Hücre zarı hangi işlemi gerçekleştirir? Membranlar: yapıları ve işleyişi

Hücre zarı hücrenin dışını kaplayan yapıdır. Aynı zamanda sitolemma veya plazmalemma olarak da adlandırılır.

Bu oluşum, içinde proteinlerin yer aldığı bir bilipid katmandan (çift katman) yapılmıştır. Plazmalemmayı oluşturan karbonhidratlar bağlı durumdadır.

Plazmalemmanın ana bileşenlerinin dağılımı şu şekildedir: kimyasal bileşimin yarısından fazlası proteinler, dörtte biri fosfolipitler ve onda biri kolesteroldür.

Hücre zarı ve çeşitleri

Hücre zarı, temeli lipoprotein ve protein katmanlarından oluşan ince bir filmdir.

Lokalizasyona göre bitki ve hayvan hücrelerinde bazı özelliklere sahip olan membran organelleri ayırt edilir:

mitokondri;
çekirdek;
endoplazmik retikulum;
Golgi kompleksi;
lizozomlar;
kloroplastlar (bitki hücrelerinde).

Ayrıca iç ve dış (plazmolemma) hücre zarı da vardır.

Hücre zarının yapısı

Hücre zarı, onu glikokaliks şeklinde kaplayan karbonhidratlar içerir. Bu, bariyer işlevi gören membran üstü bir yapıdır. Burada bulunan proteinler serbest durumdadır. Bağlanmamış proteinler enzimatik reaksiyonlara katılarak maddelerin hücre dışı parçalanmasını sağlar.

Sitoplazmik membranın proteinleri glikoproteinlerle temsil edilir. Kimyasal bileşimlerine göre, lipit tabakasına tamamen (tüm uzunluğu boyunca) dahil olan proteinler, integral proteinler olarak sınıflandırılır. Ayrıca periferiktir, plazmalemmanın yüzeylerinden birine ulaşmaz.

Birincisi, nörotransmitterlere, hormonlara ve diğer maddelere bağlanan reseptörler olarak işlev görür. İyonların ve hidrofilik substratların taşınmasının gerçekleştiği iyon kanallarının yapımı için ekleme proteinleri gereklidir. İkincisi, hücre içi reaksiyonları katalize eden enzimlerdir.

Plazma zarının temel özellikleri

Lipid çift katmanı suyun nüfuz etmesini önler. Lipitler, hücrede fosfolipidlerle temsil edilen hidrofobik bileşiklerdir. Fosfat grubu dışa bakar ve iki katmandan oluşur: hücre dışı ortama yönelik dış katman ve hücre içi içeriği sınırlayan iç katman.

Suda çözünebilen bölgelere hidrofilik başlıklar denir. Yağ asidi bölgeleri hidrofobik kuyruklar şeklinde hücreye yönlendirilir. Hidrofobik kısım komşu lipitlerle etkileşime girerek birbirlerine bağlanmalarını sağlar. Çift katman farklı alanlarda seçici geçirgenliğe sahiptir.

Yani ortadaki zar glikoz ve üreye karşı geçirimsizdir, hidrofobik maddeler buradan serbestçe geçer: karbondioksit, oksijen, alkol. Kolesterol önemlidir; ikincisinin içeriği plazmalemmanın viskozitesini belirler.

Dış hücre zarının işlevleri

Fonksiyonların özellikleri tabloda kısaca listelenmiştir:

Membran işlevi	Tanım
Bariyer rolü	Plazmalemma, hücrenin içeriğini yabancı ajanların etkilerinden koruyan koruyucu bir işlev görür. Proteinlerin, lipitlerin ve karbonhidratların özel organizasyonu sayesinde plazmalemmanın yarı geçirgenliği sağlanır.
Alıcı işlevi	Biyolojik olarak aktif maddeler, reseptörlere bağlanma sürecinde hücre zarı yoluyla aktive edilir. Böylece immün reaksiyonlar, yabancı ajanların hücre zarı üzerinde lokalize olan hücre reseptör aparatı tarafından tanınması yoluyla aracılık eder.
Taşıma işlevi	Plazmalemmadaki gözeneklerin varlığı, maddelerin hücreye akışını düzenlemenizi sağlar. Düşük molekül ağırlıklı bileşikler için transfer işlemi pasif olarak (enerji tüketimi olmadan) gerçekleşir. Aktif taşıma, adenozin trifosfatın (ATP) parçalanması sırasında açığa çıkan enerjinin harcanmasıyla ilişkilidir. Bu yöntem organik bileşiklerin transferi için gerçekleşir.
Sindirim süreçlerine katılım	Maddeler hücre zarında biriktirilir (sorpsiyon). Reseptörler substrata bağlanarak onu hücrenin içine taşır. Hücrenin içinde serbestçe uzanan bir kabarcık oluşur. Bu tür kesecikler birleşerek hidrolitik enzimlere sahip lizozomlar oluşturur.
Enzimatik fonksiyon	Enzimler hücre içi sindirimin temel bileşenleridir. Katalizörlerin katılımını gerektiren reaksiyonlar enzimlerin katılımıyla gerçekleşir.

Hücre zarının önemi nedir

Hücre zarı, hücreye giren ve çıkan maddelerin yüksek seçiciliği nedeniyle homeostazisin korunmasında rol oynar (biyolojide buna seçici geçirgenlik denir).

Plazmalemmanın aşırı büyümeleri, hücreyi belirli işlevleri yerine getirmekten sorumlu bölmelere (bölmelere) böler. Sıvı-mozaik desenine karşılık gelen özel olarak tasarlanmış membranlar, hücrenin bütünlüğünü sağlar.

9.5.1. Membranların temel işlevlerinden biri madde transferine katılmaktır. Bu süreç üç ana mekanizma aracılığıyla gerçekleştirilir: basit difüzyon, kolaylaştırılmış difüzyon ve aktif taşıma (Şekil 9.10). Bu mekanizmaların en önemli özelliklerini ve her durumda taşınan maddelerin örneklerini hatırlayın.

Şekil 9.10. Moleküllerin membran boyunca taşınma mekanizmaları

Basit difüzyon- özel mekanizmaların katılımı olmadan maddelerin membrandan aktarılması. Taşıma, enerji tüketimi olmadan bir konsantrasyon gradyanı boyunca gerçekleşir. Basit difüzyonla küçük biyomoleküller taşınır - H2O, CO2, O2, üre, hidrofobik düşük moleküllü maddeler. Basit difüzyon hızı konsantrasyon gradyanı ile orantılıdır.

Kolaylaştırılmış difüzyon- Protein kanalları veya özel taşıyıcı proteinler kullanılarak maddelerin membrandan aktarılması. Enerji tüketimi olmadan bir konsantrasyon gradyanı boyunca gerçekleştirilir. Monosakkaritler, amino asitler, nükleotitler, gliserol ve bazı iyonlar taşınır. Doyma kinetiği karakteristiktir - taşınan maddenin belirli bir (doygunluk) konsantrasyonunda, taşıyıcının tüm molekülleri aktarıma katılır ve taşıma hızı maksimum değere ulaşır.

Aktif taşımacılık- ayrıca özel taşıma proteinlerinin katılımını gerektirir, ancak taşıma konsantrasyon gradyanına karşı gerçekleşir ve bu nedenle enerji harcaması gerektirir. Bu mekanizmayı kullanarak Na+, K+, Ca2+, Mg2+ iyonları hücre zarından, protonlar ise mitokondri zarından taşınır. Maddelerin aktif taşınması doyma kinetiği ile karakterize edilir.

9.5.2. İyonların aktif taşınmasını gerçekleştiren bir taşıma sisteminin bir örneği, Na+,K+-adenosin trifosfatazdır (Na+,K+-ATPaz veya Na+,K+-pompa). Bu protein, plazma zarının derinliklerinde bulunur ve ATP hidroliz reaksiyonunu katalize etme kapasitesine sahiptir. 1 ATP molekülünün hidrolizi sırasında açığa çıkan enerji, hücreden 3 Na+ iyonunun hücre dışı boşluğa, 2 K+ iyonunun ise ters yönde aktarılmasında kullanılır (Şekil 9.11). Na+,K+-ATPaz'ın etkisi sonucunda hücre sitozolü ile hücre dışı sıvı arasında konsantrasyon farkı oluşur. İyonların aktarımı eşdeğer olmadığından elektriksel potansiyel farkı oluşur. Böylece, zarın her iki tarafındaki Δφ elektrik potansiyellerindeki farkın enerjisinden ve ΔC maddelerinin konsantrasyonlarındaki farkın enerjisinden oluşan bir elektrokimyasal potansiyel ortaya çıkar.

Şekil 9.11. Na+, K+ pompa diyagramı.

9.5.3. Partiküllerin ve yüksek moleküler ağırlıklı bileşiklerin membranlar boyunca taşınması

Hücrede, organik maddelerin ve iyonların taşıyıcılar tarafından taşınmasının yanı sıra, yüksek moleküllü bileşiklerin hücre içine alınması ve biyomembranın şeklini değiştirerek yüksek moleküllü bileşiklerin hücreden uzaklaştırılması için tasarlanmış çok özel bir mekanizma bulunmaktadır. Bu mekanizmaya denir veziküler taşıma.

Şekil 9.12. Veziküler taşıma türleri: 1 - endositoz; 2 - ekzositoz.

Makromoleküllerin transferi sırasında, membranla çevrili keseciklerin (veziküllerin) sıralı oluşumu ve füzyonu meydana gelir. Taşıma yönüne ve taşınan maddelerin doğasına bağlı olarak, aşağıdaki veziküler taşıma türleri ayırt edilir:

Endositoz(Şekil 9.12, 1) - maddelerin hücreye aktarılması. Ortaya çıkan keseciklerin boyutuna bağlı olarak ayırt edilirler:

A) pinositoz - küçük kabarcıklar (çapı 150 nm) kullanılarak sıvı ve çözünmüş makromoleküllerin (proteinler, polisakkaritler, nükleik asitler) emilmesi;

B) fagositoz — Mikroorganizmalar veya hücre artıkları gibi büyük parçacıkların emilmesi. Bu durumda fagozom adı verilen çapı 250 nm'den büyük büyük kesecikler oluşur.

Pinositoz çoğu ökaryotik hücrenin karakteristik özelliğidir, büyük parçacıklar ise özel hücreler (lökositler ve makrofajlar) tarafından emilir. Endositozun ilk aşamasında, maddeler veya parçacıklar membran yüzeyine adsorbe edilir; bu işlem enerji tüketimi olmadan gerçekleşir. Bir sonraki aşamada adsorbe edilen maddeyi içeren membran sitoplazmaya doğru derinleşir; Plazma zarının sonuçta ortaya çıkan lokal istilaları hücre yüzeyinden ayrılarak veziküller oluşturur ve bunlar daha sonra hücrenin içine göç eder. Bu süreç bir mikrofilament sistemi ile birbirine bağlıdır ve enerjiye bağlıdır. Hücreye giren kesecikler ve fagozomlar lizozomlarla birleşebilir. Lizozomlarda bulunan enzimler, keseciklerde ve fagozomlarda bulunan maddeleri, hücre tarafından kullanılabilecekleri sitozole taşınan düşük moleküler ağırlıklı ürünlere (amino asitler, monosakkaritler, nükleotitler) parçalar.

Ekzositoz(Şekil 9.12, 2) - parçacıkların ve büyük bileşiklerin hücreden transferi. Bu süreç, endositoz gibi, enerjinin emilmesiyle gerçekleşir. Başlıca ekzositoz türleri şunlardır:

A) salgı - kullanılan veya vücudun diğer hücrelerini etkileyen suda çözünebilen bileşiklerin hücreden uzaklaştırılması. Hem uzmanlaşmamış hücreler hem de vücudun özel ihtiyaçlarına bağlı olarak ürettikleri maddelerin (hormonlar, nörotransmiterler, proenzimler) salgılanmasına uyarlanmış, gastrointestinal sistemin mukozası olan endokrin bezlerinin hücreleri tarafından gerçekleştirilebilir.

Salgılanan proteinler, kaba endoplazmik retikulumun zarlarıyla ilişkili ribozomlarda sentezlenir. Bu proteinler daha sonra Golgi aygıtına taşınır, burada değiştirilir, konsantre edilir, sınıflandırılır ve daha sonra kesecikler halinde paketlenir, bunlar sitozole salınır ve ardından plazma zarı ile birleşerek keseciklerin içerikleri hücrenin dışında kalır.

Makromoleküllerin aksine, protonlar gibi salgılanan küçük parçacıklar, kolaylaştırılmış difüzyon ve aktif taşıma mekanizmaları kullanılarak hücre dışına taşınır.

B) boşaltım - kullanılamayan maddelerin hücreden uzaklaştırılması (örneğin, eritropoez sırasında, organel kalıntılarının toplandığı ağ maddesinin retikülositlerden uzaklaştırılması). Boşaltım mekanizması, atılan parçacıkların başlangıçta sitoplazmik bir kesecik içinde tutulması ve daha sonra plazma zarı ile kaynaşması gibi görünmektedir.

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 sürdürülmesi, 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; onu 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, çözünmüş maddelerin yalnızca belirli moleküllerinin ve 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, fosfolipidler 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 glikokaliks denilen ince bir tabaka 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.

Hücre zarları

Bir hücrenin yapısal organizasyonu, yapının zar prensibine dayanır, yani hücre esas olarak zarlardan oluşur. Tüm biyolojik zarlar ortak yapısal özelliklere ve özelliklere sahiptir.

Şu anda, membran yapısının sıvı-mozaik modeli genel olarak kabul edilmektedir.

Membranın kimyasal bileşimi ve yapısı

Membran, esas olarak oluşan bir lipit çift katmanına dayanmaktadır. fosfolipitler. Lipidler membranın kimyasal bileşiminin ortalama %40'ını oluşturur. Çift katmanlı bir yapıda, zardaki moleküllerin kuyrukları birbirine bakar ve kutup başları dışarı doğru bakar, dolayısıyla zarın yüzeyi hidrofiliktir. Lipidler membranların temel özelliklerini belirler.

Zar, lipitlere ek olarak proteinler de içerir (ortalama ≈%60). Membranın spesifik fonksiyonlarının çoğunu belirlerler. Protein molekülleri sürekli bir katman oluşturmaz (Şekil 280). Membranın konumuna bağlı olarak şunlar vardır:

Membran proteinleri çeşitli işlevleri yerine getirebilir:

Membran %2 ila %10 oranında karbonhidrat içerebilir. Membranların karbonhidrat bileşeni genellikle protein molekülleri (glikoproteinler) veya lipitlerle (glikolipitler) ilişkili oligosakarit veya polisakkarit zincirleri ile temsil edilir. Karbonhidratlar esas olarak zarın dış yüzeyinde bulunur. Karbonhidratların hücre zarındaki işlevleri tam olarak anlaşılamamıştır ancak zarın reseptör işlevlerini sağladığını söyleyebiliriz.

Hayvan hücrelerinde glikoproteinler membran üstü bir kompleks oluşturur. glikokaliks onlarca nanometre kalınlığa sahip. İçinde hücre dışı sindirim meydana gelir, birçok hücre reseptörü bulunur ve görünüşe göre onun yardımıyla hücre yapışması meydana gelir.

Protein ve lipit molekülleri hareketlidir ve hareket edebilir , esas olarak membran düzleminde. Membranlar asimetriktir , yani zarın dış ve iç yüzeyinin lipid ve protein bileşimi farklıdır.

Plazma zarının kalınlığı ortalama 7,5 nm'dir.

Membranın temel işlevlerinden biri, hücre ile dış ortam arasında madde alışverişini sağlayan taşımadır. Membranlar seçici geçirgenlik özelliğine sahiptir, yani bazı maddelere veya moleküllere karşı iyi geçirgendirler ve diğerlerine karşı zayıf geçirgendirler (veya tamamen geçirimsizdirler). Membranların çeşitli maddelere karşı geçirgenliği, moleküllerinin özelliklerine (polarite, boyut vb.) ve zarların özelliklerine (lipit tabakasının iç kısmı hidrofobiktir) bağlıdır.

Maddelerin membran boyunca taşınması için çeşitli mekanizmalar vardır (Şekil 281). Maddeleri taşımak için enerji kullanma ihtiyacına bağlı olarak:

Pasif ulaşım

Pasif taşıma, konsantrasyon ve yüklerdeki farklılığa dayanır. Pasif taşımada maddeler her zaman daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana, yani bir konsantrasyon gradyanı boyunca hareket eder. Molekül yüklüyse, taşınması da elektriksel gradyan tarafından etkilenir. Bu nedenle insanlar sıklıkla her iki gradyanı birleştiren bir elektrokimyasal gradyandan bahseder. Taşıma hızı eğimin büyüklüğüne bağlıdır.

Pasif taşımanın üç ana mekanizması vardır:

© Basit difüzyon- maddelerin doğrudan lipit çift katmanı yoluyla taşınması. Gazlar, polar olmayan veya küçük yüksüz polar moleküller kolaylıkla içinden geçer. Molekül ne kadar küçükse ve yağda ne kadar çözünürse, zara o kadar hızlı nüfuz eder. İlginçtir ki su, yağda nispeten çözünmez olmasına rağmen lipit çift katmanına çok hızlı bir şekilde nüfuz eder. Bu, molekülünün küçük ve elektriksel olarak nötr olmasıyla açıklanmaktadır. Suyun zarlardan difüzyonuna denir osmoz yoluyla.

Membran kanalları yoluyla difüzyon. Yüklü moleküller ve iyonlar (Na +, K +, Ca 2+, Cl -) lipit çift katmanından basit difüzyonla geçemezler, ancak içinde özel kanal oluşturucu proteinlerin bulunması nedeniyle zara nüfuz ederler. su gözenekleri oluşturur.

Her biri belirli moleküllerin veya ilgili molekül gruplarının taşınmasından sorumlu olan taşıma proteinleri. Taşınan maddenin bir molekülü ile etkileşime girerler ve onu bir şekilde zardan geçirirler. Bu sayede şekerler, amino asitler, nükleotidler ve daha birçok polar molekül hücre içerisine taşınır.

Aktif taşımacılık

Aktif taşıma ihtiyacı, moleküllerin membran boyunca elektrokimyasal bir değişime karşı taşınmasının sağlanması gerektiğinde ortaya çıkar. Bu taşıma, aktivitesi enerji gerektiren taşıyıcı proteinler tarafından gerçekleştirilir. Enerji kaynağı ATP molekülleridir.

En çok çalışılan aktif taşıma sistemlerinden biri sodyum-potasyum pompasıdır. Hücre içindeki K konsantrasyonu dışarıdan çok daha yüksektir ve Na da bunun tersidir. Bu nedenle K, zarın su gözenekleri yoluyla pasif olarak hücre dışına, Na ise hücrenin içine yayılır. Aynı zamanda hücrenin normal işleyişi için sitoplazmada ve dış ortamda belirli bir K ve Na iyonu oranının korunması önemlidir. Bu mümkündür çünkü membran, (Na + K) pompasının varlığı sayesinde aktif olarak Na'yı hücrenin dışına ve K'yı hücrenin içine pompalar. (Na + K) pompasının çalışması, hücrenin ömrü için gerekli olan enerjinin neredeyse üçte birini tüketir.

Pompa, hem K hem de Na iyonlarını bağlayabildiği için konformasyonel değişiklikler yapabilen özel bir transmembran membran proteinidir. Bir (Na + K) pompasının çalışma döngüsü birkaç aşamadan oluşur (Şek. 282):

Bir çalışma döngüsünde, pompa hücreden 3 Na iyonu pompalar ve 2 K iyonu içeri pompalar.Transfer edilen iyonların sayısındaki bu fark, zarın K iyonları için geçirgenliğinin Na'ya göre daha yüksek olmasından kaynaklanmaktadır. iyonlar. Buna göre K, Na'dan hücre içine daha hızlı pasif olarak hücre dışına yayılır.

büyük parçacıklar (örneğin, lenfositlerin, protozoanın vb. fagositozu);

Ekzositoz- çeşitli maddelerin hücreden uzaklaştırılması işlemi. Ekzositoz sırasında, vezikülün (veya vakuolün) zarı, dış sitoplazmik zarla temas ettiğinde onunla birleşir. Keseciğin içeriği deliğin dışına çıkarılır ve zarı, dış sitoplazmik zara dahil edilir.

Hücre zarı aynı zamanda plazma (veya sitoplazmik) membran ve plazmalemma olarak da adlandırılır. Bu yapı yalnızca hücrenin iç içeriğini dış ortamdan ayırmakla kalmaz, aynı zamanda çoğu hücresel organelin ve çekirdeğin bir parçasıdır ve bunları sitoplazmanın viskoz-sıvı kısmı olan hiyaloplazmadan (sitosol) ayırır. Aramayı kabul edelim Sitoplazmik membran hücrenin içeriğini dış ortamdan ayıran şey. Geriye kalan terimler tüm membranları belirtir.

Hücresel (biyolojik) zarın yapısı çift katmanlı lipitlere (yağlara) dayanmaktadır. Böyle bir katmanın oluşumu moleküllerinin özellikleriyle ilişkilidir. Lipitler suda çözünmez, ancak kendi yollarıyla yoğunlaşır. Tek bir lipit molekülünün bir kısmı polar bir baştır (suya çekilir, yani hidrofilik), diğeri ise bir çift uzun polar olmayan kuyruktur (molekülün bu kısmı su tarafından itilir, yani hidrofobik). Moleküllerin bu yapısı onların kuyruklarını sudan “saklamalarına” ve kutup başlarını suya doğru çevirmelerine neden olur.

Sonuç olarak, polar olmayan kuyrukların içe doğru (birbirine bakacak şekilde) ve kutup başlarının dışa doğru (dış çevreye ve sitoplazmaya doğru) olduğu bir lipit çift katmanı oluşur. Böyle bir zarın yüzeyi hidrofiliktir, ancak içi hidrofobiktir.

Hücre zarlarında lipitler arasında fosfolipitler baskındır (kompleks lipitlere aittirler). Kafaları fosforik asit kalıntısı içerir. Fosfolipitlere ek olarak glikolipitler (lipitler + karbonhidratlar) ve kolesterol (sterollerle ilgili) vardır. İkincisi, kalınlığında kalan lipitlerin kuyrukları arasında yer alan zara sertlik kazandırır (kolesterol tamamen hidrofobiktir).

Elektrostatik etkileşim nedeniyle, bazı protein molekülleri yüklü lipit başlıklarına bağlanır ve bunlar yüzey membran proteinleri haline gelir. Diğer proteinler polar olmayan kuyruklarla etkileşime girer, kısmen çift katmana gömülür veya içinden nüfuz eder.

Bu nedenle hücre zarı, lipitlerden, yüzeyden (çevresel), gömülü (yarı integral) ve nüfuz eden (integral) proteinlerden oluşan iki katmandan oluşur. Ayrıca zarın dışında bulunan bazı proteinler ve lipitler karbonhidrat zincirleriyle ilişkilidir.

Bu membran yapısının akışkan mozaik modeli XX yüzyılın 70'lerinde ortaya atıldı. Önceden, lipit çift katmanının içeride yer aldığı ve zarın iç ve dış kısmında sürekli yüzey protein katmanları ile kaplandığı bir sandviç yapı modeli varsayılmıştı. Ancak deneysel verilerin birikmesi bu hipotezi çürüttü.

Farklı hücrelerdeki zarların kalınlığı yaklaşık 8 nm'dir. Membranlar (birinin farklı tarafları bile) farklı lipit türlerinin, proteinlerin, enzimatik aktivitenin vb. yüzdesi bakımından birbirinden farklıdır. Bazı zarlar daha sıvı ve daha geçirgendir, diğerleri ise daha yoğundur.

Lipid çift katmanının fizikokimyasal özellikleri nedeniyle hücre zarı kırılmaları kolayca birleşir. Membran düzleminde lipitler ve proteinler (hücre iskeleti tarafından sabitlenmedikleri sürece) hareket eder.

Hücre zarının fonksiyonları

Hücre zarına batırılmış çoğu protein, enzimatik bir işlev görür (bunlar enzimdir). Çoğunlukla (özellikle hücre organellerinin zarlarında) enzimler belirli bir sıraya yerleştirilir, böylece bir enzim tarafından katalize edilen reaksiyon ürünleri ikinciye, sonra üçüncüye vb. geçer. Yüzey proteinlerini stabilize eden bir konveyör oluşturulur, çünkü bunlar enzimlerin lipit çift katmanı boyunca yüzmesine izin verir.

Hücre zarı çevreden sınırlayıcı (bariyer) bir fonksiyon ve aynı zamanda taşıma fonksiyonlarını yerine getirir. En önemli amacının da bu olduğunu söyleyebiliriz. Mukavemete ve seçici geçirgenliğe sahip olan sitoplazmik membran, hücrenin iç bileşiminin (homeostazisi ve bütünlüğü) sabitliğini korur.

Bu durumda maddelerin taşınması çeşitli şekillerde gerçekleşir. Bir konsantrasyon gradyanı boyunca taşıma, maddelerin daha yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük olan bir alana hareketini (difüzyon) içerir. Örneğin gazlar (CO 2 , O 2 ) yayılır.

Konsantrasyon gradyanına karşı da taşıma vardır, ancak enerji tüketimi vardır.

Taşıma pasif olabilir ve kolaylaştırılabilir (bir tür taşıyıcının yardımıyla). Yağda çözünen maddeler için hücre zarı boyunca pasif difüzyon mümkündür.

Zarları şekerlere ve diğer suda çözünen maddelere karşı geçirgen hale getiren özel proteinler vardır. Bu tür taşıyıcılar taşınan moleküllere bağlanır ve onları zardan çeker. Kırmızı kan hücrelerinin içinde glikoz bu şekilde taşınır.

İplik proteinleri, belirli maddelerin zar boyunca hareketi için bir gözenek oluşturmak üzere birleşir. Bu tür taşıyıcılar hareket etmez, ancak zarda bir kanal oluşturur ve enzimlere benzer şekilde çalışarak belirli bir maddeyi bağlar. Transfer, protein konformasyonundaki bir değişiklik nedeniyle meydana gelir ve bu da membranda kanalların oluşmasıyla sonuçlanır. Bir örnek sodyum-potasyum pompasıdır.

Ökaryotik hücre zarının taşıma işlevi de endositoz (ve ekzositoz) yoluyla gerçekleştirilir. Bu mekanizmalar sayesinde, büyük biyopolimer molekülleri, hatta tüm hücreler hücreye girer (ve hücreden çıkar). Endo ve ekzositoz tüm ökaryotik hücrelerin özelliği değildir (prokaryotlarda hiç yoktur). Böylece tek hücrelilerde ve alt omurgasızlarda endositoz gözlenir; memelilerde lökositler ve makrofajlar zararlı maddeleri ve bakterileri emer, yani. endositoz vücut için koruyucu bir işlev görür.

Endositoz ikiye ayrılır fagositoz(sitoplazma büyük parçacıkları sarar) ve pinositoz(içinde çözünmüş maddeler bulunan sıvı damlacıklarının yakalanması). Bu süreçlerin mekanizması yaklaşık olarak aynıdır. Hücre yüzeyinde emilen maddeler bir zarla çevrilidir. Daha sonra hücrenin içine doğru hareket eden bir kesecik (fagositik veya pinositik) oluşur.

Ekzositoz, maddelerin (hormonlar, polisakkaritler, proteinler, yağlar vb.) sitoplazmik membran tarafından hücreden uzaklaştırılmasıdır. Bu maddeler hücre zarına uyan zar keseciklerinde bulunur. Her iki zar birleşir ve içerikleri hücrenin dışına çıkar.

Sitoplazmik membran bir reseptör işlevi yerine getirir. Bunu yapmak için dış tarafında kimyasal veya fiziksel bir uyarıyı tanıyabilen yapılar bulunur. Plazmalemmaya nüfuz eden proteinlerin bazıları dışarıdan polisakkarit zincirlerine bağlanır (glikoproteinler oluşturur). Bunlar hormonları yakalayan tuhaf moleküler reseptörlerdir. Belirli bir hormon reseptörüne bağlandığında yapısını değiştirir. Bu da hücresel tepki mekanizmasını tetikler. Bu durumda kanallar açılabilir ve bazı maddeler hücreye girip çıkmaya başlayabilir.

Hücre zarlarının reseptör işlevi, insülin hormonunun etkisine dayanarak iyi bir şekilde incelenmiştir. İnsülin glikoprotein reseptörüne bağlandığında, bu proteinin katalitik hücre içi kısmı (adenilat siklaz enzimi) aktive olur. Enzim ATP'den siklik AMP'yi sentezler. Zaten hücresel metabolizmanın çeşitli enzimlerini aktive eder veya bastırır.

Sitoplazmik membranın reseptör fonksiyonu aynı tipteki komşu hücrelerin tanınmasını da içerir. Bu tür hücreler birbirlerine çeşitli hücreler arası temaslarla bağlanır.

Dokularda hücreler arası temasların yardımıyla hücreler, özel olarak sentezlenmiş düşük moleküler maddeler kullanarak birbirleriyle bilgi alışverişinde bulunabilirler. Böyle bir etkileşimin bir örneği, hücrelerin boş alanın işgal edildiğine dair bilgi aldıktan sonra büyümeyi durdurduğu temas inhibisyonudur.

Hücreler arası temaslar basit olabilir (farklı hücrelerin zarları birbirine bitişiktir), kilitleme (bir hücrenin zarının diğerine yayılması), desmozomlar (zarlar sitoplazmaya nüfuz eden enine lif demetleri ile bağlandığında) olabilir. Ek olarak, aracılar (aracılar) - sinapslar nedeniyle hücreler arası temasların bir çeşidi vardır. İçlerinde sinyal yalnızca kimyasal olarak değil elektriksel olarak da iletilir. Sinapslar, sinir hücreleri arasında ve ayrıca sinirden kas hücrelerine sinyaller iletir.