მათ შორის უჯრედის მემბრანის ძირითადი ფუნქციები შეიძლება განვასხვავოთ, როგორც ბარიერი, სატრანსპორტო, ფერმენტული და რეცეპტორული.. უჯრედის (ბიოლოგიური) მემბრანა (აგრეთვე პლაზმალემა, პლაზმა ან ციტოპლაზმური მემბრანა) იცავს უჯრედის შიგთავსს ან მის ორგანელებს გარემოსგან, უზრუნველყოფს ნივთიერებების შერჩევით გამტარიანობას, მასზე განლაგებულია ფერმენტები, აგრეთვე მოლეკულები, რომლებსაც შეუძლიათ სხვადასხვა სახის "დაჭერა". ქიმიური და ფიზიკური სიგნალები.

ამ ფუნქციას უზრუნველყოფს უჯრედის მემბრანის სპეციალური სტრუქტურა.

დედამიწაზე სიცოცხლის ევოლუციისას უჯრედი, ზოგადად, შეიძლება ჩამოყალიბდეს მხოლოდ მემბრანის გამოჩენის შემდეგ, რომელიც გამოყოფს და სტაბილიზებს შიდა შიგთავსს, რაც ხელს უშლის მის დაშლას.

ჰომეოსტაზის შენარჩუნების თვალსაზრისით (შინაგანი გარემოს შედარებითი მუდმივობის თვითრეგულირება) უჯრედის მემბრანის ბარიერი ფუნქცია მჭიდრო კავშირშია ტრანსპორტთან.

მცირე მოლეკულებს შეუძლიათ პლაზმალმაში გავლა ყოველგვარი „დამხმარეების“ გარეშე, კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ, ანუ მოცემული ნივთიერების მაღალი კონცენტრაციის რეგიონიდან დაბალი კონცენტრაციის რეგიონში. ეს ეხება, მაგალითად, სუნთქვაში ჩართულ გაზებს. ჟანგბადი და ნახშირორჟანგი უჯრედის მემბრანაში ვრცელდება იმ მიმართულებით, სადაც მათი კონცენტრაცია ამჟამად დაბალია.

ვინაიდან მემბრანა ძირითადად ჰიდროფობიურია (ორმაგი ლიპიდური შრის გამო), პოლარული (ჰიდროფილური) მოლეკულები, თუნდაც მცირე, ხშირად ვერ შეაღწევენ მასში. ამრიგად, მემბრანული ცილების რიგი მოქმედებენ, როგორც ასეთი მოლეკულების მატარებლები, აკავშირებენ მათ და ატარებენ მათ პლაზმალემაში.

ინტეგრალური (მემბრანში შეღწევადი) ცილები ხშირად მოქმედებენ არხების გახსნისა და დახურვის პრინციპით. როდესაც რომელიმე მოლეკულა უახლოვდება ასეთ ცილას, ის უერთდება მას და არხი იხსნება. ეს ან სხვა ნივთიერება გადის ცილოვან არხში, რის შემდეგაც იცვლება მისი კონფორმაცია და არხი იხურება ამ ნივთიერებისთვის, მაგრამ შეიძლება გაიხსნას სხვის გასასვლელად. ნატრიუმ-კალიუმის ტუმბო ამ პრინციპით მუშაობს, კალიუმის იონების გადატუმბვას უჯრედში და ნატრიუმის იონების ამოტუმბვას მისგან.

უჯრედის მემბრანის ფერმენტული ფუნქციაუფრო მეტად განხორციელებულია უჯრედის ორგანელების მემბრანებზე. უჯრედში სინთეზირებული ცილების უმეტესობა ასრულებს ფერმენტულ ფუნქციას. მემბრანაზე გარკვეული თანმიმდევრობით სხედან, ისინი აწყობენ კონვეიერს, როდესაც ერთი ფერმენტის ცილის მიერ კატალიზებული რეაქციის პროდუქტი მეორეზე გადადის. ასეთი „მილსადენი“ ასტაბილურებს პლაზმალემის ზედაპირულ ცილებს.

მიუხედავად ყველა ბიოლოგიური მემბრანის სტრუქტურის უნივერსალურობისა (ისინი აგებულია ერთი პრინციპის მიხედვით, ისინი თითქმის ერთნაირია ყველა ორგანიზმში და სხვადასხვა მემბრანული უჯრედის სტრუქტურაში), მათი ქიმიური შემადგენლობა მაინც შეიძლება განსხვავდებოდეს. უფრო თხევადი და უფრო მყარია, ზოგს მეტი გარკვეული ცილები აქვს, ზოგს ნაკლები. გარდა ამისა, ერთი და იგივე მემბრანის სხვადასხვა მხარე (შიდა და გარე) ასევე განსხვავდება.

მემბრანას, რომელიც გარს აკრავს უჯრედს (ციტოპლაზმურს) გარედან აქვს მრავალი ნახშირწყლოვანი ჯაჭვი მიმაგრებული ლიპიდებთან ან პროტეინებთან (შედეგად, წარმოიქმნება გლიკოლიპიდები და გლიკოპროტეინები). ამ ნახშირწყლებიდან ბევრია რეცეპტორის ფუნქციაგარკვეული ჰორმონებისადმი მგრძნობიარეა, გარემოში ფიზიკური და ქიმიური მაჩვენებლების ცვლილებების აღრიცხვა.

თუ, მაგალითად, ჰორმონი აკავშირებს მის უჯრედულ რეცეპტორს, მაშინ რეცეპტორის მოლეკულის ნახშირწყლების ნაწილი ცვლის მის სტრუქტურას, რასაც მოჰყვება მემბრანაში შემავალი ასოცირებული ცილის ნაწილის სტრუქტურის ცვლილება. შემდეგ ეტაპზე უჯრედში იწყება ან ჩერდება სხვადასხვა ბიოქიმიური რეაქცია, ანუ იცვლება მისი მეტაბოლიზმი და იწყება უჯრედული რეაქცია „გამაღიზიანებელზე“.

გარდა უჯრედის მემბრანის ჩამოთვლილი ოთხი ფუნქციისა, გამოიყოფა სხვა: მატრიცა, ენერგია, მარკირება, უჯრედშორისი კონტაქტების ფორმირება და ა.შ. თუმცა ისინი უკვე განხილულთა „ქვეფუნქციებად“ შეიძლება ჩაითვალოს.

ცოცხალი ორგანიზმის ძირითადი სტრუქტურული ერთეული არის უჯრედი, რომელიც წარმოადგენს ციტოპლაზმის დიფერენცირებულ მონაკვეთს, რომელიც გარშემორტყმულია უჯრედის მემბრანით. იმის გათვალისწინებით, რომ უჯრედი ასრულებს ბევრ მნიშვნელოვან ფუნქციას, როგორიცაა რეპროდუქცია, კვება, მოძრაობა, გარსი უნდა იყოს პლასტიკური და მკვრივი.

უჯრედის მემბრანის აღმოჩენისა და კვლევის ისტორია

1925 წელს გრენდელმა და გორდერმა ჩაატარეს წარმატებული ექსპერიმენტი ერითროციტების ანუ ცარიელი გარსების „ჩრდილების“ ამოცნობისთვის. დაშვებული რამდენიმე უხეში შეცდომის მიუხედავად, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს ლიპიდური ორშრე. მათი მუშაობა გააგრძელეს დანიელმა, დოუსონმა 1935 წელს, რობერტსონმა 1960 წელს. მრავალწლიანი მუშაობისა და არგუმენტების დაგროვების შედეგად 1972 წელს სინგერმა და ნიკოლსონმა შექმნეს მემბრანის სტრუქტურის თხევადი მოზაიკის მოდელი. შემდგომმა ექსპერიმენტებმა და კვლევებმა დაადასტურა მეცნიერთა ნამუშევრები.

მნიშვნელობა

რა არის უჯრედის მემბრანა? ამ სიტყვის გამოყენება დაიწყო ასზე მეტი წლის წინ, ლათინურიდან თარგმნილი ნიშნავს "ფილმს", "კანს". ასე რომ, მიუთითეთ უჯრედის საზღვარი, რომელიც არის ბუნებრივი ბარიერი შიდა შიგთავსსა და გარე გარემოს შორის. უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა ვარაუდობს ნახევრად გამტარიანობას, რის გამოც მასში თავისუფლად გადის ტენიანობა და საკვები ნივთიერებები და დაშლის პროდუქტები. ამ გარსს შეიძლება ეწოდოს უჯრედის ორგანიზაციის მთავარი სტრუქტურული კომპონენტი.

განვიხილოთ უჯრედის მემბრანის ძირითადი ფუნქციები

1. გამოყოფს უჯრედის შიდა შიგთავსს და გარე გარემოს კომპონენტებს.

2. ხელს უწყობს უჯრედის მუდმივი ქიმიური შემადგენლობის შენარჩუნებას.

3. არეგულირებს სწორ ნივთიერებათა ცვლას.

4. უზრუნველყოფს უჯრედებს შორის ურთიერთკავშირს.

5. ამოიცნობს სიგნალებს.

6. დაცვის ფუნქცია.

"პლაზმური გარსი"

გარე უჯრედის მემბრანა, რომელსაც ასევე პლაზმურ მემბრანას უწოდებენ, არის ულტრამიკროსკოპული ფილმი, რომლის სისქეა ხუთიდან შვიდ ნანომეტრამდე. იგი ძირითადად შედგება ცილოვანი ნაერთებისგან, ფოსფოლიდისგან, წყლისგან. ფილმი ელასტიურია, ადვილად შთანთქავს წყალს და ასევე სწრაფად აღადგენს მთლიანობას დაზიანების შემდეგ.

განსხვავდება უნივერსალური სტრუქტურით. ეს მემბრანა იკავებს სასაზღვრო პოზიციას, მონაწილეობს შერჩევითი გამტარიანობის, დაშლის პროდუქტების გამოყოფის პროცესში, ასინთეზებს მათ. "მეზობლებთან" ურთიერთობა და შინაგანი შიგთავსის საიმედო დაცვა დაზიანებისგან ხდის მას მნიშვნელოვან კომპონენტად ისეთ საკითხში, როგორიც არის უჯრედის სტრუქტურა. ცხოველური ორგანიზმების უჯრედის მემბრანა ზოგჯერ აღმოჩნდება დაფარული ყველაზე თხელი ფენით - გლიკოკალიქსით, რომელიც შეიცავს ცილებს და პოლისაქარიდებს. მემბრანის გარეთ მცენარეული უჯრედები დაცულია უჯრედის კედლით, რომელიც მოქმედებს როგორც საყრდენი და ინარჩუნებს ფორმას. მისი შემადგენლობის ძირითადი კომპონენტია ბოჭკოვანი (ცელულოზა) - პოლისაქარიდი, რომელიც წყალში ხსნადია.

ამრიგად, გარე უჯრედის მემბრანა ასრულებს აღდგენის, დაცვისა და სხვა უჯრედებთან ურთიერთქმედების ფუნქციას.

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

ამ მოძრავი გარსის სისქე ექვსიდან ათ ნანომეტრამდე მერყეობს. უჯრედის უჯრედის მემბრანას აქვს სპეციალური შემადგენლობა, რომლის საფუძველია ლიპიდური ორშრე. ჰიდროფობიური კუდები, რომლებიც წყლის მიმართ ინერტულია, განლაგებულია შიგნიდან, ხოლო ჰიდროფილური თავები, რომლებიც წყალთან ურთიერთქმედებენ, გარედან არის მოქცეული. თითოეული ლიპიდი არის ფოსფოლიპიდი, რომელიც არის ისეთი ნივთიერებების ურთიერთქმედების შედეგი, როგორიცაა გლიცეროლი და სფინგოზინი. ლიპიდური ხარაჩო მჭიდროდ არის გარშემორტყმული ცილებით, რომლებიც განლაგებულია არაუწყვეტ ფენაში. ზოგიერთი მათგანი ჩაეფლო ლიპიდურ შრეში, დანარჩენი გადის მასში. შედეგად წარმოიქმნება წყალგამტარი ადგილები. ამ ცილების მიერ შესრულებული ფუნქციები განსხვავებულია. ზოგიერთი მათგანი ფერმენტია, დანარჩენი სატრანსპორტო ცილებია, რომლებიც გარე გარემოდან ციტოპლაზმაში გადააქვს სხვადასხვა ნივთიერებებს და პირიქით.

უჯრედის მემბრანა გაჟღენთილია და მჭიდროდ არის დაკავშირებული ინტეგრალურ ცილებთან, ხოლო პერიფერიულებთან კავშირი ნაკლებად ძლიერია. ეს ცილები ასრულებენ მნიშვნელოვან ფუნქციას, რაც არის მემბრანის სტრუქტურის შენარჩუნება, გარემოდან სიგნალების მიღება და გარდაქმნა, ნივთიერებების ტრანსპორტირება და მემბრანებზე წარმოქმნილი რეაქციების კატალიზება.

ნაერთი

უჯრედის მემბრანის საფუძველია ბიმოლეკულური ფენა. მისი უწყვეტობის გამო, უჯრედს აქვს ბარიერი და მექანიკური თვისებები. ცხოვრების სხვადასხვა ეტაპზე ეს ორფენა შეიძლება დაირღვეს. შედეგად წარმოიქმნება ჰიდროფილური ფორების სტრუქტურული დეფექტები. ამ შემთხვევაში, ისეთი კომპონენტის აბსოლუტურად ყველა ფუნქცია, როგორიცაა უჯრედის მემბრანა, შეიძლება შეიცვალოს. ამ შემთხვევაში, ბირთვი შეიძლება განიცადოს გარე გავლენისგან.

Თვისებები

უჯრედის უჯრედის მემბრანას აქვს საინტერესო თვისებები. მისი სითხის გამო, ეს გარსი არ არის ხისტი სტრუქტურა და მის შემადგენლობაში შემავალი ცილებისა და ლიპიდების ძირითადი ნაწილი თავისუფლად მოძრაობს მემბრანის სიბრტყეზე.

ზოგადად, უჯრედის მემბრანა ასიმეტრიულია, ამიტომ ცილოვანი და ლიპიდური შრეების შემადგენლობა განსხვავებულია. ცხოველურ უჯრედებში პლაზმურ მემბრანებს აქვთ გლიკოპროტეინის ფენა გარე მხარეს, რომელიც ასრულებს რეცეპტორულ და სასიგნალო ფუნქციებს და ასევე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედების ქსოვილში გაერთიანების პროცესში. უჯრედის მემბრანა პოლარულია, ანუ მუხტი გარედან დადებითია, შიგნიდან კი უარყოფითი. ყოველივე ზემოთქმულის გარდა, უჯრედის მემბრანას აქვს შერჩევითი ხედვა.

ეს ნიშნავს, რომ წყლის გარდა, უჯრედში მხოლოდ მოლეკულების და გახსნილი ნივთიერებების იონების გარკვეული ჯგუფია დაშვებული. უჯრედების უმეტესობაში ისეთი ნივთიერების კონცენტრაცია, როგორიცაა ნატრიუმი, გაცილებით დაბალია, ვიდრე გარე გარემოში. კალიუმის იონებისთვის დამახასიათებელია განსხვავებული თანაფარდობა: მათი რაოდენობა უჯრედში გაცილებით მეტია, ვიდრე გარემოში. ამასთან დაკავშირებით, ნატრიუმის იონები მიდრეკილნი არიან შეაღწიონ უჯრედის მემბრანაში, ხოლო კალიუმის იონები გამოიყოფა გარეთ. ამ პირობებში, მემბრანა ააქტიურებს სპეციალურ სისტემას, რომელიც ასრულებს "ტუმბოს" როლს, ასწორებს ნივთიერებების კონცენტრაციას: ნატრიუმის იონები ამოტუმბავს უჯრედის ზედაპირზე, ხოლო კალიუმის იონები ტუმბოს შიგნით. ეს ფუნქცია შედის უჯრედის მემბრანის ყველაზე მნიშვნელოვან ფუნქციებში.

ნატრიუმის და კალიუმის იონების ეს ტენდენცია ზედაპირიდან შიგნით გადაადგილებისკენ დიდ როლს თამაშობს შაქრისა და ამინომჟავების უჯრედში ტრანსპორტირებაში. უჯრედიდან ნატრიუმის იონების აქტიური მოცილების პროცესში მემბრანა ქმნის პირობებს გლუკოზისა და ამინომჟავების ახალი შემოდინებისთვის შიგნით. პირიქით, უჯრედში კალიუმის იონების გადატანის პროცესში, უჯრედის შიგნიდან გარე გარემოში დაშლის პროდუქტების „გადამტანების“ რაოდენობა ივსება.

როგორ იკვებება უჯრედი უჯრედის მემბრანის მეშვეობით?

ბევრი უჯრედი იღებს ნივთიერებებს ისეთი პროცესებით, როგორიცაა ფაგოციტოზი და პინოციტოზი. პირველ ვარიანტში, მოქნილი გარე მემბრანით იქმნება მცირე ჩაღრმავება, რომელშიც დაჭერილი ნაწილაკი მდებარეობს. შემდეგ ჩაღრმავების დიამეტრი უფრო დიდი ხდება, სანამ გარშემორტყმული ნაწილაკი არ მოხვდება უჯრედის ციტოპლაზმაში. ფაგოციტოზის საშუალებით იკვებება ზოგიერთი პროტოზოა, როგორიცაა ამება, ასევე სისხლის უჯრედები - ლეიკოციტები და ფაგოციტები. ანალოგიურად, უჯრედები შთანთქავენ სითხეს, რომელიც შეიცავს აუცილებელ საკვებ ნივთიერებებს. ამ ფენომენს პინოციტოზს უწოდებენ.

გარე მემბრანა მჭიდროდ არის დაკავშირებული უჯრედის ენდოპლაზმურ რეტიკულუმთან.

ქსოვილის ძირითადი კომპონენტების მრავალ ტიპში მემბრანის ზედაპირზე განლაგებულია გამონაყარი, ნაკეცები და მიკროვილი. ამ გარსის გარედან მცენარის უჯრედები დაფარულია მეორეთი, სქელი და კარგად ჩანს მიკროსკოპის ქვეშ. ბოჭკო, საიდანაც ისინი მზადდება, ხელს უწყობს მცენარეული ქსოვილების მხარდაჭერას, როგორიცაა ხე. ცხოველურ უჯრედებს ასევე აქვთ მრავალი გარეგანი სტრუქტურა, რომლებიც ზის უჯრედის მემბრანის თავზე. ისინი ექსკლუზიურად დამცავი ხასიათისაა, ამის მაგალითია მწერების მთლიან უჯრედებში შემავალი ქიტინი.

უჯრედის მემბრანის გარდა, არსებობს უჯრედშიდა მემბრანა. მისი ფუნქციაა უჯრედის დაყოფა რამდენიმე სპეციალიზებულ დახურულ ნაწილებად – კუპეებად ან ორგანელებად, სადაც გარკვეული გარემო უნდა იყოს შენარჩუნებული.

ამრიგად, შეუძლებელია ცოცხალი ორგანიზმის ძირითადი ერთეულის ისეთი კომპონენტის როლის გადაჭარბება, როგორც უჯრედის მემბრანა. სტრუქტურა და ფუნქციები გულისხმობს უჯრედის მთლიანი ზედაპირის მნიშვნელოვან გაფართოებას, მეტაბოლური პროცესების გაუმჯობესებას. ეს მოლეკულური სტრუქტურა შედგება ცილებისა და ლიპიდებისგან. უჯრედის გამოყოფა გარე გარემოსგან, მემბრანა უზრუნველყოფს მის მთლიანობას. მისი დახმარებით, უჯრედშორისი ობლიგაციები შენარჩუნებულია საკმარისად ძლიერ დონეზე, ქმნის ქსოვილებს. ამასთან დაკავშირებით შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ უჯრედში ერთ-ერთ მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედის მემბრანა. მის მიერ შესრულებული სტრუქტურა და ფუნქციები რადიკალურად განსხვავებულია სხვადასხვა უჯრედში, მათი დანიშნულებიდან გამომდინარე. ამ მახასიათებლების მეშვეობით მიიღწევა უჯრედის მემბრანების მრავალფეროვნების ფიზიოლოგიური აქტივობა და მათი როლი უჯრედებისა და ქსოვილების არსებობაში.

Მოკლე აღწერა:

საზონოვი ვ.ფ. 1_1 უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა [ელექტრონული რესურსი] // კინეზიოლოგი, 2009-2018: [ვებგვერდი]. განახლების თარიღი: 06.02.2018..__.201_). _აღწერილია უჯრედის მემბრანის აგებულება და ფუნქციონირება (სინონიმები: პლაზმალემა, პლაზმოლემა, ბიომემბრანა, უჯრედის მემბრანა, გარეთა უჯრედის მემბრანა, უჯრედის მემბრანა, ციტოპლაზმური მემბრანა). ეს საწყისი ინფორმაცია აუცილებელია როგორც ციტოლოგიისთვის, ასევე ნერვული აქტივობის პროცესების გასაგებად: ნერვული აგზნება, ინჰიბირება, სინაფსების და სენსორული რეცეპტორების მუშაობა.

უჯრედის მემბრანა (პლაზმა ალემა ან პლაზმა შესახებლემა)

კონცეფციის განმარტება

უჯრედის მემბრანა (სინონიმები: პლაზმალემა, პლაზმოლემა, ციტოპლაზმური მემბრანა, ბიომემბრანა) არის სამმაგი ლიპოპროტეინის (ანუ „ცხიმ-პროტეინის“) მემბრანა, რომელიც გამოყოფს უჯრედს გარემოსგან და ახორციელებს კონტროლირებად გაცვლასა და კომუნიკაციას უჯრედსა და მის გარემოს შორის.

ამ განმარტებაში მთავარი ის კი არ არის, რომ მემბრანა უჯრედს გარემოსგან ჰყოფს, არამედ მხოლოდ ის აკავშირებს უჯრედი გარემოსთან. მემბრანა არის აქტიური უჯრედის სტრუქტურა, ის მუდმივად მუშაობს.

ბიოლოგიური მემბრანა არის ფოსფოლიპიდების ულტრათხელი ბიმოლეკულური ფილმი, რომელიც დაფარულია ცილებით და პოლისაქარიდებით. ეს უჯრედული სტრუქტურა ეფუძნება ცოცხალი ორგანიზმის ბარიერულ, მექანიკურ და მატრიცულ თვისებებს (Antonov VF, 1996).

მემბრანის ფიგურული გამოსახულება

უჯრედის მემბრანა მეჩვენება როგორც გისოსიანი ღობე, რომელშიც ბევრი კარია, რომელიც აკრავს გარკვეულ ტერიტორიას. ნებისმიერ პატარა ცოცხალ არსებას თავისუფლად შეუძლია ამ ღობეზე წინ და უკან გადაადგილება. მაგრამ უფრო დიდ ვიზიტორებს მხოლოდ კარებიდან შეუძლიათ შესვლა და მაშინაც კი არა ყველას. სხვადასხვა ვიზიტორს აქვს მხოლოდ საკუთარი კარის გასაღები და მათ არ შეუძლიათ სხვისი კარების გავლა. ასე რომ, ამ ღობის გავლით მუდმივად ხდება მნახველების ნაკადები წინ და უკან, რადგან მემბრანა-ღობის ძირითადი ფუნქცია ორმხრივია: ტერიტორიის მიმდებარე სივრცისგან გამოყოფა და ამავე დროს მიმდებარე სივრცესთან დაკავშირება. ამისათვის ღობეზე ბევრი ხვრელი და კარია - !

მემბრანის თვისებები

1. გამტარიანობა.

2. ნახევრად გამტარიანობა (ნაწილობრივი გამტარიანობა).

3. შერჩევითი (სინონიმი: შერჩევითი) გამტარიანობა.

4. აქტიური გამტარიანობა (სინონიმი: აქტიური ტრანსპორტი).

5. კონტროლირებადი გამტარიანობა.

როგორც ხედავთ, მემბრანის მთავარი თვისებაა მისი გამტარიანობა სხვადასხვა ნივთიერებების მიმართ.

6. ფაგოციტოზი და პინოციტოზი.

7. ეგზოციტოზი.

8. ელექტრული და ქიმიური პოტენციალების არსებობა, უფრო სწორედ, პოტენციური სხვაობა მემბრანის შიდა და გარე მხარეებს შორის. ფიგურალურად შეიძლება ითქვას "მემბრანა აქცევს უჯრედს "ელექტრო ბატარეად" იონური ნაკადების კონტროლით". დეტალები: .

9. ელექტრული და ქიმიური პოტენციალის ცვლილებები.

10. გაღიზიანებადობა. მემბრანაზე განლაგებულ სპეციალურ მოლეკულურ რეცეპტორებს შეუძლიათ დაუკავშირდნენ სასიგნალო (საკონტროლო) ნივთიერებებს, რის შედეგადაც შეიძლება შეიცვალოს მემბრანის მდგომარეობა და მთელი უჯრედი. მოლეკულური რეცეპტორები იწვევს ბიოქიმიურ რეაქციებს მათთან ლიგანდების (საკონტროლო ნივთიერებების) გაერთიანების საპასუხოდ. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ სასიგნალო ნივთიერება რეცეპტორზე მოქმედებს გარედან, ხოლო ცვლილებები უჯრედის შიგნით გრძელდება. ირკვევა, რომ მემბრანა გადასცემდა ინფორმაციას გარემოდან უჯრედის შიდა გარემოში.

11. კატალიზური ფერმენტული აქტივობა. ფერმენტები შეიძლება იყოს ჩასმული მემბრანაში ან ასოცირებული იყოს მის ზედაპირთან (როგორც უჯრედის შიგნით, ისე მის გარეთ) და იქ ისინი ახორციელებენ ფერმენტულ აქტივობას.

12. ზედაპირის ფორმისა და მისი ფართობის შეცვლა. ეს საშუალებას აძლევს მემბრანას წარმოქმნას გამონაზარდები გარედან ან, პირიქით, უჯრედში შეღწევა.

13. სხვა უჯრედულ მემბრანებთან კონტაქტის დამყარების უნარი.

14. ადჰეზია - მყარ ზედაპირებზე შეწებების უნარი.

მემბრანის თვისებების მოკლე ჩამონათვალი

• გამტარიანობა.
• ენდოციტოზი, ეგზოციტოზი, ტრანსციტოზი.
• პოტენციალი.
• გაღიზიანებადობა.
• ფერმენტული აქტივობა.
• კონტაქტები.
• ადჰეზია.

მემბრანის ფუნქციები

1. შინაგანი შინაარსის არასრული იზოლაცია გარე გარემოდან.

2. უჯრედის მემბრანის მუშაობაში მთავარია გაცვლა სხვადასხვა ნივთიერებები უჯრედსა და უჯრედგარე გარემოს შორის. ეს გამოწვეულია მემბრანის ისეთი თვისებით, როგორიცაა გამტარიანობა. გარდა ამისა, მემბრანა არეგულირებს ამ გაცვლას მისი გამტარიანობის რეგულირებით.

3. მემბრანის კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფუნქციაა ქმნის განსხვავებას ქიმიურ და ელექტრულ პოტენციალებში მის შიდა და გარე მხარეებს შორის. ამის გამო, უჯრედის შიგნით არის უარყოფითი ელექტრული პოტენციალი -.

4. მემბრანის მეშვეობით ასევე ხორციელდება ინფორმაციის გაცვლა უჯრედსა და მის გარემოს შორის. მემბრანაზე განლაგებულ სპეციალურ მოლეკულურ რეცეპტორებს შეუძლიათ შეაერთონ საკონტროლო ნივთიერებები (ჰორმონები, შუამავლები, მოდულატორები) და გამოიწვიონ ბიოქიმიური რეაქციები უჯრედში, რაც იწვევს უჯრედში ან მის სტრუქტურებში სხვადასხვა ცვლილებას.

ვიდეო:უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

ვიდეო ლექცია:დეტალები მემბრანის სტრუქტურისა და ტრანსპორტის შესახებ

მემბრანის სტრუქტურა

უჯრედის მემბრანას აქვს უნივერსალური სამ ფენიანი სტრუქტურა. მისი საშუალო ცხიმის ფენა უწყვეტია, ხოლო ზედა და ქვედა ცილის ფენები მას ფარავს ცალკეული ცილის უბნების მოზაიკის სახით. ცხიმოვანი ფენა არის საფუძველი, რომელიც უზრუნველყოფს უჯრედის გარემოსგან იზოლაციას, გარემოსგან იზოლირებას. თავისთავად, ის ძალიან ცუდად გადის წყალში ხსნად ნივთიერებებს, მაგრამ ადვილად გადის ცხიმში ხსნადს. ამიტომ, მემბრანის გამტარიანობა წყალში ხსნადი ნივთიერებებისთვის (მაგალითად, იონები) უნდა იყოს უზრუნველყოფილი სპეციალური ცილოვანი სტრუქტურებით - და.

ქვემოთ მოცემულია კონტაქტური უჯრედების რეალური უჯრედის მემბრანების მიკროფოტოები, რომლებიც მიღებულია ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით, ასევე სქემატური ნახატი, რომელიც გვიჩვენებს სამშრიანი მემბრანას და მისი ცილოვანი ფენების მოზაიკურ ხასიათს. სურათის გასადიდებლად დააწკაპუნეთ მასზე.

უჯრედის მემბრანის შიდა ლიპიდური (ცხიმოვანი) ფენის ცალკე გამოსახულება, გაჟღენთილი ინტეგრალური ჩაშენებული ცილებით. ზედა და ქვედა ცილის შრეები ამოღებულია ისე, რომ ხელი არ შეუშალოს ლიპიდური ორშრის განხილვას.

სურათი ზემოთ: უჯრედის მემბრანის (უჯრედის კედლის) არასრული სქემატური წარმოდგენა ვიკიპედიიდან.

გაითვალისწინეთ, რომ აქ გარსიდან ამოღებულია ცილის გარე და შიდა შრეები, რათა უკეთ დავინახოთ ცენტრალური ცხიმოვანი ორმაგი ლიპიდური შრე. რეალურ უჯრედულ მემბრანაში დიდი ცილის „კუნძულები“ ​​ცურავს ცხიმოვანი ფილმის გასწვრივ ზემოთ და ქვემოთ (სურათზე პატარა ბურთები) და მემბრანა აღმოჩნდება უფრო სქელი, სამშრიანი: ცილა-ცხიმ-ცილა . ასე რომ, ეს რეალურად ჰგავს სენდვიჩს ორი ცილისგან შემდგარი „პურის ნაჭერით“, შუაში „კარაქის“ სქელი ფენით, ე.ი. აქვს სამ ფენიანი სტრუქტურა და არა ორფენიანი.

ამ ფიგურაში პატარა ლურჯი და თეთრი ბურთულები შეესაბამება ლიპიდების ჰიდროფილურ (დასველებად) „თავებს“, მათზე დამაგრებული „სტრიქონები“ ჰიდროფობიურ (არასველებად) „კუდებს“. ცილებიდან ნაჩვენებია მხოლოდ მემბრანის ინტეგრალური ცილები (წითელი გლობულები და ყვითელი ხვეულები). მემბრანის შიგნით ყვითელი ოვალური წერტილები არის ქოლესტერინის მოლეკულები გარსის გარეთა მძივების ყვითელ-მწვანე ჯაჭვები არის ოლიგოსაქარიდული ჯაჭვები, რომლებიც ქმნიან გლიკოკალიქსს. გლიკოკალიქსი ჰგავს ნახშირწყლების („შაქარის“) „ფუფუნებას“ მემბრანაზე, რომელიც წარმოიქმნება მისგან გამოსული გრძელი ნახშირწყალ-ცილოვანი მოლეკულებით.

ლაივინგი არის პატარა „ცილოვან-ცხიმიანი ტომარა“, რომელიც სავსეა ნახევრად თხევადი ჟელეს მსგავსი შიგთავსით, რომელიც შეაღწევს ფილმებს და მილებს.

ამ ტომრის კედლები წარმოიქმნება ორმაგი ცხიმოვანი (ლიპიდური) ფილმით, რომელიც დაფარულია შიგნიდან და გარედან ცილებით - უჯრედის მემბრანა. ამიტომ, მემბრანას ამბობენ, რომ აქვს სამ ფენიანი სტრუქტურა : ცილები-ცხიმები-პროტეინები. უჯრედის შიგნით არის ასევე მრავალი მსგავსი ცხიმოვანი მემბრანა, რომელიც მის შიდა სივრცეს ნაწილებად ყოფს. უჯრედულ ორგანელებს აკრავს ერთი და იგივე გარსები: ბირთვი, მიტოქონდრია, ქლოროპლასტები. ასე რომ, მემბრანა არის უნივერსალური მოლეკულური სტრუქტურა, რომელიც თან ახლავს ყველა უჯრედს და ყველა ცოცხალ ორგანიზმს.

მარცხნივ - აღარ არის ბიოლოგიური მემბრანის ნაწილის რეალური, არამედ ხელოვნური მოდელი: ეს არის ცხიმოვანი ფოსფოლიპიდური ორფენის (ანუ ორმაგი შრის) მყისიერი სურათი მისი მოლეკულური დინამიკის მოდელირების პროცესში. ნაჩვენებია მოდელის საანგარიშო უჯრედი - 96 PQ მოლეკულა ( ვოსფატიდილი Xოლინი) და 2304 წყლის მოლეკულა, სულ 20544 ატომი.

მარჯვნივ არის იგივე ლიპიდის ერთი მოლეკულის ვიზუალური მოდელი, საიდანაც აწყობილია მემბრანის ლიპიდური ორშრე. ზემოდან აქვს ჰიდროფილური (წყლის მოყვარული) თავი, ქვემოდან კი ორი ჰიდროფობიური (წყლის მოშიში) კუდი. ამ ლიპიდს აქვს მარტივი სახელი: 1-სტეროილ-2-დოკოზაჰექსაენოილ-Sn-გლიცერო-3-ფოსფატიდილქოლინი (18:0/22:6(n-3)cis PC), მაგრამ თქვენ არ გჭირდებათ მისი დამახსოვრება, თუ დაგეგმეთ თქვენი მასწავლებლის გაძარცვა თქვენი ცოდნის სიღრმით.

თქვენ შეგიძლიათ მიუთითოთ უჯრედის უფრო ზუსტი მეცნიერული განმარტება:

არის ბიოპოლიმერების მოწესრიგებული, სტრუქტურირებული ჰეტეროგენული სისტემა, რომელიც შემოიფარგლება აქტიური მემბრანით, რომელიც მონაწილეობს მეტაბოლური, ენერგეტიკული და საინფორმაციო პროცესების ერთ ნაკრებში და ასევე ინარჩუნებს და ამრავლებს მთელ სისტემას, როგორც მთლიანს.

უჯრედის შიგნით ასევე შეაღწევს მემბრანები, ხოლო გარსებს შორის არის არა წყალი, არამედ ცვლადი სიმკვრივის ბლანტი გელი/სოლი. ამრიგად, უჯრედში ურთიერთმოქმედი მოლეკულები თავისუფლად არ ცურავს, როგორც სინჯარაში წყალხსნარში, არამედ ძირითადად სხედან (იმობილიზებულნი) ციტოჩონჩხის ან უჯრედშიდა გარსების პოლიმერულ სტრუქტურებზე. და ამიტომ, ქიმიური რეაქციები ხდება უჯრედის შიგნით თითქმის ისე, როგორც მყარ სხეულში, და არა სითხეში. გარე მემბრანა, რომელიც გარს აკრავს უჯრედს, ასევე დაფარულია ფერმენტებითა და მოლეკულური რეცეპტორებით, რაც მას უჯრედის ძალიან აქტიურ ნაწილად აქცევს.

უჯრედის მემბრანა (პლაზმალემა, პლაზმოლემა) არის აქტიური გარსი, რომელიც გამოყოფს უჯრედს გარემოსგან და აკავშირებს მას გარემოსთან. © Sazonov V.F., 2016 წ.

მემბრანის ამ განმარტებიდან გამომდინარეობს, რომ ის უბრალოდ არ ზღუდავს უჯრედს, არამედ აქტიურად მუშაობსაკავშირებს მას მის გარემოსთან.

ცხიმი, რომელიც ქმნის გარსებს, განსაკუთრებულია, ამიტომ მის მოლეკულებს ჩვეულებრივ უწოდებენ არა მხოლოდ ცხიმს, არამედ ლიპიდები, ფოსფოლიპიდები, სფინგოლიპიდები. მემბრანის ფილმი ორმაგია, ანუ შედგება ორი ფირისგან, რომლებიც ერთმანეთთან არის დამაგრებული. ამიტომ, სახელმძღვანელოები წერენ, რომ უჯრედის მემბრანის საფუძველი შედგება ორი ლიპიდური ფენისგან (ან " ორფენიანი", ანუ ორმაგი ფენა). თითოეული ცალკეული ლიპიდური ფენისთვის, ერთი მხარე შეიძლება დატენიანდეს წყლით, მეორე კი არა. ასე რომ, ეს ფენები ერთმანეთს ეწებება ზუსტად მათი არასველი მხარეებით.

ბაქტერიების მემბრანა

გრამუარყოფითი ბაქტერიების პროკარიოტული უჯრედის გარსი შედგება რამდენიმე ფენისგან, რომლებიც ნაჩვენებია ქვემოთ მოცემულ ფიგურაში.
გრამუარყოფითი ბაქტერიების გარსის ფენები:
1. შიდა სამშრიანი ციტოპლაზმური მემბრანა, რომელიც კონტაქტშია ციტოპლაზმასთან.
2. უჯრედის კედელი, რომელიც შედგება მირეინისგან.
3. გარე სამშრიანი ციტოპლაზმური მემბრანა, რომელსაც აქვს იგივე ლიპიდების სისტემა ცილოვანი კომპლექსებით, როგორც შიდა მემბრანა.
გრამუარყოფითი ბაქტერიების უჯრედების კომუნიკაცია გარე სამყაროსთან ასეთი რთული სამსაფეხურიანი სტრუქტურის მეშვეობით არ აძლევს მათ უპირატესობას მძიმე პირობებში გადარჩენაში გრამდადებით ბაქტერიებთან შედარებით, რომლებსაც აქვთ ნაკლებად ძლიერი გარსი. ისინი ისევე ცუდად იტანენ მაღალ ტემპერატურას, მაღალ მჟავიანობას და წნევის ვარდნას.

ვიდეო ლექცია:პლაზმური მემბრანა. ე.ვ. შევალი, ფ.

ვიდეო ლექცია:მემბრანა, როგორც უჯრედის საზღვარი. ა.ილიასკინი

მემბრანული იონური არხების მნიშვნელობა

ადვილი გასაგებია, რომ მხოლოდ ცხიმში ხსნადი ნივთიერებები შეიძლება შევიდნენ უჯრედში მემბრანის ცხიმოვანი ფირის მეშვეობით. ეს არის ცხიმები, ალკოჰოლები, გაზები.მაგალითად, ერითროციტებში ჟანგბადი და ნახშირორჟანგი ადვილად შედიან და გამოდიან პირდაპირ მემბრანაში. მაგრამ წყალი და წყალში ხსნადი ნივთიერებები (მაგალითად, იონები) უბრალოდ მემბრანის გავლით ვერცერთ უჯრედში ვერ გადადიან. ეს ნიშნავს, რომ მათ სპეციალური ხვრელები სჭირდებათ. მაგრამ თუ თქვენ უბრალოდ გააკეთებთ ხვრელს ცხიმოვან ფილმში, მაშინ ის დაუყოვნებლივ გამკაცრდება უკან. Რა უნდა ვქნა? ბუნებაში იპოვეს გამოსავალი: აუცილებელია სპეციალური ცილის სატრანსპორტო სტრუქტურების დამზადება და მემბრანის გავლით გაჭიმვა. ასე მიიღება ცხიმში უხსნადი ნივთიერებების გავლის არხები – უჯრედის მემბრანის იონური არხები.

ასე რომ, იმისათვის, რომ მის მემბრანას პოლარული მოლეკულებისთვის (იონები და წყალი) გამტარიანობის დამატებითი თვისებები მისცეს, უჯრედი სინთეზირებს ციტოპლაზმაში სპეციალურ ცილებს, რომლებიც შემდეგ მემბრანაში ინტეგრირდება. ისინი ორი ტიპისაა: გადამტანი ცილები (მაგალითად, სატრანსპორტო ATPases) და არხის წარმომქმნელი ცილები (არხის შემქმნელები). ეს ცილები ჩაშენებულია მემბრანის ორმაგ ცხიმოვან შრეში და ქმნიან სატრანსპორტო სტრუქტურებს გადამტანების სახით ან იონური არხების სახით. ამ სატრანსპორტო სტრუქტურებში შეიძლება გაიაროს წყალში ხსნადი სხვადასხვა ნივთიერებები, რომლებიც სხვაგვარად ვერ გაივლიან ცხიმოვანი მემბრანის ფილას.

ზოგადად მემბრანაში ჩადგმულ ცილებსაც ეძახიან განუყოფელი, ზუსტად იმიტომ, რომ ისინი, როგორც იქნა, შედიან მემბრანის შემადგენლობაში და შეაღწევენ მასში და მეშვეობით. სხვა ცილები, არა განუყოფელი, ქმნიან კუნძულებს, რომლებიც "ცურავს" მემბრანის ზედაპირზე: ან მისი გარე ზედაპირის გასწვრივ, ან მისი შიდა ზედაპირის გასწვრივ. ყოველივე ამის შემდეგ, ყველამ იცის, რომ ცხიმი კარგი ლუბრიკანტია და მასზე სრიალება ადვილია!

დასკვნები

1. ზოგადად მემბრანა სამფენიანია:

1) ცილის გარე ფენა "კუნძულები",

2) ცხიმოვანი ორფენიანი „ზღვა“ (ლიპიდური ორშრე), ე.ი. ორმაგი ლიპიდური ფილმი

3) ცილოვანი „კუნძულების“ შიდა ფენა.

მაგრამ ასევე არსებობს ფხვიერი გარე შრე - გლიკოკალიქსი, რომელიც წარმოიქმნება გარსიდან გამოსული გლიკოპროტეინებით. ისინი მოლეკულური რეცეპტორებია, რომლებზეც სიგნალის კონტროლის ბლოკებია დაკავშირებული.

2. მემბრანაში ჩაშენებულია სპეციალური ცილოვანი სტრუქტურები, რაც უზრუნველყოფს მის გამტარიანობას იონების ან სხვა ნივთიერებების მიმართ. არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ ზოგან ცხიმის ზღვა გაჟღენთილია ინტეგრალური ცილებით. და ეს არის განუყოფელი ცილები, რომლებიც ქმნიან განსაკუთრებულს სატრანსპორტო სტრუქტურები უჯრედის მემბრანა (იხ. განყოფილება 1_2 მემბრანის ტრანსპორტირების მექანიზმები). მათი მეშვეობით ნივთიერებები უჯრედში შედიან და ასევე უჯრედიდან გარედან გამოიყოფა.

3. ფერმენტული ცილები შეიძლება განთავსდეს მემბრანის ნებისმიერ მხარეს (გარე და შიდა), ასევე მემბრანის შიგნით, რაც გავლენას ახდენს როგორც თავად მემბრანის მდგომარეობაზე, ასევე მთელი უჯრედის სიცოცხლეზე.

ასე რომ, უჯრედის მემბრანა არის აქტიური ცვლადი სტრუქტურა, რომელიც აქტიურად მუშაობს მთელი უჯრედის ინტერესებიდან გამომდინარე და აკავშირებს მას გარე სამყაროსთან და არ არის მხოლოდ „დამცავი გარსი“. ეს არის ყველაზე მნიშვნელოვანი რამ, რაც უნდა იცოდეთ უჯრედის მემბრანის შესახებ.

მედიცინაში მემბრანის ცილებს ხშირად იყენებენ წამლების "სამიზნეებად". ასეთ სამიზნეებად მოქმედებენ რეცეპტორები, იონური არხები, ფერმენტები, სატრანსპორტო სისტემები. ბოლო დროს მემბრანის გარდა, ნარკოტიკების სამიზნე უჯრედის ბირთვში დამალული გენებიც გახდა.

ვიდეო:უჯრედის მემბრანის ბიოფიზიკის შესავალი: მემბრანის სტრუქტურა 1 (ვლადიმიროვი იუ.ა.)

ვიდეო:უჯრედის მემბრანის ისტორია, სტრუქტურა და ფუნქციები: მემბრანების სტრუქტურა 2 (ვლადიმიროვი იუ.ა.)

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

ბიოლოგიური გარსები.
ტერმინი "მემბრანა" (ლათინური membrana - კანი, ფილმი) გამოყენება დაიწყო 100 წელზე მეტი ხნის წინ უჯრედის საზღვრის აღსანიშნავად, რომელიც, ერთი მხრივ, ემსახურება როგორც ბარიერს უჯრედის შიგთავსსა და გარე გარემოს შორის. , და მეორეს მხრივ, როგორც ნახევრად გამტარი დანაყოფი, რომლის მეშვეობითაც წყალი და ზოგიერთი ნივთიერება შეიძლება გაიაროს. თუმცა, მემბრანის ფუნქციები არ არის ამოწურული,ვინაიდან ბიოლოგიური მემბრანები ქმნიან უჯრედის სტრუქტურული ორგანიზაციის საფუძველს.
მემბრანის სტრუქტურა. ამ მოდელის მიხედვით, მთავარი მემბრანა არის ლიპიდური ორფენა, რომელშიც მოლეკულების ჰიდროფობიური კუდები შიგნითაა მოქცეული, ხოლო ჰიდროფილური თავები – გარეთ. ლიპიდები წარმოდგენილია ფოსფოლიპიდებით - გლიცეროლის ან სფინგოზინის წარმოებულები. ცილები მიმაგრებულია ლიპიდურ ფენაზე. ინტეგრალური (ტრანსმემბრანული) ცილები მემბრანაში აღწევენ და მყარად არიან დაკავშირებული მასთან; პერიფერიული არ აღწევენ და ნაკლებად მყარად არიან დაკავშირებული მემბრანასთან. მემბრანის ცილების ფუნქციები: მემბრანების სტრუქტურის შენარჩუნება, გარემოდან სიგნალების მიღება და გარდაქმნა. გარემო, გარკვეული ნივთიერებების ტრანსპორტირება, მემბრანებზე მიმდინარე რეაქციების კატალიზება. მემბრანის სისქე 6-დან 10 ნმ-მდეა.

მემბრანის თვისებები:
1. სითხე. მემბრანა არ არის ხისტი სტრუქტურა; მისი ცილების და ლიპიდების უმეტესობას შეუძლია მემბრანის სიბრტყეში გადაადგილება.
2. ასიმეტრია. როგორც ცილების, ასევე ლიპიდების გარე და შიდა ფენების შემადგენლობა განსხვავებულია. გარდა ამისა, ცხოველური უჯრედების პლაზმურ მემბრანებს აქვთ გლიკოპროტეინების ფენა გარედან (გლიკოკალიქსი, რომელიც ასრულებს სიგნალის და რეცეპტორების ფუნქციებს და ასევე მნიშვნელოვანია უჯრედების ქსოვილებში გაერთიანებისთვის).
3. პოლარობა. მემბრანის გარედან დადებით მუხტს ატარებს, ხოლო შიგნიდან უარყოფით მუხტს.
4. შერჩევითი გამტარიანობა. ცოცხალი უჯრედების მემბრანები წყლის გარდა მხოლოდ გარკვეულ მოლეკულებს და გახსნილი ნივთიერებების იონებს გადის. (ტერმინის "ნახევრად გამტარიანობა" უჯრედის მემბრანებთან მიმართებაში მთლად სწორი არ არის, რადგან ეს ცნება გულისხმობს, რომ მემბრანა გადის მხოლოდ გამხსნელს. მოლეკულები, ყველა მოლეკულისა და ხსნარის იონების შენარჩუნებისას.)

გარე უჯრედის მემბრანა (პლაზმალემა) არის ულტრამიკროსკოპული ფილმი 7,5 ნმ სისქით, რომელიც შედგება ცილების, ფოსფოლიპიდების და წყლისგან. ელასტიური ფილმი, კარგად დასველებული წყლით და სწრაფად აღადგენს მთლიანობას დაზიანების შემდეგ. მას აქვს უნივერსალური სტრუქტურა, რომელიც დამახასიათებელია ყველა ბიოლოგიური გარსისთვის. ამ მემბრანის სასაზღვრო პოზიცია, მისი მონაწილეობა სელექციური გამტარიანობის, პინოციტოზის, ფაგოციტოზის, ექსკრეციული პროდუქტების გამოყოფისა და სინთეზის პროცესებში, მეზობელ უჯრედებთან ერთად და უჯრედის დაზიანებისგან დაცვას, მის როლს უაღრესად მნიშვნელოვანს ხდის. მემბრანის გარეთ ცხოველური უჯრედები ზოგჯერ დაფარულია თხელი ფენით, რომელიც შედგება პოლისაქარიდებისა და ცილებისგან - გლიკოკალიქსისგან. უჯრედის მემბრანის გარეთ მცენარეულ უჯრედებს აქვთ ძლიერი უჯრედის კედელი, რომელიც ქმნის გარე საყრდენს და ინარჩუნებს უჯრედის ფორმას. იგი შედგება ბოჭკოებისგან (ცელულოზა), წყალში უხსნადი პოლისაქარიდი.

ბიოლოგიური გარსები- ფუნქციურად აქტიური ზედაპირული სტრუქტურების ზოგადი სახელწოდება, რომლებიც ზღუდავენ უჯრედებს (უჯრედულ ან პლაზმურ მემბრანებს) და უჯრედშიდა ორგანელებს (მიტოქონდრიის მემბრანები, ბირთვები, ლიზოსომები, ენდოპლაზმური რეტიკულუმი და ა.შ.). ისინი შეიცავს ლიპიდებს, ცილებს, ჰეტეროგენულ მოლეკულებს (გლიკოპროტეინები, გლიკოლიპიდები) და, შესრულებული ფუნქციიდან გამომდინარე, უამრავ უმნიშვნელო კომპონენტს: კოენზიმებს, ნუკლეინის მჟავებს, ანტიოქსიდანტებს, კაროტინოიდებს, არაორგანულ იონებს და ა.შ.

მემბრანული სისტემების - რეცეპტორების, ფერმენტების, სატრანსპორტო მექანიზმების კოორდინირებული ფუნქციონირება ხელს უწყობს უჯრედების ჰომეოსტაზის შენარჩუნებას და ამავდროულად სწრაფად რეაგირებს გარე გარემოში ცვლილებებზე.

რომ ბიოლოგიური მემბრანების ძირითადი ფუნქციები შეიძლება მიეკუთვნოს:

უჯრედის გამოყოფა გარემოდან და უჯრედშიდა ნაწილების (კუპეების) წარმოქმნა;

მემბრანებით უზარმაზარი მრავალფეროვანი ნივთიერებების ტრანსპორტირების კონტროლი და რეგულირება;

მონაწილეობა უჯრედშორისი ურთიერთქმედების უზრუნველყოფაში, უჯრედის შიგნით სიგნალების გადაცემაში;

საკვების ორგანული ნივთიერებების ენერგიის გარდაქმნა ATP მოლეკულების ქიმიური ბმების ენერგიად.

პლაზმური (უჯრედის) მემბრანის მოლეკულური ორგანიზაცია ყველა უჯრედში დაახლოებით ერთნაირია: იგი შედგება ლიპიდური მოლეკულების ორი ფენისგან, რომელშიც შედის მრავალი სპეციფიკური ცილა. მემბრანის ზოგიერთ ცილას აქვს ფერმენტული აქტივობა, ზოგი კი აკავშირებს საკვებ ნივთიერებებს გარემოდან და უზრუნველყოფს მათ უჯრედში მემბრანების გადატანას. მემბრანული ცილები გამოირჩევიან მემბრანულ სტრუქტურებთან მათი კავშირის ბუნებით. ზოგიერთი ცილა, ე.წ გარე ან პერიფერიული , თავისუფლად შეკრული მემბრანის ზედაპირზე, სხვები, ე.წ შიდა ან ინტეგრალური , ჩაძირულია გარსის შიგნით. პერიფერიული ცილები ადვილად გამოიყოფა, ხოლო ინტეგრალური ცილების იზოლირება შესაძლებელია მხოლოდ სარეცხი საშუალებების ან ორგანული გამხსნელების გამოყენებით. ნახ. 4 გვიჩვენებს პლაზმური მემბრანის სტრუქტურას.

მრავალი უჯრედის გარე, ანუ პლაზმური მემბრანა, ისევე როგორც უჯრედშიდა ორგანელების მემბრანები, როგორიცაა მიტოქონდრია, ქლოროპლასტები, იზოლირებული იყო თავისუფალ ფორმაში და შეისწავლეს მათი მოლეკულური შემადგენლობა. ყველა მემბრანა შეიცავს პოლარულ ლიპიდებს მისი მასის 20-დან 80%-მდე ოდენობით, რაც დამოკიდებულია მემბრანების ტიპზე, დანარჩენს ძირითადად ცილები შეადგენს. ასე რომ, ცხოველური უჯრედების პლაზმურ მემბრანებში, ცილების და ლიპიდების რაოდენობა, როგორც წესი, დაახლოებით იგივეა; შიდა მიტოქონდრიული მემბრანა შეიცავს დაახლოებით 80% პროტეინს და მხოლოდ 20% ლიპიდს, ხოლო ტვინის უჯრედების მიელინის მემბრანა, პირიქით, შეიცავს დაახლოებით 80% ლიპიდს და მხოლოდ 20% ცილებს.

ბრინჯი. 4. პლაზმური მემბრანის აგებულება

მემბრანების ლიპიდური ნაწილი არის სხვადასხვა სახის პოლარული ლიპიდების ნაზავი. პოლარული ლიპიდები, რომლებიც მოიცავს ფოსფოგლიცეროლიპიდებს, სფინგოლიპიდებს, გლიკოლიპიდებს, არ ინახება ცხიმოვან უჯრედებში, მაგრამ შედის უჯრედის მემბრანებში და მკაცრად განსაზღვრულ თანაფარდობებში.

მემბრანებში ყველა პოლარული ლიპიდი მუდმივად განახლდება მეტაბოლიზმის დროს, ნორმალურ პირობებში უჯრედში იქმნება დინამიური სტაციონარული მდგომარეობა, რომელშიც ლიპიდების სინთეზის სიჩქარე უდრის მათი დაშლის სიჩქარეს.

ცხოველური უჯრედების გარსები ძირითადად შეიცავს ფოსფოგლიცეროლიპიდებს და, უფრო მცირე ზომით, სფინგოლიპიდებს; ტრიაცილგლიცეროლები გვხვდება მხოლოდ კვალი რაოდენობით. ცხოველური უჯრედების ზოგიერთი მემბრანა, განსაკუთრებით გარე პლაზმური მემბრანა, შეიცავს მნიშვნელოვან რაოდენობას ქოლესტერინს და მის ეთერებს (ნახ. 5).

ნახ.5. მემბრანის ლიპიდები

ამჟამად მემბრანების სტრუქტურის საყოველთაოდ მიღებული მოდელია 1972 წელს შემოთავაზებული ს. სინგერის და ჯ. ნიკოლსონის მიერ შემოთავაზებული თხევადი მოზაიკის მოდელი.

მისი თქმით, ცილები შეიძლება შევადაროთ ლიპიდურ ზღვაში მცურავ აისბერგებს. როგორც ზემოთ აღვნიშნეთ, არსებობს მემბრანული ცილების 2 ტიპი: ინტეგრალური და პერიფერიული. ინტეგრალური ცილები მემბრანაში შეაღწევენ, ისინი ამფიპათიური მოლეკულები. პერიფერიული ცილები არ აღწევენ მემბრანაში და ნაკლებად მჭიდროდ არიან დაკავშირებული მასთან. მემბრანის მთავარი უწყვეტი ნაწილი, ანუ მისი მატრიცა, არის პოლარული ლიპიდური ორშრე. უჯრედის ნორმალურ ტემპერატურაზე მატრიცა თხევად მდგომარეობაშია, რაც უზრუნველყოფილია გარკვეული თანაფარდობით გაჯერებულ და უჯერი ცხიმოვან მჟავებს შორის პოლარული ლიპიდების ჰიდროფობიურ კუდებში.

თხევადი მოზაიკის მოდელი ასევე ვარაუდობს, რომ მემბრანაში განლაგებული ინტეგრალური ცილების ზედაპირზე არის ამინომჟავების ნარჩენების R- ჯგუფები (ძირითადად ჰიდროფობიური ჯგუფები, რის გამოც ცილები, როგორც ჩანს, "იხსნება" ორ ფენის ცენტრალურ ჰიდროფობიურ ნაწილში). . ამავდროულად, პერიფერიული ან გარეგანი ცილების ზედაპირზე ძირითადად ჰიდროფილური R-ჯგუფებია, რომლებიც ელექტროსტატიკური ძალების გამო იზიდავს ლიპიდების ჰიდროფილურ დამუხტულ პოლარული თავებს. ინტეგრალური პროტეინები, და მათში შედის ფერმენტები და სატრანსპორტო ცილები, აქტიურია მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ ისინი განლაგებულია ორფენიანი ჰიდროფობიური ნაწილის შიგნით, სადაც ისინი იძენენ აქტივობის გამოვლინებისთვის აუცილებელ სივრცულ კონფიგურაციას (ნახ. 6). კიდევ ერთხელ უნდა აღინიშნოს, რომ არ წარმოიქმნება კოვალენტური ბმები ორ ფენის მოლეკულებს შორის და არც ორ ფენის ცილებსა და ლიპიდებს შორის.

სურ.6. მემბრანის ცილები

მემბრანის ცილებს შეუძლიათ თავისუფლად გადაადგილდნენ გვერდითი სიბრტყეში. პერიფერიული ცილები ფაქტიურად ცურავს ორფენიანი „ზღვის“ ზედაპირზე, ხოლო ინტეგრალური ცილები, აისბერგების მსგავსად, თითქმის მთლიანად ჩაძირულია ნახშირწყალბადის ფენაში.

მემბრანების უმეტესობა ასიმეტრიულია, ანუ მათ აქვთ არათანაბარი მხარეები. ეს ასიმეტრია ვლინდება შემდეგში:

პირველ რიგში, ის ფაქტი, რომ ბაქტერიული და ცხოველური უჯრედების პლაზმური მემბრანების შიდა და გარე მხარეები განსხვავდება პოლარული ლიპიდების შემადგენლობით. მაგალითად, ადამიანის ერითროციტების მემბრანების შიდა ლიპიდური შრე ძირითადად შეიცავს ფოსფატიდილეთანოლამინს და ფოსფატიდილსერინს, ხოლო გარე ლიპიდური შრე შეიცავს ფოსფატიდილქოლინს და სფინგომიელინს.

მეორეც, მემბრანებში ზოგიერთი სატრანსპორტო სისტემა მოქმედებს მხოლოდ ერთი მიმართულებით. მაგალითად, ერითროციტების მემბრანებში არის სატრანსპორტო სისტემა ("ტუმბო"), რომელიც ტუმბოს Na + იონებს უჯრედიდან გარემოში, ხოლო K + იონები - უჯრედის შიგნით ATP ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო.

მესამე, პლაზმური მემბრანის გარე ზედაპირი შეიცავს ოლიგოსაქარიდის ჯგუფების ძალიან დიდ რაოდენობას, რომლებიც წარმოადგენენ გლიკოლიპიდების და გლიკოპროტეინების ოლიგოსაქარიდული გვერდითი ჯაჭვების თავებს, ხოლო პლაზმური მემბრანის შიდა ზედაპირზე პრაქტიკულად არ არსებობს ოლიგოსაქარიდების ჯგუფები.

ბიოლოგიური მემბრანების ასიმეტრია შენარჩუნებულია იმის გამო, რომ ინდივიდუალური ფოსფოლიპიდური მოლეკულების გადატანა ლიპიდური ორშრის ერთი მხრიდან მეორეზე ძალიან რთულია ენერგეტიკული მიზეზების გამო. პოლარულ ლიპიდურ მოლეკულას შეუძლია თავისუფლად გადაადგილდეს ორ ფენის მხარეს, მაგრამ შეზღუდულია მეორე მხარეს გადახტომის უნარით.

ლიპიდების მობილურობა დამოკიდებულია არსებული უჯერი ცხიმოვანი მჟავების ფარდობით შემცველობასა და ტიპზე. ცხიმოვანი მჟავების ჯაჭვების ნახშირწყალბადის ბუნება აძლევს მემბრანულ თვისებებს სითხის, მობილობის. ცის-უჯერი ცხიმოვანი მჟავების არსებობისას ჯაჭვებს შორის შეკრული ძალები უფრო სუსტია, ვიდრე მხოლოდ გაჯერებული ცხიმოვანი მჟავების შემთხვევაში და ლიპიდები ინარჩუნებენ მაღალ მობილობას დაბალ ტემპერატურაზეც კი.

მემბრანების გარე მხარეს არის სპეციფიკური ამოცნობის ადგილები, რომელთა ფუნქციაა გარკვეული მოლეკულური სიგნალების ამოცნობა. მაგალითად, მემბრანის მეშვეობით ზოგიერთი ბაქტერია აღიქვამს საკვებ ნივთიერებების კონცენტრაციის უმნიშვნელო ცვლილებებს, რაც ასტიმულირებს მათ მოძრაობას საკვების წყაროსკენ; ამ ფენომენს ე.წ ქიმიოტაქსისი.

სხვადასხვა უჯრედისა და უჯრედშიდა ორგანელების მემბრანებს აქვთ გარკვეული სპეციფიკა მათი სტრუქტურის, ქიმიური შემადგენლობისა და ფუნქციების გამო. ევკარიოტულ ორგანიზმებში მემბრანების შემდეგი ძირითადი ჯგუფები გამოირჩევა:

პლაზმური მემბრანა (გარე უჯრედის მემბრანა, პლაზმალემა),

ბირთვული მემბრანა

ენდოპლაზმური ბადე

გოლჯის აპარატის გარსები, მიტოქონდრია, ქლოროპლასტები, მიელინის გარსები,

აგზნებადი გარსები.

პროკარიოტულ ორგანიზმებში, პლაზმური მემბრანის გარდა, არის ინტრაციტოპლაზმური მემბრანული წარმონაქმნები; ჰეტეროტროფულ პროკარიოტებში მათ ე.წ. მეზოსომები.ეს უკანასკნელი წარმოიქმნება უჯრედის გარეთა მემბრანაში ინვაგინაციის შედეგად და ზოგიერთ შემთხვევაში რჩება მასთან კონტაქტში.

ერითროციტების მემბრანაშედგება ცილებისგან (50%), ლიპიდების (40%) და ნახშირწყლებისგან (10%). ნახშირწყლების ძირითადი ნაწილი (93%) ასოცირდება ცილებთან, დანარჩენი - ლიპიდებთან. მემბრანაში ლიპიდები განლაგებულია ასიმეტრიულად მიცელებში სიმეტრიული განლაგებისგან განსხვავებით. მაგალითად, ცეფალინი ძირითადად გვხვდება ლიპიდების შიდა შრეში. ეს ასიმეტრია შენარჩუნებულია, როგორც ჩანს, მემბრანაში ფოსფოლიპიდების განივი მოძრაობის გამო, რომელიც ხორციელდება მემბრანის ცილების დახმარებით და მეტაბოლიზმის ენერგიის გამო. ერითროციტების მემბრანის შიდა შრეში ძირითადად არის სფინგომიელინი, ფოსფატიდილეთანოლამინი, ფოსფატიდილსერინი, გარე შრეში - ფოსფატიდილქოლინი. ერითროციტების მემბრანა შეიცავს ინტეგრალურ გლიკოპროტეინს გლიკოფორინი, რომელიც შედგება 131 ამინომჟავის ნარჩენებისგან და მემბრანაში შეღწევის და ეგრეთ წოდებული ზოლის 3 ცილისგან, რომელიც შედგება 900 ამინომჟავის ნარჩენებისგან. გლიკოფორინის ნახშირწყლების კომპონენტები ასრულებენ რეცეპტორულ ფუნქციას გრიპის ვირუსების, ფიტოჰემაგლუტინინების და რიგი ჰორმონების მიმართ. კიდევ ერთი ინტეგრალური ცილა, რომელიც შეიცავს რამდენიმე ნახშირწყალს და აღწევს მემბრანაში, ასევე აღმოაჩინეს ერითროციტების მემბრანაში. Მას ეწოდება გვირაბის ცილა(კომპონენტი ა), რადგან ვარაუდობენ, რომ ის ქმნის არხს ანიონებისთვის. ერითროციტების მემბრანის შიდა მხარესთან დაკავშირებული პერიფერიული ცილა არის სპექტრინი.

მიელინის გარსები ნეირონების მიმდებარე აქსონები მრავალშრიანია, ისინი შეიცავს დიდი რაოდენობით ლიპიდებს (დაახლოებით 80%, მათი ნახევარი ფოსფოლიპიდებია). ამ მემბრანების ცილები მნიშვნელოვანია მემბრანული მარილების ფიქსაციისთვის, რომლებიც ერთმანეთზე დევს.

ქლოროპლასტის გარსები. ქლოროპლასტები დაფარულია ორფენიანი მემბრანით. გარე მემბრანა გარკვეულწილად ჰგავს მიტოქონდრიის მემბრანას. ამ ზედაპირის მემბრანის გარდა, ქლოროპლასტებს აქვთ შიდა მემბრანული სისტემა - ლამელები. ლამელების ფორმა ან გაბრტყელებული ვეზიკულები - თილაკოიდები, რომლებიც განლაგებულია ერთმანეთის ზემოთ, გროვდება პაკეტებში (გრანა) ან ქმნიან სტრომის მემბრანულ სისტემას (სტრომალური ლამელები). ლამელა გრანი და სტრომა თილაკოიდური მემბრანის გარე მხარეს არის კონცენტრირებული ჰიდროფილური ჯგუფები, გალაქტო- და სულფოლიპიდები. ქლოროფილის მოლეკულის ფიტოლური ნაწილი ჩაეფლო გლობულში და კონტაქტშია ცილებისა და ლიპიდების ჰიდროფობიურ ჯგუფებთან. ქლოროფილის პორფირინის ბირთვები ძირითადად ლოკალიზებულია გრანის თილაკოიდების მიმდებარე გარსებს შორის.

ბაქტერიების შიდა (ციტოპლაზმური) მემბრანააგებულებით მსგავსია ქლოროპლასტებისა და მიტოქონდრიების შიდა გარსების. შეიცავს რესპირატორული ჯაჭვის ფერმენტებს, აქტიურ ტრანსპორტს; ფერმენტები, რომლებიც მონაწილეობენ მემბრანის კომპონენტების ფორმირებაში. ბაქტერიული მემბრანების უპირატესი კომპონენტია ცილები: ცილა/ლიპიდური თანაფარდობა (წონის მიხედვით) არის 3:1. გრამუარყოფითი ბაქტერიების გარე მემბრანა ციტოპლაზმურთან შედარებით, უფრო მცირე რაოდენობით შეიცავს სხვადასხვა ფოსფოლიპიდებსა და ცილებს. ორივე მემბრანა განსხვავდება ლიპიდური შემადგენლობით. გარე მემბრანა შეიცავს ცილებს, რომლებიც ქმნიან ფორებს მრავალი დაბალი მოლეკულური წონის ნივთიერების შეღწევისთვის. გარე მემბრანის დამახასიათებელი კომპონენტი ასევე არის სპეციფიკური ლიპოპოლისაქარიდი. გარე მემბრანის რიგი პროტეინები ემსახურება რეცეპტორებს ფაგებისთვის.

ვირუსის მემბრანა.ვირუსებს შორის მემბრანული სტრუქტურები დამახასიათებელია ნუკლეოკაფსიდის შემცველი, რომელიც შედგება ცილისა და ნუკლეინის მჟავისგან. ვირუსების ეს "ბირთვი" გარშემორტყმულია გარსით (კონვერტით). იგი ასევე შედგება ლიპიდების ორ ფენისგან, მასში შემავალი გლიკოპროტეინებით, რომლებიც მდებარეობს ძირითადად მემბრანის ზედაპირზე. რიგ ვირუსებში (მიკროვირუსებში) ყველა ცილის 70-80% შედის მემბრანებში, დარჩენილი ცილები შეიცავს ნუკლეოკაფსიდს.

ამრიგად, უჯრედის მემბრანები ძალიან რთული სტრუქტურებია; მათი შემადგენელი მოლეკულური კომპლექსები ქმნიან მოწესრიგებულ ორგანზომილებიან მოზაიკას, რომელიც ანიჭებს მემბრანის ზედაპირის ბიოლოგიურ სპეციფიკას.