onu oluşturan proteinlerin ve lipitlerin büyük kısmı, zar düzleminde serbestçe hareket eder.

Genel olarak hücre zarı asimetrik olduğundan protein ve lipit katmanlarının bileşimi farklılık gösterir. Hayvan hücrelerindeki plazma zarlarının dış tarafında, reseptör ve sinyal fonksiyonlarını yerine getiren ve aynı zamanda hücrelerin doku halinde birleştirilmesi sürecinde büyük rol oynayan bir glikoprotein tabakası bulunur. Hücre zarı polardır, yani dıştaki yük pozitif, içteki yük ise negatiftir. Yukarıdakilerin hepsine ek olarak hücre zarı seçici bir içgörüye sahiptir.

Bu, suya ek olarak yalnızca belirli bir grup molekülün ve çözünmüş madde iyonlarının hücreye girmesine izin verildiği anlamına gelir. Çoğu hücrede sodyum gibi bir maddenin konsantrasyonu dış ortama göre çok daha düşüktür. Potasyum iyonlarının farklı bir oranı vardır: Hücredeki miktarları çevreye göre çok daha yüksektir. Bu bağlamda, sodyum iyonları hücre zarına nüfuz etme eğilimindeyken, potasyum iyonları dışarıya salınma eğilimindedir. Bu koşullar altında zar, "pompalama" rolü oynayan ve maddelerin konsantrasyonunu dengeleyen özel bir sistemi harekete geçirir: sodyum iyonları hücrenin yüzeyine pompalanır ve potasyum iyonları içeriye pompalanır. Bu özellik hücre zarının en önemli işlevlerinden biridir.

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

Hücre zarından hücre beslenmesi nasıl gerçekleşir?

Birçok hücre, maddeleri fagositoz ve pinositoz gibi işlemlerle alır. İlk seçenekte esnek bir dış zar, yakalanan parçacığın son bulduğu küçük bir çöküntü oluşturur. Daha sonra girintinin çapı, kapalı parçacık hücre sitoplazmasına girene kadar büyür. Fagositoz yoluyla, amipler gibi bazı protozoaların yanı sıra kan hücreleri - lökositler ve fagositler de beslenir. Benzer şekilde hücreler, gerekli besinleri içeren sıvıyı emer. Bu olaya pinositoz denir.

Dış zar, hücrenin endoplazmik retikulumuna yakından bağlıdır.

Birçok ana doku bileşeni türü, membran yüzeyinde çıkıntılara, kıvrımlara ve mikrovilluslara sahiptir. Bu kabuğun dışındaki bitki hücreleri, kalın ve mikroskop altında açıkça görülebilen bir başka hücreyle kaplıdır. Yapıldıkları lif, ahşap gibi bitki dokuları için destek oluşturmaya yardımcı olur. Hayvan hücrelerinde ayrıca hücre zarının üstünde yer alan çok sayıda dış yapı bulunur. Doğası gereği yalnızca koruyucudurlar; bunun bir örneği böceklerin örtü hücrelerinde bulunan kitindir.

Hücre zarına ek olarak hücre içi bir zar da vardır. Görevi, hücreyi, belirli bir ortamın korunması gereken birkaç özel kapalı bölmeye (bölmelere veya organellere) bölmektir.

Bu nedenle, canlı bir organizmanın temel biriminin hücre zarı gibi bir bileşeninin rolünü abartmak imkansızdır. Yapı ve işlevler, hücrenin toplam yüzey alanında önemli bir genişleme ve metabolik süreçlerde bir iyileşme olduğunu göstermektedir. Bu moleküler yapı proteinlerden ve lipitlerden oluşur. Hücreyi dış ortamdan ayıran zar, onun bütünlüğünü sağlar. Onun yardımıyla hücreler arası bağlantılar oldukça güçlü bir seviyede tutularak dokular oluşturulur. Bu bakımdan hücre zarının hücredeki en önemli rollerden birini oynadığı sonucuna varabiliriz. Yapısı ve gerçekleştirdiği işlevler, amaçlarına bağlı olarak farklı hücrelerde kökten farklılık gösterir. Bu özellikleri sayesinde hücre zarlarının çeşitli fizyolojik aktiviteleri, hücre ve dokuların varlığındaki rolleri sağlanmaktadır.

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

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

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

Plazma zarının işlevleri

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

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

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

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

Endositoz nasıl oluşur - büyük gıda parçacıklarının hücreye nüfuz etmesi?

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

Yabancı bakterileri yakalayıp sindirebilen beyaz kan hücrelerine fagosit denir.

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

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

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

Kısa Açıklama:

Sazonov V.F. 1_1 Hücre zarının yapısı [Elektronik kaynak] // Kinesiologist, 2009-2018: [web sitesi]. Güncelleme tarihi: 02/06/2018..__.201_). _Hücre zarının yapısı ve işleyişi anlatılmıştır (eş anlamlılar: plazmalemma, plazmalemma, biyomembran, hücre zarı, dış hücre zarı, hücre zarı, sitoplazmik zar). Bu ilk bilgi hem sitoloji hem de sinirsel aktivite süreçlerini anlamak için gereklidir: sinir uyarımı, inhibisyon, sinapsların ve duyu reseptörlerinin işleyişi.

Hücre zarı (plazma) A lemma veya plazma Ö lemma)

Kavramın tanımı

Hücre zarı (eş anlamlılar: plazmalemma, plazmalemma, sitoplazmik membran, biyomembran), hücreyi çevreden ayıran ve hücre ile çevresi arasında kontrollü değişim ve iletişimi gerçekleştiren üçlü bir lipoprotein (yani "yağ-protein") zarıdır.

Bu tanımda esas olan, zarın hücreyi çevreden ayırması değil, tam olarak hücreyi çevreden ayırmasıdır. bağlanır çevre ile hücre. Membran aktif Hücrenin yapısı sürekli çalışmaktadır.

Biyolojik membran, proteinler ve polisakkaritlerle kaplanmış fosfolipidlerden oluşan ultra ince, iki moleküllü bir filmdir. Bu hücresel yapı, canlı bir organizmanın bariyer, mekanik ve matris özelliklerinin temelini oluşturur (Antonov V.F., 1996).

Bir zarın figüratif temsili

Bana göre hücre zarı, belirli bir bölgeyi çevreleyen, içinde çok sayıda kapı bulunan bir kafes çitine benziyor. Herhangi bir küçük canlı bu çitin içerisinde serbestçe ileri geri hareket edebilir. Ancak daha büyük ziyaretçiler yalnızca kapılardan girebilir, o zaman bile tüm kapılardan giremezler. Farklı ziyaretçilerin yalnızca kendi kapılarının anahtarları vardır ve başkalarının kapılarından geçemezler. Yani, bu çit boyunca sürekli olarak ziyaretçi akışı vardır, çünkü membran çitin ana işlevi iki yönlüdür: bölgeyi çevredeki alandan ayırmak ve aynı zamanda onu çevredeki alanla bağlamak. Bu yüzden çitte çok sayıda delik ve kapı var. !

Membran özellikleri

1. Geçirgenlik.

2. Yarı geçirgenlik (kısmi geçirgenlik).

3. Seçici (eşanlamlı: seçici) geçirgenlik.

4. Aktif geçirgenlik (eşanlamlı: aktif taşıma).

5. Kontrollü geçirgenlik.

Gördüğünüz gibi bir zarın temel özelliği çeşitli maddelere karşı geçirgen olmasıdır.

6. Fagositoz ve pinositoz.

7. Ekzositoz.

8. Elektriksel ve kimyasal potansiyellerin varlığı, daha doğrusu zarın iç ve dış tarafları arasındaki potansiyel farkı. Mecazi olarak şunu söyleyebiliriz “Zar, iyon akışını kontrol ederek hücreyi bir “elektrik piline” dönüştürür”. Detaylar: .

9. Elektriksel ve kimyasal potansiyeldeki değişiklikler.

10. Sinirlilik. Membran üzerinde bulunan özel moleküler reseptörler, sinyal (kontrol) maddelerine bağlanabilir, bunun sonucunda membranın ve tüm hücrenin durumu değişebilir. Moleküler reseptörler, ligandların (kontrol maddeleri) kendileriyle bağlantısına yanıt olarak biyokimyasal reaksiyonları tetikler. Sinyal maddesinin dışarıdan reseptöre etki ettiğini ve değişikliklerin hücre içinde devam ettiğini belirtmek önemlidir. Membranın bilgiyi çevreden hücrenin iç ortamına aktardığı ortaya çıktı.

11. Katalitik enzimatik aktivite. Enzimler membranın içine gömülebilir veya yüzeyiyle (hücrenin hem içinde hem de dışında) ilişkili olabilir ve burada enzimatik aktivitelerini gerçekleştirirler.

12. Yüzeyin şeklinin ve alanının değiştirilmesi. Bu, zarın dışarıya doğru büyümeler oluşturmasına veya tersine hücrenin içine doğru invaginasyonlar oluşturmasına olanak tanır.

13. Diğer hücre zarlarıyla temas kurma yeteneği.

14. Yapışma - sert yüzeylere yapışma yeteneği.

Membran özelliklerinin kısa listesi

• Geçirgenlik.
• Endositoz, ekzositoz, transitoz.
• Potansiyeller.
• Sinirlilik.
• Enzim aktivitesi.
• Kişiler.
• Yapışma.

Membran fonksiyonları

1. Dahili içeriklerin dış ortamdan eksik izolasyonu.

2. Hücre zarının işleyişindeki en önemli şey değişme çeşitli maddeler Hücre ile hücreler arası ortam arasında. Bunun nedeni membranın geçirgenlik özelliğidir. Ayrıca membran geçirgenliğini düzenleyerek bu alışverişi düzenler.

3. Membranın bir diğer önemli işlevi de kimyasal ve elektriksel potansiyellerde fark yaratmak iç ve dış tarafları arasındadır. Bu nedenle hücrenin içi negatif bir elektrik potansiyeline sahiptir.

4. Membran ayrıca şunları da gerçekleştirir: bilgi değişimi Hücre ile çevresi arasında. Membranın üzerinde yer alan özel moleküler reseptörler, kontrol maddelerine (hormonlar, aracılar, modülatörler) bağlanarak hücredeki biyokimyasal reaksiyonları tetikleyebilir ve hücrenin işleyişinde veya yapılarında çeşitli değişikliklere yol açabilir.

Video:Hücre zarı yapısı

Videolu ders:Membran yapısı ve taşınmasıyla ilgili ayrıntılar

Membran yapısı

Hücre zarının evrensel bir özelliği vardır. üç katmanlı yapı. Orta yağ tabakası süreklidir ve üst ve alt protein tabakaları onu ayrı protein alanlarından oluşan bir mozaik şeklinde kaplar. Yağ tabakası hücrenin ortamdan izolasyonunu sağlayan, ortamdan izole edilmesini sağlayan temeldir. Kendi başına suda çözünen maddelerin geçişine çok zayıf bir şekilde izin verirken, yağda çözünen maddelerin geçişine kolaylıkla izin verir. Bu nedenle, zarın suda çözünen maddeler (örneğin iyonlar) için geçirgenliği özel protein yapıları tarafından sağlanmalıdır - ve.

Aşağıda, bir elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen temas halindeki hücrelerin gerçek hücre zarlarının mikrograflarının yanı sıra, zarın üç katmanlı yapısını ve protein katmanlarının mozaik doğasını gösteren şematik bir çizim bulunmaktadır. Resmi büyütmek için üzerine tıklayın.

İntegral gömülü proteinlerin nüfuz ettiği hücre zarının iç lipit (yağ) katmanının ayrı bir görüntüsü. Lipid çift katmanının görüntülenmesini engellememek için üst ve alt protein katmanları çıkarılmıştır.

Yukarıdaki şekil: Vikipedi'de verilen hücre zarının (hücre zarı) kısmi şematik gösterimi.

Merkezi yağlı lipit çift katmanını daha iyi görebilmemiz için dış ve iç protein katmanlarının buradaki zardan çıkarıldığını lütfen unutmayın. Gerçek bir hücre zarında, büyük protein "adaları" yağlı filmin üstünde ve altında yüzer (şekilde küçük toplar) ve zarın daha kalın, üç katmanlı olduğu ortaya çıkar: protein-yağ-protein . Yani aslında ortasında yağlı bir "tereyağı" tabakası bulunan iki proteinli "ekmek parçasından" oluşan bir sandviç gibidir; iki katmanlı değil üç katmanlı bir yapıya sahiptir.

Bu resimde, küçük mavi ve beyaz toplar, lipitlerin hidrofilik (ıslanabilir) "başlarına" karşılık gelir ve bunlara bağlı "ipler", hidrofobik (ıslatılamaz) "kuyruklara" karşılık gelir. Proteinlerden yalnızca bütünleşik uçtan uca membran proteinleri (kırmızı kürecikler ve sarı sarmallar) gösterilmiştir. Membranın içindeki sarı oval noktalar kolesterol molekülleridir. Membranın dışındaki sarı-yeşil boncuk zincirleri, glikokaliksi oluşturan oligosakkarit zincirleridir. Bir glikokaliks, zar üzerinde bulunan, uzun karbonhidrat-protein moleküllerinin dışarı çıkmasıyla oluşan bir tür karbonhidrat (“şeker”) “tüyüdür”.

Yaşamak, yarı sıvı jöle benzeri içeriklerle dolu, filmlerin ve tüplerin nüfuz ettiği küçük bir "protein-yağ kesesidir".

Bu kesenin duvarları, içi ve dışı proteinlerle (hücre zarı) kaplanmış çift yağlı (lipid) bir filmden oluşur. Bu nedenle zarın var olduğunu söylüyorlar üç katmanlı yapı : proteinler-yağlar-proteinler. Hücrenin içinde ayrıca iç alanını bölmelere bölen birçok benzer yağ zarı vardır. Aynı zarlar hücresel organelleri de çevreler: çekirdek, mitokondri, kloroplastlar. Yani zar, tüm hücrelerde ve tüm canlı organizmalarda ortak olan evrensel bir moleküler yapıdır.

Solda artık biyolojik bir zarın bir parçasının gerçek değil, yapay bir modeli var: bu, moleküler dinamik simülasyonu sürecindeki yağlı fosfolipit çift katmanının (yani çift katman) anlık görüntüsü. Modelin hesaplama hücresi gösterilmektedir - 96 PC molekülü ( F osfatidil X olina) ve 2304 su molekülü, toplam 20544 atom.

Sağda, membran lipit çift katmanının oluşturulduğu aynı lipitin tek bir molekülünün görsel bir modeli bulunmaktadır. Üst kısmında hidrofilik (su seven) bir kafa, altta ise iki adet hidrofobik (sudan korkan) kuyruk bulunur. Bu lipidin basit bir adı vardır: 1-steroil-2-dokosaheksaenoil-Sn-glisero-3-fosfatidilkolin (18:0/22:6(n-3)cis PC), ancak bunu hatırlamadığınız sürece onu hatırlamanıza gerek yoktur. Bilginizin derinliğiyle öğretmeninizi bayıltmayı planlıyorsunuz.

Hücrenin daha kesin bir bilimsel tanımı şöyle verilebilir:

Aktif bir zarla sınırlanan, tek bir metabolik, enerji ve bilgi süreçlerine katılan ve aynı zamanda tüm sistemi bir bütün olarak sürdüren ve yeniden üreten, düzenli, yapılandırılmış, heterojen bir biyopolimer sistemidir.

Hücrenin içine de zarlar nüfuz eder ve zarlar arasında su değil, değişken yoğunlukta viskoz bir jel/sol bulunur. Bu nedenle, bir hücrede etkileşime giren moleküller, sulu bir çözelti içeren bir test tüpünde olduğu gibi serbestçe yüzmez, ancak çoğunlukla hücre iskeletinin veya hücre içi membranların polimer yapıları üzerinde durur (hareketsizleşir). Ve bu nedenle kimyasal reaksiyonlar, hücrenin içinde sanki sıvı değil de katı bir maddedeymiş gibi gerçekleşir. Hücreyi çevreleyen dış zar da enzimler ve moleküler reseptörlerle kaplıdır ve bu da onu hücrenin çok aktif bir parçası yapar.

Hücre zarı (plazmalemma, plazmolemma), hücreyi ortamdan ayıran ve çevreye bağlayan aktif bir zardır. © Sazonov V.F., 2016.

Membranın bu tanımından, membranın sadece hücreyi sınırlamakla kalmayıp aynı zamanda aktif olarak çalışmak, onu çevresine bağlar.

Zarları oluşturan yağ özeldir, dolayısıyla moleküllerine genellikle sadece yağ değil, aynı zamanda denir. "lipitler", "fosfolipitler", "sfingolipitler". Membran film çifttir yani birbirine yapıştırılmış iki filmden oluşur. Bu nedenle ders kitaplarında hücre zarının temelinin iki lipit katmanından (veya " iki katmanlı", yani çift katman). Her bir lipit katmanı için, bir taraf suyla ıslatılabilir, ancak diğer taraf ıslatılamaz. Yani bu filmler, ıslanmayan taraflarıyla birbirine tam olarak yapışır.

Bakteri zarı

Gram-negatif bakterilerin prokaryotik hücre duvarı, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi birkaç katmandan oluşur.
Gram-negatif bakterilerin kabuğunun katmanları:
1. Sitoplazma ile temas halinde olan iç üç katmanlı sitoplazmik membran.
2. Mureinden oluşan hücre duvarı.
3. İç zarla aynı protein komplekslerine sahip lipit sistemine sahip olan üç katmanlı dış sitoplazmik zar.
Gram negatif bakteri hücrelerinin bu kadar karmaşık üç aşamalı bir yapı aracılığıyla dış dünyayla iletişim kurması, zarları daha az güçlü olan gram pozitif bakterilere kıyasla onlara zorlu koşullarda hayatta kalma konusunda bir avantaj sağlamaz. Ayrıca yüksek sıcaklıklara, artan asitliğe ve basınç değişikliklerine tolerans göstermezler.

Videolu ders:Hücre zarı. E.V. Cheval, Ph.D.

Videolu ders:Hücre sınırı olarak membran. A. İlyaskin

Membran İyon Kanallarının Önemi

Membran yağ filmi boyunca yalnızca yağda çözünen maddelerin hücreye nüfuz edebildiğini anlamak kolaydır. Bunlar yağlar, alkoller, gazlardır.Örneğin kırmızı kan hücrelerinde oksijen ve karbondioksit doğrudan zardan kolayca girip çıkar. Ancak su ve suda çözünen maddeler (örneğin iyonlar) zardan herhangi bir hücreye geçemez. Bu, özel deliklere ihtiyaç duydukları anlamına gelir. Ancak yağlı filmde bir delik açarsanız hemen kapanacaktır. Ne yapalım? Doğada bir çözüm bulundu: Özel protein taşıma yapıları yapmak ve bunları zardan geçirmek gerekiyor. Yağda çözünmeyen maddelerin geçişi için kanallar tam olarak bu şekilde oluşur - hücre zarının iyon kanalları.

Böylece, zarına polar moleküllere (iyonlar ve su) karşı ek geçirgenlik özellikleri kazandırmak için hücre, sitoplazmada özel proteinler sentezler ve bunlar daha sonra zara entegre olur. İki tipte gelirler: taşıyıcı proteinler (örneğin, taşıma ATPazları) ve kanal oluşturucu proteinler (kanal oluşturucular). Bu proteinler, zarın yağlı çift tabakasına gömülür ve taşıyıcılar veya iyon kanalları şeklinde taşıma yapıları oluşturur. Yağlı membran filminden normalde geçemeyen çeşitli suda çözünebilen maddeler artık bu taşıma yapılarından geçebilir.

Genel olarak membrana gömülü proteinlere de denir. integral, tam da zarın içine girmiş gibi göründükleri ve içinden geçerek nüfuz ettikleri için. Bütünleşik olmayan diğer proteinler, zarın yüzeyinde "yüzen" adalar oluşturur: ya dış yüzeyinde ya da iç yüzeyinde. Sonuçta herkes yağın iyi bir kayganlaştırıcı olduğunu ve üzerinde kaymanın kolay olduğunu biliyor!

sonuçlar

1. Genel olarak membran üç katmanlıdır:

1) protein “adalarının” dış tabakası,

2) yağlı iki katmanlı “deniz” (lipit çift katmanı), yani. çift ​​lipit filmi,

3) protein “adalarından” oluşan bir iç tabaka.

Ancak aynı zamanda gevşek bir dış katman da vardır - membrandan çıkıntı yapan glikoproteinlerin oluşturduğu glikokaliks. Bunlar sinyal kontrol maddelerinin bağlandığı moleküler reseptörlerdir.

2. Membranın içine, iyonlara veya diğer maddelere karşı geçirgenliğini sağlayan özel protein yapıları yerleştirilmiştir. Bazı yerlerde yağ denizinin bütün proteinlerle baştan sona nüfuz ettiğini unutmamalıyız. Ve özel oluşturan integral proteinlerdir ulaşım yapıları hücre zarı (bkz. bölüm 1_2 Membran taşıma mekanizmaları). Bunlar aracılığıyla maddeler hücreye girer ve hücreden dışarıya da çıkarılır.

3. Membranın herhangi bir tarafında (dış ve iç) ve ayrıca zarın içinde, hem zarın durumunu hem de tüm hücrenin ömrünü etkileyen enzim proteinleri yerleştirilebilir.

Yani hücre zarı, aktif olarak tüm hücrenin çıkarları doğrultusunda çalışan ve onu dış dünyayla bağlayan aktif, değişken bir yapıdır ve sadece bir “koruyucu kabuk” değildir. Hücre zarı hakkında bilmeniz gereken en önemli şey budur.

Tıpta membran proteinleri sıklıkla ilaçlar için “hedef” olarak kullanılır. Bu tür hedefler arasında reseptörler, iyon kanalları, enzimler ve taşıma sistemleri bulunur. Son zamanlarda membranın yanı sıra hücre çekirdeğinde saklanan genler de ilaçların hedefi haline geldi.

Video:Hücre zarı biyofiziğine giriş: Membran yapısı 1 (Vladimirov Yu.A.)

Video:Hücre zarının tarihçesi, yapısı ve görevleri: Membran yapısı 2 (Vladimirov Yu.A.)

© 2010-2018 Sazonov V.F., © 2010-2016 kineziolog.bodhy.

Hücre zarları: yapıları ve fonksiyonları

Membranlar son derece viskoz ve aynı zamanda tüm canlı hücreleri çevreleyen plastik yapılardır. Hücre zarlarının fonksiyonları:

1. Plazma zarı, hücre dışı ve hücre içi ortamın farklı bileşimini koruyan bir bariyerdir.

2.Membranlar hücre içinde özel bölmeler oluşturur; çok sayıda organel - mitokondri, lizozomlar, Golgi kompleksi, endoplazmik retikulum, nükleer membranlar.

3. Oksidatif fosforilasyon ve fotosentez gibi işlemlerde enerji dönüşümünde rol alan enzimler membranlarda lokalizedir.

Membran yapısı

1972'de Singer ve Nicholson, membran yapısının akışkan mozaik modelini önerdiler. Bu modele göre, işleyen membranlar, sıvı fosfolipid matrisinde çözünmüş küresel integral proteinlerin iki boyutlu bir çözeltisidir. Böylece, zarların temeli, moleküllerin düzenli bir şekilde düzenlendiği, iki moleküllü bir lipit tabakasıdır.

Bu durumda, hidrofilik katman, fosfolipidlerin kutup başı (kendisine kolin, etanolamin veya serin eklenmiş bir fosfat kalıntısı) ve glikolipidlerin karbonhidrat kısmı tarafından oluşturulur. Hidrofobik katman ise yağ asitleri ve sfingozin, fosfolipitler ve glikolipitlerin hidrokarbon radikallerinden oluşur.

Membran özellikleri:

1. Seçici geçirgenlik. Kapalı çift katman, zarın ana özelliklerinden birini sağlar: Suda çözünen moleküllerin çoğuna karşı geçirimsizdir, çünkü bunlar hidrofobik çekirdeğinde çözünmezler. Oksijen, CO2 ve nitrojen gibi gazlar, moleküllerinin küçük olması ve solventlerle zayıf etkileşimi nedeniyle hücrelere kolaylıkla nüfuz etme özelliğine sahiptir. Steroid hormonları gibi lipid yapıdaki moleküller de çift tabakaya kolayca nüfuz eder.

2. Likidite. Lipit çift katmanı, lipit katmanı genellikle sıvı olduğundan sıvı kristal bir yapıya sahiptir, ancak kristal yapılara benzer şekilde katılaşma alanları vardır. Lipid moleküllerinin konumları düzenli olmasına rağmen hareket etme yeteneklerini korurlar. İki tür fosfolipit hareketi mümkündür: takla (bilimsel literatürde "flip-flop" olarak adlandırılır) ve yanal difüzyon. İlk durumda, bimoleküler katmanda birbirine karşıt olan fosfolipit molekülleri birbirine doğru döner (veya takla atar) ve zardaki yerleri değiştirir, yani. dış, iç olur ve bunun tersi de geçerlidir. Bu tür sıçramalar enerji harcamasını gerektirir ve çok nadiren meydana gelir. Daha sık olarak, eksen etrafında dönüşler (dönme) ve yanal yayılma gözlenir - membran yüzeyine paralel katman içinde hareket.

3. Membran asimetrisi. Aynı zarın yüzeyleri, lipitlerin, proteinlerin ve karbonhidratların bileşimi bakımından farklılık gösterir (enine asimetri). Örneğin, dış katmanda fosfatidilkolinler baskındır ve iç katmanda fosfatidiletanolaminler ve fosfatidilserinler baskındır. Glikoproteinlerin ve glikolipidlerin karbonhidrat bileşenleri dış yüzeye gelerek glikokaliks adı verilen sürekli bir yapı oluşturur. İç yüzeyinde karbonhidrat yoktur. Proteinler - hormon reseptörleri, plazma zarının dış yüzeyinde bulunur ve düzenledikleri enzimler - adenilat siklaz, fosfolipaz C - iç yüzeyde vb.

Membran proteinleri

Membran fosfolipidleri, membran proteinleri için bir çözücü görevi görerek, ikincisinin işlev görebileceği bir mikro ortam yaratır. Zardaki farklı proteinlerin sayısı sarkoplazmik retikulumda 6-8'den, plazma zarında 100'den fazlasına kadar değişir. Bunlar enzimler, taşıma proteinleri, yapısal proteinler, ana doku uyumluluk sisteminin antijenleri de dahil olmak üzere antijenler, çeşitli moleküller için reseptörlerdir.

Membrandaki lokalizasyonlarına bağlı olarak proteinler, integral (kısmen veya tamamen membrana daldırılmış) ve periferik (yüzeyinde bulunur) olarak ikiye ayrılır. Bazı integral proteinler zarı birden çok kez diker. Örneğin, retinal fotoreseptör ve β2-adrenerjik reseptör çift tabakayı 7 kez geçer.

Madde ve bilginin zarlar arasında aktarımı

Hücre zarları sıkıca kapatılmış bölmeler değildir. Membranların temel işlevlerinden biri madde ve bilgi aktarımının düzenlenmesidir. Küçük moleküllerin transmembran hareketi 1) pasif veya kolaylaştırılmış difüzyonla ve 2) aktif taşımayla gerçekleşir. Büyük moleküllerin transmembran hareketi 1) endositoz ve 2) ekzositoz ile gerçekleştirilir. Membranlar arasında sinyal iletimi, plazma zarının dış yüzeyinde lokalize olan reseptörler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu durumda, sinyal ya dönüşüme uğrar (örneğin, glukagon cAMP) ya da içselleştirilir ve endositozla birleştirilir (örneğin, LDL - LDL reseptörü).

Basit difüzyon, maddelerin bir elektrokimyasal gradyan boyunca bir hücreye nüfuz etmesidir. Bu durumda herhangi bir enerji maliyetine gerek kalmaz. Basit difüzyon hızı, 1) maddenin transmembran konsantrasyon gradyanı ve 2) membranın hidrofobik tabakasındaki çözünürlüğü ile belirlenir.

Kolaylaştırılmış difüzyonda maddeler, enerji harcamadan, ancak özel membran taşıyıcı proteinlerin yardımıyla, konsantrasyon gradyanı boyunca membran boyunca taşınır. Bu nedenle kolaylaştırılmış difüzyon, bir dizi parametre açısından pasif difüzyondan farklılık gösterir: 1) kolaylaştırılmış difüzyon, yüksek seçicilik ile karakterize edilir, çünkü taşıyıcı protein, taşınan maddeyi tamamlayıcı bir aktif merkeze sahiptir; 2) kolaylaştırılmış difüzyon hızı bir platoya ulaşabilir, çünkü Taşıyıcı moleküllerin sayısı sınırlıdır.

Bazı taşıma proteinleri, bir maddeyi zarın bir tarafından diğer tarafına basitçe aktarır. Bu basit transfere pasif uniport denir. Bir uniport örneği, glikozu hücre zarları boyunca taşıyan GLUT - glikoz taşıyıcılarıdır. Diğer proteinler, bir maddenin taşınmasının başka bir maddenin eş zamanlı veya sıralı taşınmasına bağlı olduğu, pasif simport olarak adlandırılan aynı yönde veya pasif antiport olarak adlandırılan ters yönde taşınmasına bağlı olduğu ortak taşıma sistemleri olarak işlev görür. İç mitokondriyal membranın translokazları, özellikle ADP/ATP translokazları, pasif antiport mekanizmasıyla işlev görür.

Aktif taşıma sırasında, bir maddenin transferi konsantrasyon gradyanına karşı gerçekleşir ve bu nedenle enerji maliyetleriyle ilişkilidir. Ligandların membrandan transferi ATP enerjisinin harcanmasıyla ilişkiliyse, bu tür transfere birincil aktif taşıma denir. Bir örnek, insan hücrelerinin plazma zarında lokalize olan Na + K + -ATPaz ve Ca2+ -ATPase ve mide mukozasının H +, K + -ATPaz'ıdır.

İkincil aktif taşıma. Bazı maddelerin konsantrasyon gradyanına karşı taşınması, Na+'nın (sodyum iyonları) konsantrasyon gradyanı boyunca eşzamanlı veya sıralı taşınmasına bağlıdır. Ayrıca ligand Na+ ile aynı yönde aktarılırsa bu işleme aktif simport adı verilir. Aktif simport mekanizmasına göre glikoz, konsantrasyonunun düşük olduğu bağırsak lümeninden emilir. Ligand sodyum iyonlarının tersi yönde aktarılırsa bu işleme aktif antiport adı verilir. Bir örnek, plazma zarının Na +, Ca 2+ değiştiricisidir.

Biyolojik membranlar.
"Membran" terimi (Latince membrana - deri, film), bir yandan hücrenin içeriği ile dış çevre arasında bir bariyer görevi gören hücre sınırını belirtmek için 100 yıldan daha uzun bir süre önce kullanılmaya başlandı. diğer yanda suyun ve bazı maddelerin geçebileceği yarı geçirgen bir bölme olarak. Ancak zarın görevleri bununla sınırlı değildir.Çünkü biyolojik zarlar hücrenin yapısal organizasyonunun temelini oluşturur.
Membran yapısı. Bu modele göre ana membran, moleküllerin hidrofobik kuyruklarının içe ve hidrofilik başlarının dışarıya baktığı bir lipit çift katmanıdır. Lipitler, fosfolipitler - gliserol veya sfingozin türevleri ile temsil edilir. Proteinler lipit tabakasıyla ilişkilidir. İntegral (transmembran) proteinler membrana nüfuz eder ve onunla sıkı bir şekilde ilişkilidir; çevresel olanlar nüfuz etmez ve zara daha az sıkı bağlanır. Membran proteinlerinin işlevleri: Membran yapısının korunması, çevreden sinyallerin alınması ve dönüştürülmesi. çevre, bazı maddelerin taşınması, zarlarda meydana gelen reaksiyonların katalizlenmesi. Membran kalınlığı 6 ila 10 nm arasında değişir.

Membran özellikleri:
1. Akışkanlık. Membran katı bir yapı değildir; kendisini oluşturan proteinlerin ve lipitlerin çoğu, zar düzleminde hareket edebilir.
2. Asimetri. Hem proteinlerin hem de lipitlerin dış ve iç katmanlarının bileşimi farklıdır. Ek olarak, hayvan hücrelerinin plazma zarlarının dışında bir glikoprotein tabakası bulunur (sinyal ve reseptör fonksiyonlarını yerine getiren ve aynı zamanda hücreleri dokularda birleştirmek için de önemli olan glikokaliks)
3. Polarite. Membranın dış tarafı pozitif yük taşırken iç tarafı negatif yük taşır.
4. Seçici geçirgenlik. Canlı hücrelerin zarları, suya ek olarak, yalnızca belirli moleküllerin ve çözünmüş maddelerin iyonlarının geçmesine izin verir (Hücre zarlarıyla ilgili olarak "yarı geçirgenlik" teriminin kullanılması tam olarak doğru değildir, çünkü bu kavram şunu ima eder: membran, çözünmüş maddelerin tüm moleküllerini ve iyonlarını tutarken yalnızca çözücü moleküllerin geçmesine izin verir.)

Dış hücre zarı (plazmalemma), proteinler, fosfolipitler ve sudan oluşan 7,5 nm kalınlığında ultramikroskopik bir filmdir. Suyla iyice ıslanan ve hasardan sonra bütünlüğünü hızla geri kazandıran elastik bir film. Tüm biyolojik zarlara özgü evrensel bir yapıya sahiptir. Bu zarın sınır konumu, seçici geçirgenlik, pinositoz, fagositoz, boşaltım ürünlerinin atılımı ve sentez süreçlerine, komşu hücrelerle etkileşime girmesi ve hücrenin hasardan korunması, rolünü son derece önemli kılmaktadır. Membranın dışındaki hayvan hücreleri bazen polisakkaritler ve proteinlerden oluşan ince bir tabaka olan glikokaliks ile kaplanır. Bitki hücrelerinde, hücre zarının dışında, dış destek oluşturan ve hücrenin şeklini koruyan güçlü bir hücre duvarı vardır. Suda çözünmeyen bir polisakkarit olan liflerden (selüloz) oluşur.