Hücre yapısı
Hücre teorisi.
Plan
Hücre, canlı bir organizmanın temel yapısal birimidir.
1.Hücre teorisi.
2. Hücre yapısı.
3. Hücre evrimi.
1665 yılında Bitki hücrelerini ilk keşfeden R. Hooke'tur. 1674'te A. Leeuwenhoek hayvan hücresini keşfetti. 1839'da T. Schwann ve M. Schleiden hücre teorisini formüle ettiler. Hücre teorisinin ana ilkesi, hücrenin canlı sistemlerin yapısal ve işlevsel temeli olduğuydu. Ancak yanlışlıkla hücrelerin yapısız maddeden oluştuğuna inanıyorlardı. 1859'da R. Virchow, yeni hücrelerin yalnızca önceki hücrelerin bölünmesiyle oluştuğunu kanıtladı.
Hücre teorisinin temel prensipleri :
1) Hücre, tüm canlıların yapısal ve işlevsel birimidir. Tüm canlı organizmalar hücrelerden oluşur.
2) Tüm hücreler temel olarak kimyasal bileşim ve metabolik süreçler bakımından benzerdir.
3) Mevcut hücrelerin bölünmesiyle yeni hücreler oluşur.
4) Tüm hücreler kalıtsal bilgiyi aynı şekilde saklar ve uygular.
5) Çok hücreli bir organizmanın bir bütün olarak yaşam aktivitesi, onu oluşturan hücrelerin etkileşimi ile belirlenir.
Yapılarına göre 2 tip hücre vardır:
Prokaryotlar
Ökaryotlar
Prokaryotlar bakterileri ve mavi-yeşil algleri içerir. Prokaryotlar ökaryotlardan şu açılardan farklılık gösterir: ökaryotik bir hücrede bulunan membran organellerine (mitokondri, endoplazmik retikulum, lizozomlar, Golgi kompleksi, kloroplastlar) sahip değildirler.
En önemli farkları zarla çevrili bir çekirdeğe sahip olmamalarıdır. Prokaryotik DNA, katlanmış bir dairesel molekül ile temsil edilir. Prokaryotların hücre merkezinde sentriolleri yoktur, dolayısıyla asla mitoz bölünmezler. Amitoz - doğrudan hızlı bölünme ile karakterize edilirler.
Ökaryotik hücreler, tek hücreli ve çok hücreli organizmaların hücreleridir. Üç ana bileşenden oluşurlar:
Hücreyi saran ve onu dış ortamdan ayıran hücre zarı;
Su, mineral tuzları, organik bileşikler, organeller ve kalıntılar içeren sitoplazma;
Hücrenin genetik materyalini içeren çekirdek.
1 – fosfolipid molekülünün kutup başı
2 – fosfolipit molekülünün yağ asidi kuyruğu
3 – integral protein
4 – periferik protein
5 - yarı entegre protein
6 – glikoprotein
7 - glikolipid
Dış hücre zarı tüm hücrelerde (hayvan ve bitki) doğaldır, yaklaşık 7,5 (10'a kadar) nm kalınlığa sahiptir ve lipit ve protein moleküllerinden oluşur.
Şu anda hücre zarı yapısının sıvı-mozaik modeli yaygındır. Bu modele göre lipit molekülleri, suyu iten uçları (hidrofobik - yağda çözünen) birbirine bakacak ve suda çözünen (hidrofilik) uçları çevreye bakacak şekilde iki katman halinde düzenlenir. Protein molekülleri lipit tabakasına gömülüdür. Bazıları lipit kısmının dış veya iç yüzeyinde bulunur, diğerleri ise kısmen suya batmış veya membrana nüfuz etmiştir.
Membranların işlevleri :
Koruyucu, sınır, bariyer;
Ulaşım;
Reseptör - proteinler nedeniyle gerçekleştirilir - belirli maddelere (hormonlar, antijenler vb.) karşı seçici bir yeteneğe sahip olan, onlarla kimyasal etkileşime giren, hücreye sinyaller ileten reseptörler;
Hücreler arası temasların oluşumuna katılın;
Bazı hücrelerin hareketini sağlar (amip hareketi).
Hayvan hücrelerinde dış hücre zarının üstünde ince bir glikokaliks tabakası bulunur. Karbonhidratların lipitlerle, karbonhidratların ise proteinlerle oluşturduğu bir komplekstir. Glikokaliks hücreler arası etkileşimlerde rol oynar. Çoğu hücre organelinin sitoplazmik membranları tamamen aynı yapıya sahiptir.
Bitki hücrelerinde sitoplazmik membranın dışında bulunur. selülozdan oluşan bir hücre duvarı vardır.
Maddelerin sitoplazmik membrandan taşınması .
Hücreye giren veya çıkan maddelerin iki ana mekanizması vardır:
1.Pasif taşıma.
2. Aktif taşıma.
Maddelerin pasif taşınması enerji tüketimi olmadan gerçekleşir. Bu tür bir taşımanın bir örneği, moleküllerin veya iyonların yüksek konsantrasyonlu bir alandan daha düşük konsantrasyonlu bir alana, örneğin su moleküllerine hareketinin meydana geldiği difüzyon ve ozmozdur.
Aktif taşıma: Bu tür taşımada moleküller veya iyonlar, enerji gerektiren bir konsantrasyon gradyanına karşı membrana nüfuz eder. Aktif taşımanın bir örneği, sodyumu hücre dışına aktif olarak pompalayan ve dış ortamdan potasyum iyonlarını emerek hücrenin içine taşıyan sodyum-potasyum pompasıdır. Pompa, ATP'yi çalıştıran özel bir membran proteinidir.
Aktif taşıma, sabit hücre hacminin ve membran potansiyelinin korunmasını sağlar.
Maddelerin taşınması endositoz ve ekzositoz ile gerçekleştirilebilir.
Endositoz maddelerin hücre içine girmesi, ekzositoz ise hücreden çıkmasıdır.
Endositoz sırasında, plazma zarı daha sonra maddeyi saran ve serbest bırakıldığında veziküllere dönüşen girintiler veya çıkıntılar oluşturur.
İki tip endositoz vardır:
1) fagositoz - katı parçacıkların (fagosit hücreleri) emilimi,
2) pinositoz - sıvı malzemenin emilimi. Pinositoz ameboid protozoonların karakteristiğidir.
Ekzositozla hücrelerden çeşitli maddeler uzaklaştırılır: sindirilmemiş yiyecek kalıntıları sindirim boşluklarından uzaklaştırılır ve sıvı salgıları salgı hücrelerinden uzaklaştırılır.
Sitoplazma –(sitoplazma + çekirdek protoplazmayı oluşturur). Sitoplazma, sulu bir öğütülmüş maddeden (sitoplazmik matris, hiyaloplazma, sitozol) ve bunun içinde bulunan çeşitli organellerden ve kapanımlardan oluşur.
Kapsamalar– hücrelerin atık ürünleri. 3 grup kapanım vardır - trofik, salgı (bez hücreleri) ve özel (pigment) önemi.
Organeller – Bunlar hücrede belirli işlevleri yerine getiren sitoplazmanın kalıcı yapılarıdır.
Genel öneme sahip organeller ve özel organeller ayırt edilir. Özeller çoğu hücrede bulunur, ancak yalnızca belirli bir işlevi yerine getiren hücrelerde önemli miktarlarda bulunur. Bunlar arasında bağırsak epitel hücrelerinin mikrovillusları, trakea ve bronşların epitelyumunun kirpikleri, flagella, miyofibriller (kas kasılmasını sağlar, vb.) bulunur.
Genel öneme sahip organeller arasında ER, Golgi kompleksi, mitokondri, ribozomlar, lizozomlar, hücre merkezinin sentriyolleri, peroksizomlar, mikrotübüller, mikrofilamentler bulunur. Bitki hücrelerinde plastidler ve kofullar bulunur. Genel öneme sahip organeller, membranlı ve membransız yapıya sahip organellere ayrılabilir.
Membran yapısına sahip organeller ya çift membranlı ya da tek membranlıdır. Mitokondri ve plastidler çift membranlı hücreler olarak sınıflandırılır. Tek membranlı hücreler arasında endoplazmik retikulum, Golgi kompleksi, lizozomlar, peroksizomlar ve vakuoller bulunur.
Zarı olmayan organeller: ribozomlar, hücre merkezi, mikrotübüller, mikrofilamentler.
Mitokondri – bunlar yuvarlak veya oval şekilli organellerdir. İki zardan oluşurlar: iç ve dış. İç zar, mitokondriyi bölmelere bölen cristae adı verilen çıkıntılara sahiptir. Bölmeler bir madde matrisi ile doldurulur. Matris DNA, mRNA, tRNA, ribozomlar, kalsiyum ve magnezyum tuzlarını içerir. Otonom protein biyosentezi burada gerçekleşir. Mitokondrinin ana işlevi enerjinin sentezi ve ATP moleküllerinde birikmesidir. Hücrede eski mitokondrilerin bölünmesi sonucu yeni mitokondriler oluşur.
Plastidler – Esas olarak bitki hücrelerinde bulunan organeller. Üç tipte bulunurlar: Yeşil pigment içeren kloroplastlar; kromoplastlar (kırmızı, sarı, turuncu pigmentler); lökoplastlar (renksiz).
Kloroplastlar, yeşil pigment klorofil sayesinde güneş enerjisini kullanarak inorganik maddelerden organik maddeleri sentezleyebilirler.
Kromoplastlar çiçeklere ve meyvelere parlak renkler verir.
Lökoplastlar yedek besinleri biriktirebilir: nişasta, lipitler, proteinler vb.
Endoplazmik retikulum ( EPS ) zarlarla sınırlanan karmaşık bir vakuol ve kanal sistemidir. Pürüzsüz (agranüler) ve pürüzlü (granüler) EPS vardır. Pürüzsüzün zarında ribozom yoktur. Lipidlerin, lipoproteinlerin sentezini, toksik maddelerin hücreden birikmesini ve uzaklaştırılmasını içerir. Granüler ER'nin membranlarında proteinlerin sentezlendiği ribozomlar bulunur. Proteinler daha sonra Golgi kompleksine girer ve oradan dışarı çıkar.
Golgi kompleksi (Golgi aygıtı) Düzleştirilmiş zar keselerinden oluşan bir yığındır - sarnıçlar ve buna bağlı bir kabarcık sistemi. Bir sarnıç yığınına diktiyom adı verilir.
Golgi kompleksinin işlevleri : protein modifikasyonu, polisakkarit sentezi, madde taşınması, hücre zarı oluşumu, lizozom oluşumu.
Lizozomlar – Enzimler içeren, zarla çevrili keseciklerdir. Maddelerin hücre içi parçalanmasını gerçekleştirirler ve birincil ve ikincil olarak ayrılırlar. Birincil lizozomlar aktif olmayan formda enzimler içerir. Çeşitli maddeler organellere girdikten sonra enzimler aktive olur ve sindirim süreci başlar - bunlar ikincil lizozomlardır.
Peroksizomlar tek bir zarla sınırlanmış kabarcıklar görünümündedir. Hücreler için toksik olan hidrojen peroksiti parçalayan enzimler içerirler.
Kofullar – Bunlar hücre özsuyu içeren bitki hücrelerinin organelleridir. Hücre özsuyu yedek besin maddeleri, pigmentler ve atık ürünler içerebilir. Kofullar turgor basıncının oluşturulmasına ve su-tuz metabolizmasının düzenlenmesine katılır.
Ribozomlar – büyük ve küçük alt birimlerden oluşan organeller. ER'de bulunabilirler veya hücre içinde serbestçe yerleşerek polisomlar oluşturabilirler. RRNA ve proteinden oluşurlar ve nükleolusta oluşurlar. Protein biyosentezi ribozomlarda gerçekleşir.
Çağrı Merkezi – Hayvanların, mantarların ve alt bitkilerin hücrelerinde bulunur ve yüksek bitkilerde yoktur. İki merkezden ve yayılan bir küreden oluşur. Centriole, duvarı 9 üçlü mikrotübülden oluşan içi boş bir silindir görünümündedir. Hücreler bölündüğünde, mitozun anafazındaki kromatidlerin ve mayoz sırasında homolog kromozomların ayrılmasını sağlayan mitotik iğ iplikleri oluştururlar.
Mikrotübüller – çeşitli uzunluklarda boru şeklinde oluşumlar. Bunlar merkezcillerin, mitotik iğlerin, flagellaların, kirpiklerin bir parçasıdır, destekleyici bir işlev görür ve hücre içi yapıların hareketini destekler.
Mikrofilamentler – sitoplazma boyunca yer alan filamentli ince oluşumlar, ancak özellikle hücre zarının altında birçoğu vardır. Mikrotübüllerle birlikte hücre hücre iskeletini oluştururlar, sitoplazmanın akışını, veziküllerin, kloroplastların ve diğer organellerin hücre içi hareketlerini belirlerler.
1972 yılında kısmen geçirgen bir zarın hücreyi çevrelediği ve birçok hayati görevi yerine getirdiği, hücre zarlarının yapısı ve fonksiyonunun vücuttaki tüm hücrelerin düzgün işleyişi açısından önemli konular olduğu teorisi ortaya atıldı. 17. yüzyılda mikroskobun icadıyla birlikte yaygınlaştı. Bitki ve hayvan dokularının hücrelerden oluştuğu biliniyordu ancak cihazın çözünürlüğünün düşük olması nedeniyle hayvan hücresinin etrafında herhangi bir engel görmek imkansızdı. 20. yüzyılda zarın kimyasal yapısı daha detaylı incelendi ve esasının lipitlerden oluştuğu anlaşıldı.
Hücre zarlarının yapısı ve fonksiyonları
Hücre zarı, canlı hücrelerin sitoplazmasını çevreleyerek hücre içi bileşenleri fiziksel olarak dış ortamdan ayırır. Mantarlar, bakteriler ve bitkilerde de koruma sağlayan ve büyük moleküllerin geçişini önleyen hücre duvarları bulunur. Hücre zarları aynı zamanda hücre iskeletinin oluşumunda ve diğer hayati parçacıkların hücre dışı matrikse bağlanmasında da rol oynar. Bu, onları bir arada tutmak, vücudun dokularını ve organlarını oluşturmak için gereklidir. Hücre zarı yapısının özellikleri geçirgenliği içerir. Ana işlev korumadır. Membran, gömülü proteinlere sahip bir fosfolipid tabakasından oluşur. Bu kısım, hücre yapışması, iyonik iletkenlik ve sinyal sistemleri gibi işlemlerde yer alır ve duvar, glikokaliks ve iç hücre iskeleti dahil olmak üzere çeşitli hücre dışı yapılar için bir bağlanma yüzeyi görevi görür. Membran ayrıca seçici bir filtre görevi görerek hücre potansiyelini korur. İyonlara ve organik moleküllere karşı seçici olarak geçirgendir ve parçacıkların hareketini kontrol eder.
Hücre zarını içeren biyolojik mekanizmalar
1. Pasif difüzyon: Karbondioksit (CO2) ve oksijen (O2) gibi bazı maddeler (küçük moleküller, iyonlar) difüzyon yoluyla plazma zarından geçebilirler. Kabuk belirli moleküller ve iyonlar için bariyer görevi görür ve her iki tarafta da yoğunlaşabilirler.
2. Transmembran kanalı ve taşıyıcı protein: Glikoz veya amino asitler gibi besinlerin hücreye girmesi, bazı metabolik ürünlerin ise hücreyi terk etmesi gerekir.
3. Endositoz, moleküllerin alındığı süreçtir. Taşınacak maddenin yutulduğu plazma zarında hafif bir deformasyon (invajinasyon) oluşturulur. Bu enerji gerektirir ve dolayısıyla bir aktif taşıma şeklidir.
4. Ekzositoz: Çeşitli hücrelerde endositozla getirilen maddelerin sindirilmemiş kalıntılarını uzaklaştırmak, hormon ve enzim gibi maddeleri salgılamak ve maddeyi hücre bariyerinden tamamen geçirmek için oluşur.
Moleküler yapı
Hücre zarı, esas olarak fosfolipitlerden oluşan ve tüm hücrenin içeriğini dış ortamdan ayıran biyolojik bir zardır. Oluşum süreci normal koşullar altında kendiliğinden gerçekleşir. Bu süreci anlamak ve hücre zarlarının yapısını ve işlevlerini ve özelliklerini doğru bir şekilde tanımlamak için, yapısal polarizasyonla karakterize edilen fosfolipit yapıların doğasını değerlendirmek gerekir. Sitoplazmanın sulu ortamındaki fosfolipidler kritik bir konsantrasyona ulaştığında, sulu ortamda daha stabil olan miseller halinde birleşirler.
Membran özellikleri
- İstikrar. Bu, bir kez oluştuktan sonra membranın parçalanmasının olası olmadığı anlamına gelir.
- Kuvvet. Lipid kabuğu, polar bir maddenin geçişini önleyecek kadar güvenilirdir; hem çözünen maddeler (iyonlar, glikoz, amino asitler) hem de çok daha büyük moleküller (proteinler) oluşan sınırdan geçemez.
- Dinamik karakter. Bu belki de hücrenin yapısı dikkate alındığında en önemli özelliktir. Hücre zarı çeşitli deformasyonlara uğrayabilir, zarar görmeden katlanıp bükülebilir. Özel koşullar altında, örneğin keseciklerin kaynaşması veya tomurcuklanması sırasında, bu durum bozulabilir, ancak yalnızca geçici olarak. Oda sıcaklığında, lipit bileşenleri sabit, kaotik bir hareket halindedir ve stabil bir sıvı sınırı oluşturur.
Sıvı mozaik modeli
Hücre zarlarının yapısı ve işlevlerinden bahsederken, modern konseptte zarın sıvı mozaik modeli olarak 1972 yılında Singer ve Nicholson bilim adamları tarafından ele alındığını belirtmek önemlidir. Teorileri membran yapısının üç ana özelliğini yansıtıyor. İntegraller, zar için mozaik bir deseni teşvik eder ve lipit organizasyonunun değişken doğası nedeniyle yanal düzlem içi hareket yeteneğine sahiptirler. Transmembran proteinleri de potansiyel olarak hareketlidir. Membran yapısının önemli bir özelliği asimetrisidir. Hücrenin yapısı nedir? Hücre zarı, çekirdek, proteinler vb. Hücre, yaşamın temel birimidir ve tüm organizmalar, her biri kendisini çevreden ayıran doğal bir bariyere sahip olan bir veya daha fazla hücreden oluşur. Hücrenin bu dış sınırına plazma zarı da denir. Dört farklı molekül türünden oluşur: fosfolipidler, kolesterol, proteinler ve karbonhidratlar. Akışkan mozaik modeli, hücre zarının yapısını şu şekilde tanımlar: esnek ve elastik, bitkisel yağa benzer bir kıvamda, böylece tüm bireysel moleküller sıvı bir ortamda yüzer ve hepsi bu zar içinde yanal olarak hareket edebilir. Mozaik birçok farklı parçayı barındıran bir şeydir. Plazma zarında fosfolipidler, kolesterol molekülleri, proteinler ve karbonhidratlar ile temsil edilir.
Fosfolipitler
Fosfolipidler hücre zarının ana yapısını oluşturur. Bu moleküllerin iki farklı ucu vardır: baş ve kuyruk. Baş ucu bir fosfat grubu içerir ve hidrofiliktir. Bu, su moleküllerine çekildiği anlamına gelir. Kuyruk, yağ asidi zincirleri adı verilen hidrojen ve karbon atomlarından oluşur. Bu zincirler hidrofobiktir, su molekülleriyle karışmayı sevmezler. Bu işlem, bitkisel yağı suya döktüğünüzde olana benzer, yani içinde çözünmez. Hücre zarının yapısal özellikleri, fosfolipitlerden oluşan lipit çift katmanıyla ilişkilidir. Hidrofilik fosfat kafaları her zaman hücre içi ve hücre dışı sıvı formunda suyun bulunduğu yerde bulunur. Membrandaki fosfolipidlerin hidrofobik kuyrukları onları sudan uzak tutacak şekilde düzenlenmiştir.
Kolesterol, proteinler ve karbonhidratlar
İnsanlar kolesterol kelimesini duyduklarında genellikle bunun kötü olduğunu düşünürler. Ancak kolesterol aslında hücre zarlarının çok önemli bir bileşenidir. Molekülleri dört hidrojen halkası ve karbon atomundan oluşur. Hidrofobiktirler ve lipit çift katmanındaki hidrofobik kuyruklar arasında meydana gelirler. Bunların önemi tutarlılığın korunmasında yatmaktadır; zarları güçlendirerek geçişin önlenmesinde yatmaktadır. Kolesterol molekülleri ayrıca fosfolipid kuyruklarının temas etmesini ve sertleşmesini de önler. Bu akışkanlık ve esneklik sağlar. Membran proteinleri, kimyasal reaksiyonları hızlandırmak için enzimler olarak işlev görür, belirli moleküller için reseptör görevi görür veya maddeleri hücre zarı boyunca taşır.
Karbonhidratlar veya sakkaritler hücre zarının yalnızca hücre dışı tarafında bulunur. Birlikte glikokaliksi oluştururlar. Plazma membranına yastıklama ve koruma sağlar. Vücut, glikokaliksteki karbonhidratların yapısına ve türüne göre hücreleri tanıyabilir ve orada olup olmamalarına karar verebilir.
Membran proteinleri
Protein gibi önemli bir bileşen olmadan hücre zarının yapısı düşünülemez. Buna rağmen, boyut olarak başka bir önemli bileşen olan lipitlerden önemli ölçüde daha küçük olabilirler. Üç tip ana membran proteini vardır.
- İntegral. Çift tabakayı, sitoplazmayı ve hücre dışı ortamı tamamen kaplarlar. Taşıma ve sinyalizasyon işlevlerini yerine getirirler.
- Çevresel. Proteinler, sitoplazmik veya hücre dışı yüzeylerindeki elektrostatik veya hidrojen bağları ile membrana bağlanır. Esas olarak integral proteinler için bir bağlanma aracı olarak rol oynarlar.
- Transmembran. Enzimatik ve sinyal fonksiyonlarını yerine getirirler ve ayrıca zarın lipit çift katmanının temel yapısını modüle ederler.
Biyolojik membranların fonksiyonları
Hidrokarbonların sudaki davranışını düzenleyen hidrofobik etki, membran lipitleri ve membran proteinlerinin oluşturduğu yapıları kontrol eder. Birçok membran özelliği, tüm biyolojik membranların temel yapısını oluşturan taşıyıcı lipit çift katmanları tarafından sağlanır. İntegral membran proteinleri, lipit çift katmanında kısmen gizlenmiştir. Transmembran proteinleri, birincil dizilerinde amino asitlerden oluşan özel bir organizasyona sahiptir.
Periferik membran proteinleri, çözünür proteinlere çok benzer, ancak aynı zamanda membrana da bağlıdırlar. Özelleşmiş hücre zarları özel hücre fonksiyonlarına sahiptir. Hücre zarlarının yapısı ve fonksiyonları vücudu nasıl etkiler? Tüm organizmanın işlevselliği biyolojik zarların nasıl yapılandırıldığına bağlıdır. Hücre içi organellerden, zarların hücre dışı ve hücreler arası etkileşimlerinden biyolojik fonksiyonların organizasyonu ve performansı için gerekli yapılar oluşturulur. Birçok yapısal ve işlevsel özellik bakteriler ve zarflı virüsler için ortaktır. Tüm biyolojik membranlar, bir takım ortak özelliklerle sonuçlanan bir lipit çift katmanı üzerine inşa edilmiştir. Membran proteinlerinin birçok spesifik işlevi vardır.
- Kontrol ediyorum. Hücrelerin plazma zarları, hücre ile çevre arasındaki etkileşimin sınırlarını belirler.
- Ulaşım. Hücrelerin hücre içi zarları, farklı iç bileşimlere sahip çeşitli fonksiyonel birimlere bölünmüştür; bunların her biri, geçirgenlik kontrolü ile birlikte gerekli taşıma fonksiyonu ile desteklenir.
- Sinyal iletimi. Membran füzyonu, hücre içi veziküler sinyalleşme için bir mekanizma sağlar ve çeşitli virüs türlerinin hücreye serbestçe girmesini önler.
Önem ve sonuçlar
Dış hücre zarının yapısı tüm vücudu etkiler. Sadece seçilen maddelerin nüfuz etmesine izin vererek bütünlüğün korunmasında önemli bir rol oynar. Aynı zamanda hücre iskeletinin ve hücre duvarının bağlanması için iyi bir temel oluşturur ve hücrenin şeklinin korunmasına yardımcı olur. Lipitler, çoğu hücrenin membran kütlesinin yaklaşık %50'sini oluşturur, ancak bu, membranın türüne bağlı olarak değişir. Memelilerin dış hücre zarının yapısı daha karmaşıktır ve dört ana fosfolipid içerir. Lipid çift katmanlarının önemli bir özelliği, bireysel moleküllerin serbestçe dönebildiği ve yanal olarak hareket edebildiği iki boyutlu sıvılar gibi davranmalarıdır. Bu akışkanlık, sıcaklığa ve lipit bileşimine bağlı olarak belirlenen, membranların önemli bir özelliğidir. Hidrokarbon halka yapısı nedeniyle kolesterol, membran akışkanlığının belirlenmesinde rol oynar. Küçük moleküller için biyolojik zarlar, hücrenin iç yapısını kontrol etmesine ve sürdürmesine olanak tanır.
Hücrenin yapısını (hücre zarı, çekirdek vb.) göz önüne aldığımızda, vücudun, dışarıdan yardım almadan kendine zarar veremeyen ve her zaman onarmanın, korumanın ve uygun şekilde onarmanın yollarını arayacak, kendi kendini düzenleyen bir sistem olduğu sonucuna varabiliriz. her hücreyi çalıştırır.
Fonksiyonel özelliklerine göre hücre zarı gerçekleştirdiği 9 fonksiyona ayrılabilir.
Hücre zarının görevleri:
1. Taşıma. Maddeleri hücreden hücreye taşır;
2. Bariyer. Seçici geçirgenliğe sahiptir, gerekli metabolizmayı sağlar;
3. Alıcı. Zarda bulunan bazı proteinler reseptördür;
4. Mekanik. Hücrenin özerkliğini ve mekanik yapılarını sağlar;
5. Matris. Matris proteinlerinin optimal etkileşimini ve yönelimini sağlar;
6. Enerji. Membranlar, mitokondride hücresel solunum sırasında enerji transfer sistemlerini içerir;
7. Enzimatik. Membran proteinleri bazen enzimlerdir. Örneğin bağırsak hücre zarları;
8. İşaretleme. Membran, hücrenin tanımlanmasına izin veren antijenleri (glikoproteinler) içerir;
9. Üretiliyor. Biyopotansiyellerin üretilmesini ve iletilmesini gerçekleştirir.
Hayvan hücresi veya bitki hücresinin yapısı örneğini kullanarak hücre zarının nasıl göründüğünü görebilirsiniz.
Şekil hücre zarının yapısını göstermektedir.
Hücre zarının bileşenleri, çeşitli hücre zarı proteinlerini (küresel, periferik, yüzey) ve ayrıca hücre zarı lipitlerini (glikolipid, fosfolipit) içerir. Ayrıca hücre zarının yapısında karbonhidratlar, kolesterol, glikoprotein ve protein alfa sarmalı bulunur.
Hücre zarı bileşimi
Hücre zarının ana bileşimi şunları içerir:
1. Proteinler - zarın çeşitli özelliklerinden sorumludur;
2. Membran sertliğinden sorumlu üç tip lipit (fosfolipidler, glikolipitler ve kolesterol).
Hücre zarı proteinleri:
1. Küresel protein;
2. Yüzey proteini;
3. Periferik protein.
Hücre zarının asıl amacı
Hücre zarının temel amacı:
1. Hücre ile çevre arasındaki alışverişi düzenler;
2. Herhangi bir hücrenin içeriğini dış ortamdan ayırarak bütünlüğünü sağlayın;
3. Hücre içi zarlar, hücreyi özel kapalı bölmelere - belirli çevresel koşulların korunduğu organellere veya bölmelere böler.
Hücre zarı yapısı
Hücre zarının yapısı, sıvı fosfolipid matrisinde çözünmüş küresel integral proteinlerin iki boyutlu bir çözeltisidir. Bu membran yapısı modeli, 1972'de iki bilim adamı Nicholson ve Singer tarafından önerildi. Böylece, zarların temeli, görebileceğiniz gibi, moleküllerin düzenli bir şekilde düzenlendiği, iki moleküllü bir lipit tabakasıdır.
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.
Hücre- doku ve organlardan oluşan, kendi kendini düzenleyen yapısal ve işlevsel bir birim. Organ ve dokuların yapısının hücresel teorisi 1839'da Schleiden ve Schwann tarafından geliştirildi. Daha sonra elektron mikroskobu ve ultrasantrifüjleme yardımıyla hayvan ve bitki hücrelerinin tüm ana organellerinin yapısını açıklığa kavuşturmak mümkün oldu (Şekil 1). 1).
Pirinç. 1. Bir hayvan hücresinin yapısının şeması
Bir hücrenin ana kısımları sitoplazma ve çekirdektir. Her hücre, içeriğini sınırlayan çok ince bir zarla çevrilidir.
Hücre zarı denir hücre zarı ve seçici geçirgenlik ile karakterize edilir. Bu özellik, gerekli besin maddelerinin ve kimyasal elementlerin hücreye nüfuz etmesini ve fazla ürünlerin hücreden çıkmasını sağlar. Plazma zarı, spesifik proteinler içeren iki kat lipit molekülünden oluşur. Ana membran lipitleri fosfolipitlerdir. Fosfor, bir polar baş ve uzun zincirli yağ asitlerinin polar olmayan iki kuyruğunu içerirler. Membran lipitleri kolesterol ve kolesteril esterleri içerir. Sıvı mozaik yapı modeline uygun olarak membranlar, çift katmana göre karışabilen protein ve lipit molekülleri içerir. Herhangi bir hayvan hücresinin her bir membran tipinin kendine ait nispeten sabit bir lipit bileşimi vardır.
Membran proteinleri yapılarına göre integral ve periferik olmak üzere iki türe ayrılır. Periferik proteinler membrana zarar vermeden membrandan uzaklaştırılabilir. Dört tip membran proteini vardır: taşıma proteinleri, enzimler, reseptörler ve yapısal proteinler. Bazı membran proteinleri enzimatik aktiviteye sahiptir, diğerleri ise belirli maddeleri bağlayarak bunların hücreye taşınmasını kolaylaştırır. Proteinler, maddelerin zarlar boyunca hareketi için çeşitli yollar sağlar: su moleküllerinin ve iyonların hücreler arasında hareket etmesine izin veren çeşitli protein alt birimlerinden oluşan büyük gözenekler oluştururlar; Belirli koşullar altında belirli iyon türlerinin zar boyunca hareketi için uzmanlaşmış iyon kanalları oluşturur. Yapısal proteinler iç lipit tabakasıyla ilişkilidir ve hücrenin hücre iskeletini sağlar. Hücre iskeleti hücre zarına mekanik güç sağlar. Çeşitli membranlarda proteinler kütlenin %20 ila %80'ini oluşturur. Membran proteinleri yan düzlemde serbestçe hareket edebilir.
Membran ayrıca lipitlere veya proteinlere kovalent olarak bağlanabilen karbonhidratlar da içerir. Üç tip membran karbonhidratı vardır: glikolipitler (gangliozitler), glikoproteinler ve proteoglikanlar. Membran lipitlerinin çoğu sıvı haldedir ve belirli bir akışkanlığa sahiptir; bir alandan diğerine geçme yeteneği. Membranın dış tarafında çeşitli hormonları bağlayan reseptör bölgeleri vardır. Membranın diğer spesifik alanları, bu hücrelere yabancı olan bazı proteinleri ve çeşitli biyolojik olarak aktif bileşikleri tanıyamaz ve bağlayamaz.
Hücrenin iç alanı, hücresel metabolizmanın enzim katalizli reaksiyonlarının çoğunun gerçekleştiği sitoplazma ile doludur. Sitoplazma iki katmandan oluşur: endoplazma adı verilen iç katman ve yüksek viskoziteye sahip ve granüllerden yoksun olan periferik ektoplazma. Sitoplazma, bir hücrenin veya organelin tüm bileşenlerini içerir. Hücre organellerinin en önemlileri endoplazmik retikulum, ribozomlar, mitokondri, Golgi aygıtı, lizozomlar, mikrofilamentler ve mikrotübüller, peroksizomlardır.
Endoplazmik retikulum sitoplazmanın tamamına nüfuz eden birbirine bağlı kanallar ve boşluklardan oluşan bir sistemdir. Maddelerin ortamdan ve hücre içinden taşınmasını sağlar. Endoplazmik retikulum aynı zamanda hücre içi Ca2+ iyonları için bir depo görevi görür ve hücrede lipit sentezinin ana bölgesi olarak görev yapar.
Ribozomlar - 10-25 nm çapında mikroskobik küresel parçacıklar. Ribozomlar sitoplazmada serbestçe bulunur veya endoplazmik retikulum ve nükleer membran zarlarının dış yüzeyine bağlanır. Haberci ve taşıyıcı RNA ile etkileşime girerler ve içlerinde protein sentezi meydana gelir. Sisternaya veya Golgi aygıtına giren proteinleri sentezlerler ve daha sonra dışarıya salınırlar. Sitoplazmada serbestçe bulunan ribozomlar, hücrenin kendisi tarafından kullanılmak üzere protein sentezler ve endoplazmik retikulumla ilişkili ribozomlar, hücreden atılan proteini üretir. Ribozomlar çeşitli fonksiyonel proteinleri sentezler: taşıyıcı proteinler, enzimler, reseptörler, hücre iskeleti proteinleri.
Golgi aygıtı Tübüller, sarnıçlar ve keseciklerden oluşan bir sistem tarafından oluşturulur. Endoplazmik retikulum ile ilişkilidir ve buraya giren biyolojik olarak aktif maddeler, salgı keseciklerinde sıkıştırılmış bir biçimde depolanır. İkincisi sürekli olarak Golgi aygıtından ayrılır, hücre zarına taşınır ve onunla birleşir ve veziküllerde bulunan maddeler ekzositoz işlemi yoluyla hücreden uzaklaştırılır.
Lizozomlar - 0,25-0,8 mikron boyutlarında zarla çevrili parçacıklar. Proteinlerin, polisakkaritlerin, yağların, nükleik asitlerin, bakterilerin ve hücrelerin parçalanmasında rol oynayan çok sayıda enzim içerirler.
Peroksizomlar Pürüzsüz endoplazmik retikulumdan oluşur, lizozomlara benzer ve peroksidazlar ve katalazın etkisi altında parçalanan hidrojen peroksitin ayrışmasını katalize eden enzimler içerir.
Mitokondri dış ve iç zarları içerir ve hücrenin “enerji istasyonudur”. Mitokondri, çift zarlı yuvarlak veya uzun yapılardır. İç zar, mitokondri - kristaya doğru çıkıntı yapan kıvrımlar oluşturur. İçlerinde ATP sentezi meydana gelir, Krebs döngüsü substratlarının oksidasyonu ve birçok biyokimyasal reaksiyon meydana gelir. Mitokondride üretilen ATP molekülleri hücrenin her yerine yayılır. Mitokondri az miktarda DNA, RNA ve ribozom içerir ve bunların katılımıyla yeni mitokondrinin yenilenmesi ve sentezi meydana gelir.
Mikrofilamentler Miyozin ve aktin içeren ince protein filamentleridir ve hücrenin kasılma aparatını oluştururlar. Mikrofilamentler, hücre zarının kıvrımlarının veya çıkıntılarının oluşumunda ve ayrıca hücre içindeki çeşitli yapıların hareketinde rol oynar.
Mikrotübüller hücre iskeletinin temelini oluşturur ve gücünü sağlar. Hücre iskeleti, hücrelere karakteristik görünüm ve şeklini verir ve hücre içi organellerin ve çeşitli cisimlerin bağlanması için bir alan görevi görür. Sinir hücrelerinde, mikrotübül demetleri, maddelerin hücre gövdesinden aksonların uçlarına taşınmasında rol oynar. Onların katılımıyla mitotik iğ, hücre bölünmesi sırasında işlev görür. Ökaryotlarda villus ve flagellada motor elemanların rolünü oynarlar.
Çekirdek hücrenin ana yapısıdır, kalıtsal özelliklerin aktarımına ve protein sentezine katılır. Çekirdek, çekirdek ile sitoplazma arasında çeşitli maddelerin değiş tokuşunu sağlayan birçok nükleer gözenek içeren bir nükleer zarla çevrilidir. İçinde bir nükleolus var. Nükleolusun ribozomal RNA ve histon proteinlerinin sentezindeki önemli rolü kurulmuştur. Çekirdeğin geri kalan kısımları DNA, RNA ve bir dizi spesifik proteinden oluşan kromatin içerir.
Hücre zarının fonksiyonları
Hücre zarları hücre içi ve hücreler arası metabolizmanın düzenlenmesinde önemli bir rol oynar. Seçici geçirgenliğe sahiptirler. Özel yapıları bariyer, taşıma ve düzenleyici işlevler sağlamalarına olanak tanır.
Bariyer fonksiyonu suda çözünmüş bileşiklerin membrandan nüfuzunun sınırlandırılmasında kendini gösterir. Membran büyük protein moleküllerine ve organik anyonlara karşı geçirimsizdir.
Düzenleme işlevi Membranların amacı kimyasal, biyolojik ve mekanik etkilere yanıt olarak hücre içi metabolizmayı düzenlemektir. Özel membran reseptörleri tarafından çeşitli etkiler algılanır ve ardından enzim aktivitesinde bir değişiklik olur.
Taşıma işlevi biyolojik membranlar yoluyla pasif olarak (difüzyon, filtrasyon, ozmoz) veya aktif taşıma kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Difüzyon - Bir gazın veya çözünebilir maddenin bir konsantrasyon ve elektrokimyasal gradyan boyunca hareketi. Difüzyon hızı, hücre zarının geçirgenliğine, ayrıca yüksüz parçacıklar için konsantrasyon gradyanına ve yüklü parçacıklar için elektrik ve konsantrasyon gradyanlarına bağlıdır. Basit difüzyon lipit çift katmanı yoluyla veya kanallar yoluyla gerçekleşir. Yüklü parçacıklar elektrokimyasal bir gradyana göre hareket eder ve yüksüz parçacıklar kimyasal bir gradyana göre hareket eder. Örneğin oksijen, steroid hormonları, üre, alkol vb. Basit difüzyonla zarın lipit katmanından nüfuz eder. Çeşitli iyonlar ve parçacıklar kanallardan geçer. İyon kanalları proteinler tarafından oluşturulur ve kapılı ve kapısız kanallara ayrılır. Seçicilik durumuna göre yalnızca bir iyonun geçişine izin veren iyon seçici kablolar ile seçiciliği olmayan kanallar arasında ayrım yapılır. Kanalların bir orifisi ve seçici bir filtresi vardır ve kontrollü kanallar bir kapı mekanizmasına sahiptir.
Kolaylaştırılmış difüzyon - maddelerin özel membran taşıma proteinleri kullanılarak bir zar boyunca taşındığı bir işlem. Bu sayede amino asitler ve monosakkaritler hücrenin içine nüfuz eder. Bu tür taşıma çok hızlı gerçekleşir.
Osmoz - Suyun membran boyunca ozmotik basıncı daha düşük olan bir çözeltiden daha yüksek olan bir çözeltiye doğru hareketi.
Aktif taşımacılık - taşıma ATPazları (iyon pompaları) kullanılarak maddelerin konsantrasyon gradyanına karşı taşınması. Bu transfer enerji harcanmasıyla gerçekleşir.
Na + /K + -, Ca 2+ - ve H + - pompaları daha geniş kapsamlı olarak incelenmiştir. Pompalar hücre zarlarında bulunur.
Bir tür aktif taşımadır endositoz Ve ekzositoz. Bu mekanizmalar kullanılarak kanallar yoluyla taşınamayan daha büyük maddeler (proteinler, polisakkaritler, nükleik asitler) taşınır. Bu taşınma bağırsak epitel hücrelerinde, renal tübüllerde ve vasküler endotelde daha yaygındır.
Şu tarihte: Endositozda, hücre zarları hücrenin içine girintiler oluşturur ve bunlar serbest bırakıldığında veziküllere dönüşür. Ekzositoz sırasında veziküller içerikleriyle birlikte hücre zarına aktarılır ve onunla birleşir ve veziküllerin içerikleri hücre dışı ortama salınır.
Hücre zarının yapısı ve görevleri
Canlı hücrelerde elektriksel potansiyellerin varlığını sağlayan süreçleri anlamak için öncelikle hücre zarının yapısını ve özelliklerini anlamak gerekir.
Şu anda en yaygın kabul gören, 1972'de S. Singer ve G. Nicholson tarafından önerilen zarın sıvı mozaik modelidir. Membran, molekülün hidrofobik parçaları olan çift katmanlı fosfolipidlere (çift katman) dayanmaktadır. membranın kalınlığına batırılmış ve polar hidrofilik gruplar dışarıya doğru yönlendirilmiştir. çevredeki su ortamına (Şekil 2).
Membran proteinleri, membranın yüzeyinde lokalizedir veya hidrofobik bölgede değişen derinliklere gömülebilir. Bazı proteinler zarı kaplar ve aynı proteinin farklı hidrofilik grupları hücre zarının her iki yanında bulunur. Plazma zarında bulunan proteinler çok önemli bir rol oynar: iyon kanallarının oluşumuna katılırlar, membran pompaları ve çeşitli maddelerin taşıyıcıları rolünü oynarlar ve ayrıca bir reseptör işlevi de gerçekleştirebilirler.
Hücre zarının ana fonksiyonları: bariyer, taşıma, düzenleyici, katalitik.
Bariyer işlevi, hücreleri yabancı, toksik maddelerden korumak ve hücrelerin içindeki çeşitli maddelerin nispeten sabit içeriğini korumak için gerekli olan, suda çözünebilen bileşiklerin membrandan difüzyonunu sınırlamaktır. Böylece hücre zarı çeşitli maddelerin difüzyonunu 100.000-10.000.000 kat yavaşlatabilmektedir.
Pirinç. 2. Singer-Nicholson zarının sıvı mozaik modelinin üç boyutlu diyagramı
Bir lipit çift katmanına gömülü küresel integral proteinler tasvir edilmiştir. Bazı proteinler iyon kanallarıdır, diğerleri (glikoproteinler), hücrelerin kendi aralarında ve hücreler arası dokuda tanınmasında rol oynayan oligosakkarit yan zincirlerini içerir. Kolesterol molekülleri fosfolipid başlarına çok yakındır ve “kuyrukların” bitişik kısımlarını sabitler. Fosfolipid molekülünün kuyruklarının iç kısımlarının hareketleri sınırlı değildir ve zarın akışkanlığından sorumludur (Bretscher, 1985).
Membran iyonların nüfuz edebileceği kanalları içerir. Kanallar voltaja bağlı veya potansiyelden bağımsız olabilir. Gerilime bağlı kanallar potansiyel fark değiştiğinde açılır ve potansiyel bağımsız(hormon tarafından düzenlenen) reseptörler maddelerle etkileşime girdiğinde açılır. Kapaklar sayesinde kanallar açılıp kapatılabilmektedir. Membranın içine iki tip kapı yerleştirilmiştir: aktivasyon(kanalın derinliklerinde) ve inaktivasyon(kanal yüzeyinde). Kapı üç durumdan birinde olabilir:
- açık durum (her iki kapı türü de açıktır);
- kapalı durum (etkinleştirme kapısı kapalı);
- etkisizleştirme durumu (etkisizleştirme kapısı kapalı).
Membranların bir diğer karakteristik özelliği ise inorganik iyonları, besin maddelerini ve çeşitli metabolik ürünleri seçici olarak taşıma yeteneğidir. Maddelerin pasif ve aktif transfer (taşınma) sistemleri vardır. Pasif Taşıma, taşıyıcı proteinlerin yardımıyla veya olmadan iyon kanalları yoluyla gerçekleşir ve bunun itici gücü, hücre içi ve hücre dışı boşluk arasındaki iyonların elektrokimyasal potansiyelleri arasındaki farktır. İyon kanallarının seçiciliği, geometrik parametreleri ve kanalın duvarlarını ve ağzını kaplayan grupların kimyasal yapısına göre belirlenir.
Şu anda en iyi incelenen kanallar, Na+, K+, Ca2+ iyonlarına ve ayrıca suya (aquaporinler adı verilen) karşı seçici olarak geçirgen olan kanallardır. Çeşitli çalışmalara göre iyon kanallarının çapı 0,5-0,7 nm'dir. Kanal kapasitesi değişebilir; bir iyon kanalından saniyede 10 7 - 10 8 iyon geçebilir.
Aktif taşıma enerji harcamasıyla gerçekleşir ve iyon pompaları adı verilen cihazlar tarafından gerçekleştirilir. İyon pompaları, iyonları daha yüksek bir elektrokimyasal potansiyele doğru taşıyan, bir zar içine yerleştirilmiş moleküler protein yapılarıdır.
Pompalar ATP hidrolizinin enerjisini kullanarak çalışır. Şu anda sırasıyla Na+, K+, Ca 2+ iyonlarının hareketini sağlayan Na+/K+ - ATPase, Ca 2+ - ATPase, H+ - ATPase, H+ /K+ - ATPase, Mg 2+ - ATPase bulunmaktadır. , iyi incelenmiştir, H+, Mg2+ izole edilmiş veya konjuge edilmiştir (Na+ ve K+; H+ ve K+). Aktif taşımanın moleküler mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır.