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, polar olmayan kuyrukların içe doğru (birbirine dönük) ve kutup başlarının dışa doğru (doğru) olduğu bir lipit çift katmanıdır. dış çevre ve sitoplazma). Böyle bir zarın yüzeyi hidrofiliktir, ancak içi hidrofobiktir.
Hücre zarlarında lipitler arasında fosfolipitler baskındır (kompleks lipitlere aittirler). Kafaları fosforik asit kalıntısı içerir. Fosfolipidlere ek olarak glikolipidler (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).
Çoğu zaman (özellikle hücre organellerinin zarlarında) enzimler belirli bir sıraya yerleştirilir, böylece bir enzim tarafından katalize edilen reaksiyon ürünleri ikinciye, sonra üçüncüye vb. Hareket eder. Yüzey proteinlerini stabilize eden bir konveyör oluşturulur, çünkü bunlar enzimlerin lipit çift katmanı boyunca yüzmesine izin verir. Hücre zarı sınırlayıcı (bariyer) görevi görür.çevre
ve aynı zamanda taşıma işlevi.
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 konsantrasyonlu bir alana (difüzyon) hareketini içerir. Örneğin gazlar (CO 2 , O 2 ) yayılır. Konsantrasyon gradyanına karşı da taşıma vardır, ancak enerji tüketimi vardır. Taşıma pasif olabilir ve kolaylaştırılabilir (bir taşıyıcı tarafından desteklendiğinde).
Pasif difüzyon
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 yaklaşan 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 edildiği bilgisini 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.
Membranlar son derece viskoz ve aynı zamanda tüm canlı hücreleri çevreleyen plastik yapılardır. Fonksiyonlar hücre zarları:
1. Plazma zarı, hücre dışı ve hücre içi ortamın farklı bileşimini koruyan bir bariyerdir.
2. Zarlar 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 zarlarda lokalizedir.
Membranların yapısı ve bileşimi
Membranın temeli, oluşumu fosfolipitleri ve glikolipitleri içeren çift lipit tabakasıdır. Lipid çift katmanı, hidrofobik radikalleri içe doğru gizlenmiş ve hidrofilik gruplar dışarıya bakan ve sulu ortamla temas halinde olan iki sıra lipitten oluşur. Protein molekülleri, lipit çift katmanında olduğu gibi "çözünür".
Membran lipitlerinin yapısı
Membran lipitleri amfifilik moleküllerdir, çünkü molekül hem hidrofilik bir bölgeye (kutup başları) hem de kendiliğinden bir çift katman oluşturan yağ asitlerinin hidrokarbon radikalleri ile temsil edilen bir hidrofobik bölgeye sahiptir. Membranlar üç ana tip lipit içerir: fosfolipitler, glikolipitler ve kolesterol.
Lipid bileşimi farklıdır. Belirli bir lipidin içeriği, görünüşe göre, bu lipidlerin membranlarda gerçekleştirdiği çeşitli işlevler tarafından belirlenir.
Fosfolipitler. Tüm fosfolipidler iki gruba ayrılabilir: gliserofosfolipitler ve sfingofosfolipitler. Gliserofosfolipidler fosfatidik asit türevleri olarak sınıflandırılır. En yaygın gliserofosfolipitler fosfatidilkolinler ve fosfatidiletanolaminlerdir. Sfingofosfolipidler amino alkol sfingozine dayanmaktadır.
Glikolipidler. Glikolipidlerde hidrofobik kısım alkol seramid ile temsil edilir ve hidrofilik kısım bir karbonhidrat kalıntısı ile temsil edilir. Karbonhidrat kısmının uzunluğuna ve yapısına bağlı olarak serebrosidler ve gangliosidler ayırt edilir. Glikolipidlerin polar “başları” plazma membranlarının dış yüzeyinde bulunur.
Kolesterol (CS). CS, hayvan hücrelerinin tüm zarlarında bulunur. Molekülü sert bir hidrofobik çekirdek ve esnek bir hidrokarbon zincirinden oluşur. 3-pozisyonundaki tek hidroksil grubu “kutup başı”dır. Bir hayvan hücresinde kolesterol/fosfolipitlerin ortalama molar oranı 0,3-0,4 iken, plazma zarında bu oran çok daha yüksektir (0,8-0,9). Membranlarda kolesterol varlığı, yağ asitlerinin hareketliliğini azaltır, lipitlerin yanal difüzyonunu azaltır ve dolayısıyla membran proteinlerinin fonksiyonlarını etkileyebilir.
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. Membranlar, likidite (akışkanlık), lipitlerin ve proteinlerin hareket etme yeteneği ile karakterize edilir. İki tür fosfolipit hareketi mümkündür: takla atma (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. dışarısı içeriye dönüşür ve bunun tersi de geçerlidir. Bu tür sıçramalar enerji tüketimiyle ilişkilidir. Daha sık olarak, eksen etrafında dönüşler (dönme) ve yanal yayılma gözlenir - membran yüzeyine paralel katman içinde hareket. Moleküllerin hareket hızı, membranların mikroviskozitesine bağlıdır ve bu da, lipit bileşimindeki doymuş ve doymamış yağ asitlerinin göreceli içeriği ile belirlenir. Lipid bileşiminde doymamış yağ asitleri baskınsa mikroviskozite daha düşük, doymuş yağ asitlerinin içeriği yüksekse daha yüksektir.
3. Membran asimetrisi. Aynı zarın yüzeyleri, lipitlerin, proteinlerin ve karbonhidratların bileşimi bakımından farklılık gösterir (enine asimetri). Örneğin, dış katmanda fosfatidilkolinler baskınken, iç katmanda fosfatidiletanolaminler ve fosfatidilserinler baskındır. Glikoproteinlerin ve glikolipitlerin 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 fosfolipitleri, membran proteinleri için bir çözücü görevi görerek, ikincisinin işlev görebileceği bir mikro ortam yaratır. Proteinler membran kütlesinin %30 ila %70'ini oluşturur. 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 bir kez geçer (glikoforin), diğerleri zarı birçok kez geçer. Örneğin, retinal fotoreseptör ve β2-adrenerjik reseptör çift tabakayı 7 kez geçer.
Tüm membranların dış yüzeyinde bulunan periferik proteinler ve integral proteinlerin alanları neredeyse her zaman glikosile edilmiştir. Oligosakarit kalıntıları, proteini proteolizden korur ve aynı zamanda ligand tanıma veya yapışmada da rol oynar.
Hücre zarı, hücrenin inşa edildiği düzlemsel yapıdır. Tüm organizmalarda bulunur. Eşsiz özellikleri hücrelerin hayati aktivitesini sağlar.
Membran türleri
Üç tip hücre zarı vardır:
- harici;
- nükleer;
- organel zarları.
Dış sitoplazmik membran hücrenin sınırlarını oluşturur. Bitkilerde, mantarlarda ve bakterilerde bulunan hücre duvarı veya zarı ile karıştırılmamalıdır.
Hücre duvarı ile hücre zarı arasındaki fark, önemli ölçüde daha fazla kalınlığı ve koruyucu fonksiyonun değişim fonksiyonuna üstün gelmesidir. Membran hücre duvarının altında bulunur.
Nükleer membran, çekirdeğin içeriğini sitoplazmadan ayırır.
EN İYİ 4 makalebununla birlikte okuyanlar
Hücre organelleri arasında şekli bir veya iki zardan oluşan organeller vardır:
- mitokondri;
- plastidler;
- kofullar;
- Golgi kompleksi;
- lizozomlar;
- endoplazmik retikulum (ER).
Membran yapısı
Modern kavramlara göre hücre zarının yapısı sıvı mozaik model kullanılarak anlatılmaktadır. Membranın temeli, bir düzlem oluşturan iki seviyeli lipit molekülünden oluşan bir bilipid tabakasıdır. Bilipid tabakasının her iki yanında protein molekülleri bulunur. Bazı proteinler bilipid tabakasına gömülüdür, bazıları ise içinden geçer.
Pirinç. 1. Hücre zarı.
Hayvan hücrelerinin zarının yüzeyinde bir karbonhidrat kompleksi bulunur. Bir hücreyi mikroskop altında incelerken, zarın sürekli hareket halinde olduğu ve yapı olarak heterojen olduğu fark edildi.
Membran hem morfolojik hem de fonksiyonel anlamda bir mozaiktir, çünkü çeşitli bölümleri çeşitli maddeler ve farklı fizyolojik özelliklere sahiptirler.
Özellikler ve İşlevler
Herhangi bir sınır yapısı koruyucu ve değişim işlevlerini yerine getirir. Bu her türlü membran için geçerlidir.
Bu işlevlerin uygulanması aşağıdaki özelliklerle kolaylaştırılmıştır:
- plastik;
- iyileşme yeteneği yüksek;
- yarı geçirgenlik.
Yarı geçirgenliğin özelliği, bazı maddelerin zardan geçmesine izin verilmemesi, bazılarının ise serbestçe geçmesidir. Membranın kontrol fonksiyonu bu şekilde gerçekleştirilir.
Ayrıca dış zar, çok sayıda büyüme ve hücreler arası boşluğu dolduran yapışkan bir maddenin salınması nedeniyle hücreler arasındaki iletişimi sağlar.
Maddelerin membrandan taşınması
Maddeler dış zardan aşağıdaki yollarla girer:
- enzimlerin yardımıyla gözeneklerden;
- doğrudan membrandan;
- pinositoz;
- fagositoz.
İlk iki yöntem iyonları ve küçük molekülleri taşımak için kullanılır. Büyük moleküller hücreye pinositoz (sıvı formda) ve fagositoz (katı formda) yoluyla girer.
Pirinç. 2. Pino ve fagositoz şeması.
Zar, yiyecek parçacığının etrafını sarar ve onu sindirim vakuolüne kilitler.
Su ve iyonlar pasif taşıma yoluyla enerji harcamadan hücreye geçer. Büyük moleküller aktif taşıma yoluyla hareket ederek enerji kaynaklarını tüketirler.
Hücre içi taşıma
Hücre hacminin %30 ila %50'si endoplazmik retikulum tarafından işgal edilir. Bu, hücrenin tüm bölümlerini birbirine bağlayan ve maddelerin hücre içi düzenli taşınmasını sağlayan bir tür boşluk ve kanal sistemidir.
Pirinç. 3. EPS çizimi.
Böylece, önemli miktarda hücre zarı kütlesi ER'de yoğunlaşmıştır.
Ne öğrendik?
Biyolojide hücre zarının ne olduğunu öğrendik. Bu, tüm canlı hücrelerin üzerine inşa edildiği yapıdır. Hücredeki önemi şudur: organellerin, çekirdeğin ve bir bütün olarak hücrenin alanını sınırlamak, maddelerin hücreye ve çekirdeğe seçici akışını sağlamak. Membran lipid ve protein moleküllerinden oluşur.
Konuyla ilgili deneme
Raporun değerlendirilmesi
Ortalama derecelendirme: 4.7. Alınan toplam puan: 305.
Gezegenimizdeki tüm canlıların hücrelerden, bu sayısız "" organik maddeden oluştuğu bir sır değil. Hücreler ise özel bir koruyucu kabukla (hücrenin yaşamında çok önemli bir rol oynayan bir zar) çevrelenir ve hücre zarının işlevleri yalnızca hücreyi korumakla sınırlı değildir, aynı zamanda bir kompleksi temsil eder. Hücrenin üremesi, beslenmesi ve yenilenmesinde rol oynayan mekanizma.
Hücre zarı nedir
"Membran" kelimesinin kendisi Latince'den "film" olarak çevrilmiştir, ancak membran sadece bir hücrenin sarıldığı bir tür film değil, birbirine bağlı ve farklı özelliklere sahip iki filmin birleşimidir. Aslında hücre zarı, her hücreyi komşu hücrelerden ve çevreden ayıran, hücrelerle çevre arasında kontrollü alışverişi gerçekleştiren üç katmanlı bir lipoprotein (yağ-protein) zarıdır, hücre zarının ne olduğunun akademik tanımıdır. öyle.
Membranın önemi çok büyüktür, çünkü sadece bir hücreyi diğerinden ayırmakla kalmaz, aynı zamanda hücrenin hem diğer hücrelerle hem de çevreyle etkileşimini sağlar.
Hücre zarı araştırmalarının tarihi
Hücre zarı çalışmalarına önemli bir katkı, 1925 yılında iki Alman bilim adamı Gorter ve Grendel tarafından yapıldı. O zaman, kırmızı kan hücreleri - eritrositler üzerinde karmaşık bir biyolojik deney yapmayı başardılar; bu sırada bilim adamları, tek bir yığın halinde istifledikleri ve yüzey alanını ölçtükleri sözde "gölgeler", boş eritrosit kabuklarını elde ettiler ve ayrıca içlerindeki lipit miktarını hesapladı. Bilim adamları, elde edilen lipit miktarına dayanarak bunların hücre zarının çift katmanını kaplamaya yetecek kadar olduğu sonucuna vardılar.
1935'te hücre zarı araştırmacılarından başka bir çift, bu kez Amerikalı Daniel ve Dawson, bir dizi uzun deneyden sonra hücre zarındaki protein içeriğini belirlediler. Membranın neden bu kadar yüksek bir yüzey gerilimine sahip olduğunu açıklamanın başka yolu yoktu. Bilim adamları, ekmeğin rolünün homojen lipit-protein katmanları tarafından oynandığı ve aralarında yağ yerine boşluk bulunan sandviç biçiminde bir hücre zarı modelini akıllıca sundular.
1950'de elektroniğin gelişiyle birlikte Daniel ve Dawson'ın teorisi pratik gözlemlerle doğrulandı - hücre zarının mikrograflarında, lipit ve protein baş katmanları ve ayrıca aralarındaki boş alan açıkça görülüyordu.
1960 yılında Amerikalı biyolog J. Robertson, hücre zarlarının üç katmanlı yapısı hakkında, uzun süre tek doğru kabul edilen bir teori geliştirdi, ancak daha fazla gelişme bilimin yanılmazlığı konusunda şüpheler ortaya çıkmaya başladı. Yani, örneğin bakış açısından bakıldığında, hücrelerin gerekli besinleri tüm "sandviç" boyunca taşıması zor ve emek yoğun olacaktır.
Ve ancak 1972'de Amerikalı biyologlar S. Singer ve G. Nicholson, hücre zarının yeni bir sıvı-mozaik modelini kullanarak Robertson'un teorisindeki tutarsızlıkları açıklayabildiler. Özellikle hücre zarının bileşiminin homojen olmadığını, üstelik asimetrik olduğunu ve sıvıyla dolu olduğunu bulmuşlardır. Ayrıca hücreler sürekli hareket halindedir. Hücre zarının bir parçası olan meşhur proteinler ise farklı yapı ve işlevlere sahiptir.
Hücre zarının özellikleri ve görevleri
Şimdi hücre zarının hangi işlevleri yerine getirdiğine bakalım:
Hücre zarının bariyer işlevi, hücrenin sınırlarını koruyan, zararlı veya basitçe uygunsuz moleküllerin geçmesine izin vermeyen ve geciktiren, gerçek bir sınır muhafızı olan zardır.
Hücre zarının taşıma işlevi - zar yalnızca hücre kapısında bir sınır muhafızı değil, aynı zamanda bir tür gümrük kontrol noktasıdır; faydalı maddeler onun aracılığıyla sürekli olarak diğer hücrelerle ve çevreyle değiş tokuş edilir.
Matris işlevi - birbirine göre konumu belirleyen ve aralarındaki etkileşimi düzenleyen hücre zarıdır.
Mekanik fonksiyon - bir hücrenin diğerinden sınırlandırılmasından ve aynı zamanda hücrelerin birbirine doğru şekilde bağlanmasından ve bunların homojen bir doku halinde oluşturulmasından sorumludur.
Hücre zarının koruyucu işlevi, hücrenin koruyucu kalkanını oluşturmanın temelini oluşturur. Doğada bu fonksiyonun bir örneği sert ağaç, yoğun bir kabuk, koruyucu bir kabuk olabilir; bunların hepsi de zarın koruyucu fonksiyonundan kaynaklanmaktadır.
Enzimatik fonksiyon, hücredeki belirli proteinler tarafından gerçekleştirilen bir diğer önemli fonksiyondur. Örneğin bu fonksiyon sayesinde bağırsak epitelinde sindirim enzimlerinin sentezi meydana gelir.
Ayrıca tüm bunlara ek olarak hücre zarı üzerinden hücresel değişim gerçekleşir ve bu değişim üç farklı reaksiyonla gerçekleşebilir:
- Fagositoz, membrana gömülü fagosit hücrelerinin çeşitli besinleri yakalayıp sindirdiği bir hücresel değişimdir.
- Pinositoz, kendisiyle temas halinde olan sıvı moleküllerin hücre zarı tarafından yakalanma işlemidir. Bunu yapmak için, zarın yüzeyinde, bir sıvı damlasını çevreliyormuş gibi görünen, bir kabarcık oluşturan ve daha sonra zar tarafından "yutulan" özel dallar oluşturulur.
- Ekzositoz, bir hücrenin salgılayıcı fonksiyonel bir sıvıyı zar yoluyla yüzeye saldığı ters bir süreçtir.
Hücre zarının yapısı
Hücre zarında üç sınıf lipit vardır:
- fosfolipidler (yağların bir kombinasyonu olan ve),
- glikolipitler (yağlar ve karbonhidratların bir kombinasyonu),
- kolesterol
Fosfolipitler ve glikolipitler ise iki uzun hidrofobik kuyruğun uzandığı hidrofilik bir kafadan oluşur. Kolesterol bu kuyrukların arasındaki boşluğu doldurarak onların bükülmesini engeller; tüm bunlar bazı durumlarda bazı hücrelerin zarlarını çok sert hale getirir. Tüm bunların yanı sıra kolesterol molekülleri hücre zarının yapısını düzenler.
Ancak öyle de olsa hücre zarı yapısının en önemli kısmı protein, daha doğrusu farklı önemli roller oynayan farklı proteinlerdir. Membranın içerdiği proteinlerin çeşitliliğine rağmen onları birleştiren bir şey vardır: Halka şeklindeki lipitler, tüm zar proteinlerinin çevresinde bulunur. Halka şeklindeki lipitler, proteinler için bir tür koruyucu kabuk görevi gören ve onsuz çalışamayacakları özel yapılandırılmış yağlardır.
Hücre zarının yapısı üç katmandan oluşur: Hücre zarının temeli homojen bir sıvı bilipid tabakasıdır. Proteinler onu her iki taraftan bir mozaik gibi kaplar. Yukarıda açıklanan işlevlere ek olarak, zarın sıvı katmanından geçemeyen maddelerin zardan geçtiği özel kanalların rolünü de proteinler oynar. Bunlar arasında örneğin potasyum ve sodyum iyonları bulunur; bunların zardan nüfuz etmesi için doğa, hücre zarlarında özel iyon kanalları sağlar. Yani proteinler hücre zarlarının geçirgenliğini sağlar.
Hücre zarına mikroskopla baktığımızda, üzerinde proteinlerin denizdeymiş gibi yüzdüğü, küçük küresel moleküllerden oluşan bir lipit tabakası görürüz. Artık hücre zarını hangi maddelerin oluşturduğunu biliyorsunuz.
Hücre zarı videosu
Ve son olarak hücre zarı ile ilgili eğitici bir video.
Bu makale şu adreste mevcuttur: İngilizce – .
Hücrenin yapısına bağlı olarak tüm canlı organizmalar üç gruba ayrılır (bkz. Şekil 1):
1. Prokaryotlar (nükleer olmayan)
2. Ökaryotlar (nükleer)
3. Virüsler (hücresel olmayan)
Pirinç. 1. Canlı organizmalar
Bu derste bitkileri, mantarları ve hayvanları içeren ökaryotik organizmaların hücrelerinin yapısını incelemeye başlayacağız. Hücreleri, prokaryotların hücrelerine kıyasla yapı olarak en büyük ve daha karmaşıktır.
Bilindiği gibi hücreler bağımsız faaliyet gösterme yeteneğine sahiptir. Çevreyle madde ve enerji alışverişinde bulunabilir, büyüyüp çoğalabilirler, bu nedenle hücrenin iç yapısı çok karmaşıktır ve öncelikle hücrenin çok hücreli bir organizmada gerçekleştirdiği işleve bağlıdır.
Tüm hücrelerin yapım prensipleri aynıdır. Her ökaryotik hücrede aşağıdaki ana kısımlar ayırt edilebilir (bkz. Şekil 2):
1. Hücre içeriğini dış ortamdan ayıran dış zar.
2. Organelli sitoplazma.
Pirinç. 2. Ökaryotik hücrenin ana kısımları
"Membran" terimi yaklaşık yüz yıl önce hücrenin sınırlarını belirtmek için önerildi, ancak elektron mikroskobunun gelişmesiyle hücre zarının hücrenin yapısal elemanlarının bir parçası olduğu açıkça ortaya çıktı.
1959'da J.D. Robertson, temel zarın yapısı hakkında, hayvanların ve bitkilerin hücre zarlarının aynı tipe göre inşa edildiğine dair bir hipotez formüle etti.
1972'de Singer ve Nicholson bunu önerdi ve bu artık genel olarak kabul görüyor. Bu modele göre, herhangi bir zarın temeli çift katmanlı fosfolipidlerden oluşur.
Fosfolipidler (bir fosfat grubu içeren bileşikler), bir polar baş ve iki polar olmayan kuyruktan oluşan moleküllere sahiptir (bkz. Şekil 3).
Pirinç. 3. Fosfolipit
Fosfolipid çift katmanında, hidrofobik yağ asidi kalıntıları içe doğru bakar ve fosforik asit kalıntısı da dahil olmak üzere hidrofilik başlıklar dışarı bakar (bkz. Şekil 4).
Pirinç. 4. Fosfolipid çift katmanı
Fosfolipid çift katmanı dinamik bir yapı olarak sunulur; lipitler hareket ederek konumlarını değiştirebilir.
Çift katmanlı lipitler, zarın bariyer fonksiyonunu sağlayarak hücre içeriğinin yayılmasını önler ve toksik maddelerin hücreye girmesini engeller.
Hücre ile çevre arasında bir sınır zarının varlığı, elektron mikroskobunun ortaya çıkışından çok önce biliniyordu. Fiziksel kimyacılar plazma zarının varlığını reddettiler ve canlı koloidal içerikler ile çevre arasında bir arayüz olduğuna inandılar, ancak Pfeffer (Alman botanikçi ve bitki fizyoloğu) 1890'da bunun varlığını doğruladı.
Geçen yüzyılın başında Overton (İngiliz fizyolog ve biyolog), birçok maddenin kırmızı kan hücrelerine nüfuz etme hızının, bunların lipitlerdeki çözünürlüğüyle doğru orantılı olduğunu keşfetti. Bu bağlamda bilim adamı, zarın büyük miktarda lipit ve madde içerdiğini, içinde çözündüğünü, içinden geçtiğini ve zarın diğer tarafına ulaştığını öne sürdü.
1925'te Gorter ve Grendel (Amerikalı biyologlar) kırmızı kan hücrelerinin hücre zarından lipitleri izole ettiler. Ortaya çıkan lipitleri suyun yüzeyine bir molekül kalınlığında dağıttılar. Lipid tabakasının kapladığı yüzey alanının, kırmızı kan hücresinin alanının iki katı olduğu ortaya çıktı. Dolayısıyla bu bilim adamları, hücre zarının bir değil iki kat lipitten oluştuğu sonucuna vardılar.
Dawson ve Danielli (İngiliz biyologlar) 1935'te hücre zarlarındaki lipit bimoleküler katmanın iki protein molekülü katmanı arasına sıkıştırıldığını öne sürdüler (bkz. Şekil 5).
Pirinç. 5. Dawson ve Danielli tarafından önerilen membran modeli
Elektron mikroskobunun ortaya çıkışıyla zarın yapısını tanıma fırsatı doğdu ve daha sonra hayvanların ve hayvanların zarlarının olduğu keşfedildi. bitki hücreleriüç katmanlı bir yapıya benziyor (bkz. Şekil 6).
Pirinç. 6. Mikroskop altında hücre zarı
1959'da biyolog J.D. Robertson, o dönemde mevcut olan verileri birleştirerek, "temel zarın" yapısı hakkında bir hipotez öne sürdü ve bu hipotezde, tüm biyolojik zarlar için ortak bir yapı olduğunu öne sürdü.
Robertson'un “temel zar”ın yapısına ilişkin önermeleri
1. Tüm membranların kalınlığı yaklaşık 7,5 nm'dir.
2. Elektron mikroskobunda hepsi üç katmanlı görünür.
3. Membranın üç katmanlı görünümü, Dawson ve Danielli modeli tarafından sağlanan proteinlerin ve polar lipitlerin tam olarak düzenlenmesinin sonucudur - merkezi lipit çift katmanı, iki protein katmanı arasına sıkıştırılmıştır.
“Temel zar”ın yapısına ilişkin bu hipotez çeşitli değişikliklere uğradı ve 1972'de ortaya atıldı. akışkan mozaik membran modeli(bkz. Şekil 7), bu artık genel olarak kabul edilmektedir.
Pirinç. 7. Sıvı mozaik membran modeli
Protein molekülleri zarın lipit çift katmanına batırılır; hareketli bir mozaik oluştururlar. Membrandaki konumlarına ve lipit çift katmanıyla etkileşim yöntemine bağlı olarak proteinler aşağıdakilere ayrılabilir:
- yüzeysel (veya çevresel) lipit çift katmanının hidrofilik yüzeyi ile ilişkili membran proteinleri;
- integral (zar)Çift tabakanın hidrofobik bölgesine gömülü proteinler.
İntegral proteinler, çift tabakanın hidrofobik bölgesine gömülme derecelerine göre farklılık gösterir. Tamamen suya daldırılabilirler ( integral) veya kısmen su altında ( yarı integral) ve ayrıca membrana nüfuz edebilir ( zar ötesi).
Membran proteinleri fonksiyonlarına göre iki gruba ayrılabilir:
- yapısal proteinler. Hücre zarlarının bir parçasıdırlar ve yapılarının korunmasına katılırlar.
- dinamik proteinler. Membranların üzerinde bulunurlar ve üzerinde meydana gelen işlemlere katılırlar.
Dinamik proteinlerin üç sınıfı vardır.
1. Reseptör. Hücre, bu proteinlerin yardımıyla yüzeyindeki çeşitli etkileri algılar. Yani, hücrenin veya zarın içindeki çeşitli süreçleri değiştirmek için bir sinyal görevi gören, zarın dışındaki hormonlar, nörotransmitterler ve toksinler gibi bileşikleri spesifik olarak bağlarlar.
2. Taşıma. Bu proteinler belirli maddeleri zar boyunca taşırlar ve aynı zamanda çeşitli iyonların hücre içine ve dışına taşındığı kanalları da oluştururlar.
3. enzimatik. Bunlar membranda bulunan ve çeşitli kimyasal işlemlere katılan enzim proteinleridir.
Maddelerin membrandan taşınması
Lipid çift katmanları birçok maddeye karşı büyük ölçüde geçirimsizdir, bu nedenle maddelerin zar boyunca taşınması için büyük miktarda enerji gerekir ve ayrıca çeşitli yapıların oluşumu da gereklidir.
İki tür taşıma vardır: pasif ve aktif.
Pasif taşıma
Pasif taşıma, moleküllerin konsantrasyon gradyanı boyunca aktarılmasıdır. Yani, yalnızca aktarılan maddenin zarın karşıt taraflarındaki konsantrasyonundaki farkla belirlenir ve enerji harcamadan gerçekleştirilir.
İki tür pasif taşıma vardır:
- basit difüzyon(bkz. Şekil 8), bir membran proteininin katılımı olmadan meydana gelir. Basit difüzyon mekanizması, gazların (oksijen ve karbon dioksit), suyun ve bazı basit organik iyonların zarlar arası transferini gerçekleştirir. Basit difüzyonun hızı düşüktür.
Pirinç. 8. Basit yayılma
- kolaylaştırılmış difüzyon(bkz. Şekil 9), taşıyıcı proteinlerin katılımıyla meydana gelmesi nedeniyle basit olandan farklıdır. Bu süreç spesifiktir ve basit difüzyondan daha yüksek bir oranda gerçekleşir.
Pirinç. 9. Kolaylaştırılmış difüzyon
İki tip membran taşıma proteini bilinmektedir: taşıyıcı proteinler (translokazlar) ve kanal oluşturucu proteinler. Taşıma proteinleri belirli maddeleri bağlar ve bunları konsantrasyon gradyanları boyunca zar boyunca taşır ve dolayısıyla bu süreç, basit difüzyonda olduğu gibi, ATP enerjisinin harcanmasını gerektirmez.
Besin parçacıkları membrandan geçemez; hücreye endositoz yoluyla girerler (bkz. Şekil 10). Endositoz sırasında plazma zarı girintiler ve çıkıntılar oluşturur ve katı yiyecek parçacıklarını yakalar. Besin bolusunun etrafında bir vakuol (veya vezikül) oluşur, bu daha sonra plazma zarından ayrılır ve vakuoldeki katı parçacık hücrenin içine girer.
Pirinç. 10. Endositoz
İki tip endositoz vardır.
1. Fagositoz- katı parçacıkların emilmesi. Fagositoz yapan özelleşmiş hücrelere denir fagositler.
2. Pinositoz- sıvı malzemenin emilmesi (çözelti, koloidal çözelti, süspansiyon).
Ekzositoz(bkz. Şekil 11) endositozun ters sürecidir. Hücrede sentezlenen hormonlar gibi maddeler, hücre zarına oturan zar kesecikleri içinde paketlenir, içine gömülür ve keseciğin içeriği hücreden salınır. Aynı şekilde hücre ihtiyaç duymadığı atık maddelerden de kurtulabilir.
Pirinç. 11. Ekzositoz
Aktif taşıma
Kolaylaştırılmış difüzyondan farklı olarak aktif taşıma, maddelerin konsantrasyon gradyanına karşı hareketidir. Bu durumda maddeler konsantrasyonun düşük olduğu bölgeden konsantrasyonun yüksek olduğu bölgeye doğru hareket eder. Bu hareket normal difüzyonun tersi yönde gerçekleştiğinden hücrenin bu süreçte enerji harcaması gerekir.
Aktif taşıma örnekleri arasında en iyi çalışılanı, sodyum-potasyum pompası olarak adlandırılan pompadır. Bu pompa, sodyum iyonlarını hücre dışına pompalar ve potasyum iyonlarını hücre içine pompalar. ATP enerjisi.
1. Yapısal (hücre zarı hücreyi çevreden ayırır).
2. Taşıma (maddeler hücre zarından taşınır ve hücre zarı oldukça seçici bir filtredir).
3. Reseptör (Zarın yüzeyinde bulunan reseptörler dış etkileri algılar ve bu bilgiyi hücrenin içine ileterek ortamdaki değişikliklere hızlı bir şekilde yanıt vermesini sağlar).
Yukarıdakilere ek olarak, membran aynı zamanda metabolik ve enerji dönüştürme fonksiyonlarını da yerine getirir.
Metabolik fonksiyon
Biyolojik membranlar, çoğu enzimin membranlarla ilişkili olması nedeniyle hücredeki maddelerin metabolik dönüşüm süreçlerine doğrudan veya dolaylı olarak katılır.
Enzimlerin membrandaki lipit ortamı, onların işleyişi için belirli koşullar yaratır, membran proteinlerinin aktivitesine kısıtlamalar getirir ve dolayısıyla metabolik süreçler üzerinde düzenleyici bir etkiye sahiptir.
Enerji dönüşüm fonksiyonu
Birçok biyomembranın en önemli işlevi bir enerji formunu diğerine dönüştürmektir.
Enerji dönüştüren zarlar, mitokondrinin iç zarlarını ve kloroplastların tilakoidlerini içerir (bkz. Şekil 12).
Pirinç. 12. Mitokondri ve kloroplast
Referanslar
- Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Genel biyoloji 10-11. sınıf Bustard, 2005.
- Biyoloji. 10. sınıf. Genel biyoloji. Temel seviye/ P.V. Izhevsky, O.A. Kornilova, T.E. Loschchilina ve diğerleri - 2. baskı, revize edildi. - Ventana-Graf, 2010. - 224 s.
- Belyaev D.K. Biyoloji 10-11 sınıf. Genel biyoloji. Temel seviye. - 11. baskı, stereotip. - M.: Eğitim, 2012. - 304 s.
- Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biyoloji 10-11. sınıf. Genel biyoloji. Temel seviye. - 6. baskı, ekleyin. - Bustard, 2010. - 384 s.
- Ayzdorov.ru ().
- Youtube.com().
- Doktor-v.ru ().
- Hayvanlar-world.ru ().
Ev ödevi
- Hücre zarının yapısı nedir?
- Lipidler hangi özelliklerinden dolayı zar oluşturabilmektedir?
- Proteinler hangi işlevlerden dolayı maddelerin zardan taşınmasına katılabilir?
- Plazma zarının görevlerini listeler.
- Nasıl oluyor pasif taşıma membran yoluyla mı?
- Zardan aktif taşıma nasıl gerçekleşir?
- Sodyum-potasyum pompasının işlevi nedir?
- Fagositoz, pinositoz nedir?