უჯრედის მემბრანის სტრუქტურისა და მისი ფუნქციების სქემა. უჯრედის მემბრანა: განმარტება, მემბრანების ფუნქციები, ფიზიკური თვისებები

უჯრედის მემბრანა.
უჯრედის მემბრანა გამოყოფს ნებისმიერი უჯრედის შიგთავსს გარე გარემოსგან, რაც უზრუნველყოფს მის მთლიანობას; არეგულირებს ცვლას უჯრედსა და გარემოს შორის; უჯრედშიდა გარსები უჯრედს ყოფს სპეციალიზებულ დახურულ ნაწილებად - კუპეებად ან ორგანელებად, რომლებშიც შენარჩუნებულია გარკვეული გარემო პირობები.
სტრუქტურა.
უჯრედის მემბრანა წარმოადგენს ლიპიდების (ცხიმების) კლასის მოლეკულების ორმაგ ფენას (ორ ფენას), რომელთა უმეტესობა არის ეგრეთ წოდებული რთული ლიპიდები - ფოსფოლიპიდები. ლიპიდურ მოლეკულებს აქვთ ჰიდროფილური ("თავი") და ჰიდროფობიური ("კუდი") ნაწილი. მემბრანების ფორმირებისას მოლეკულების ჰიდროფობიური ნაწილები იქცევა შიგნით, ხოლო ჰიდროფილური ნაწილები გარეთ. მემბრანები ძალიან მსგავსი სტრუქტურებია სხვადასხვა ორგანიზმებში. მემბრანის სისქე 7-8 ნმ. (10-9 მეტრი)
ჰიდროფილურობა- ნივთიერების წყლის მიერ დასველების უნარი.
ჰიდროფობიურობა- ნივთიერების წყლით დასველების შეუძლებლობა.
ბიოლოგიური მემბრანა ასევე შეიცავს სხვადასხვა ცილებს:
- ინტეგრალური (მემბრანაში შეღწევა)
- ნახევრად ინტეგრალური (ერთ ბოლოში ჩაეფლო გარე ან შიდა ლიპიდურ შრეში)
- ზედაპირული (მდებარეობს გარსის გარე ან შიდა მხარეების მიმდებარედ).
ზოგიერთი ცილა არის უჯრედის მემბრანის შეხების წერტილები ციტოჩონჩხთან უჯრედის შიგნით, ხოლო უჯრედის კედელთან (ასეთის არსებობის შემთხვევაში) გარეთ.
ციტოჩონჩხი- უჯრედის ხარაჩო საკანში.
ფუნქციები.
1) ბარიერი- უზრუნველყოფს გარემოსთან დარეგულირებულ, შერჩევით, პასიურ და აქტიურ მეტაბოლიზმს.
2) ტრანსპორტი- მემბრანის მეშვეობით ხდება ნივთიერებების ტრანსპორტირება უჯრედში და გარეთ.მატრიცა - უზრუნველყოფს მემბრანის ცილების გარკვეულ ფარდობით პოზიციას და ორიენტაციას, მათ ოპტიმალურ ურთიერთქმედებას.
3) მექანიკური- უზრუნველყოფს უჯრედის ავტონომიას, მის უჯრედშიდა სტრუქტურებს, ასევე სხვა უჯრედებთან (ქსოვილებში) კავშირს. მექანიკური ფუნქციის უზრუნველსაყოფად მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედშორისი ნივთიერება.
4) რეცეპტორი- მემბრანის ზოგიერთი ცილა არის რეცეპტორები (მოლეკულები, რომლებითაც უჯრედი აღიქვამს გარკვეულ სიგნალებს).
მაგალითად, სისხლში მოცირკულირე ჰორმონები მოქმედებენ მხოლოდ სამიზნე უჯრედებზე, რომლებსაც აქვთ ამ ჰორმონების შესაბამისი რეცეპტორები. ნეიროტრანსმიტერები (ქიმიკატები, რომლებიც ატარებენ ნერვულ იმპულსებს) ასევე უკავშირდებიან სამიზნე უჯრედების სპეციფიკურ რეცეპტორულ ცილებს.
ჰორმონები- ბიოლოგიურად აქტიური სასიგნალო ქიმიკატები.
5) ფერმენტულიმემბრანის ცილები ხშირად ფერმენტებია. მაგალითად, ნაწლავის ეპითელური უჯრედების პლაზმური გარსები შეიცავს საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებს.
6) ბიოპოტენციალების წარმოქმნისა და გატარების განხორციელება.
მემბრანის დახმარებით უჯრედში იონების მუდმივი კონცენტრაცია შენარჩუნებულია: K + იონის კონცენტრაცია უჯრედის შიგნით გაცილებით მაღალია, ვიდრე გარეთ, ხოლო Na + კონცენტრაცია გაცილებით დაბალია, რაც ძალიან მნიშვნელოვანია, ვინაიდან ეს ინარჩუნებს პოტენციურ განსხვავებას მემბრანის გასწვრივ და წარმოქმნის ნერვულ იმპულსს.
ნერვული იმპულსი – ნერვული ბოჭკოს გასწვრივ გადაცემული აგზნების ტალღა.
7) უჯრედის მარკირება- მემბრანაზე არის ანტიგენები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც მარკერები - "ეტიკეტები", რომლებიც საშუალებას გაძლევთ ამოიცნოთ უჯრედი. ეს არის გლიკოპროტეინები (ანუ ცილები, მათზე მიმაგრებული განშტოებული ოლიგოსაქარიდული გვერდითი ჯაჭვებით), რომლებიც ასრულებენ „ანტენების“ როლს. გვერდითი ჯაჭვის უამრავი კონფიგურაციის გამო, შესაძლებელია თითოეული უჯრედის ტიპისთვის კონკრეტული მარკერის დამზადება. მარკერების დახმარებით უჯრედებს შეუძლიათ სხვა უჯრედების ამოცნობა და მათთან ერთად მოქმედება, მაგალითად, ორგანოებისა და ქსოვილების ფორმირებისას. ის ასევე საშუალებას აძლევს იმუნურ სისტემას ამოიცნოს უცხო ანტიგენები.
გამტარიანობის მახასიათებლები.
უჯრედის მემბრანებს აქვთ შერჩევითი გამტარიანობა: ისინი ნელა შეაღწევენ მათში სხვადასხვა გზით:
გლუკოზა ენერგიის მთავარი წყაროა.

ამინომჟავები არის სამშენებლო ბლოკები, რომლებიც ქმნიან ორგანიზმში არსებულ ყველა ცილებს.

ცხიმოვანი მჟავები - სტრუქტურული, ენერგეტიკული და სხვა ფუნქციები.

გლიცერინი - აიძულებს ორგანიზმს შეინარჩუნოს წყალი და ამცირებს შარდის გამომუშავებას.

იონები რეაქციის ფერმენტებია.

უფრო მეტიც, თავად გარსები გარკვეულწილად აქტიურად არეგულირებენ ამ პროცესს - ზოგიერთი ნივთიერება გადის, ზოგი კი არა. არსებობს უჯრედში ნივთიერებების შეყვანის ან უჯრედიდან გარედან მათი ამოღების ოთხი ძირითადი მექანიზმი:
პასიური გამტარიანობის მექანიზმები:
1) დიფუზია.
ამ მექანიზმის ვარიანტია გაადვილებული დიფუზია, რომლის დროსაც სპეციფიკური მოლეკულა ეხმარება ნივთიერებას მემბრანის გავლით. ამ მოლეკულას შეიძლება ჰქონდეს არხი, რომელიც მხოლოდ ერთი ტიპის ნივთიერების გავლის საშუალებას აძლევს.
დიფუზია -ერთი ნივთიერების მოლეკულების ურთიერთშეღწევის პროცესი მეორის მოლეკულებს შორის.
ოსმოზი– ცალმხრივი დიფუზიის პროცესი გამხსნელის მოლეკულების ნახევრად გამტარი მემბრანის მეშვეობით გამხსნელი ნივთიერების უფრო მაღალი კონცენტრაციისკენ.
ნორმალური სისხლის უჯრედის მიმდებარე გარსი გამტარია მხოლოდ წყლის მოლეკულების, ჟანგბადის, სისხლში გახსნილი ზოგიერთი საკვები ნივთიერებისა და უჯრედული ნარჩენების პროდუქტებისთვის.
აქტიური გამტარიანობის მექანიზმები:
1) აქტიური ტრანსპორტი.
აქტიური ტრანსპორტი– ნივთიერების გადატანა დაბალი კონცენტრაციის ზონიდან მაღალი კონცენტრაციის ზონაში.
აქტიური ტრანსპორტი მოითხოვს ენერგიას, რადგან ის გადადის დაბალი კონცენტრაციის ზონიდან მაღალი კონცენტრაციის ზონაში. მემბრანაზე არის სპეციალური ტუმბოს ცილები, რომლებიც აქტიურად ტუმბოს კალიუმის იონებს (K +) უჯრედში და ნატრიუმის იონებს (Na +) ამოტუმბავს მისგან, ATP ემსახურება როგორც ენერგიას.
ATP– ენერგიის უნივერსალური წყარო ყველა ბიოქიმიური პროცესისთვის. .(უფრო მოგვიანებით)
2) ენდოციტოზი.
ნაწილაკებს, რომლებიც რაიმე მიზეზით ვერ ახერხებენ უჯრედის მემბრანის გადაკვეთას, მაგრამ უჯრედისთვის აუცილებელია, შეუძლიათ მემბრანაში შეაღწიონ ენდოციტოზის გზით.
ენდოციტოზი– უჯრედის მიერ გარე მასალის ათვისების პროცესი.
პასიური ტრანსპორტირების დროს მემბრანის შერჩევითი გამტარიანობა განპირობებულია სპეციალური არხებით - ინტეგრალური ცილებით. ისინი შეაღწევენ მემბრანაში და მეშვეობით, ქმნიან ერთგვარ გადასასვლელს. ელემენტებს K, Na და Cl აქვთ საკუთარი არხები. კონცენტრაციის გრადიენტთან დაკავშირებით, ამ ელემენტების მოლეკულები მოძრაობენ უჯრედში და გარეთ. გაღიზიანების დროს იხსნება ნატრიუმის იონური არხები და ხდება ნატრიუმის იონების მკვეთრი შემოდინება უჯრედში. ეს იწვევს მემბრანის პოტენციალის დისბალანსს. ამის შემდეგ მემბრანის პოტენციალი აღდგება. კალიუმის არხები ყოველთვის ღიაა, რომლის მეშვეობითაც კალიუმის იონები ნელ-ნელა შედიან უჯრედში.
მემბრანის სტრუქტურა
გამტარიანობა
აქტიური ტრანსპორტი
ოსმოზი
ენდოციტოზი

9.5.1. მემბრანების ერთ-ერთი მთავარი ფუნქციაა ნივთიერებების ტრანსპორტირებაში მონაწილეობა. ეს პროცესი უზრუნველყოფილია სამი ძირითადი მექანიზმით: მარტივი დიფუზია, გაადვილებული დიფუზია და აქტიური ტრანსპორტი (სურათი 9.10). გაიხსენეთ ამ მექანიზმების ყველაზე მნიშვნელოვანი მახასიათებლები და ტრანსპორტირებადი ნივთიერებების მაგალითები თითოეულ შემთხვევაში.

სურათი 9.10.მემბრანის გასწვრივ მოლეკულების ტრანსპორტირების მექანიზმები

მარტივი დიფუზია- ნივთიერებების გადატანა მემბრანის მეშვეობით სპეციალური მექანიზმების მონაწილეობის გარეშე. ტრანსპორტი ხდება კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ ენერგიის მოხმარების გარეშე. მცირე ბიომოლეკულები - H2O, CO2, O2, შარდოვანა, ჰიდროფობიური დაბალმოლეკულური წონის ნივთიერებები ტრანსპორტირდება მარტივი დიფუზიით. მარტივი დიფუზიის სიჩქარე კონცენტრაციის გრადიენტის პროპორციულია.

გაადვილებული დიფუზია- ნივთიერებების ტრანსპორტირება მემბრანაში ცილოვანი არხების ან სპეციალური გადამზიდავი ცილების გამოყენებით. იგი ხორციელდება კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ ენერგიის მოხმარების გარეშე. ტრანსპორტირდება მონოსაქარიდები, ამინომჟავები, ნუკლეოტიდები, გლიცეროლი, ზოგიერთი იონი. დამახასიათებელია გაჯერების კინეტიკა - გადატანილი ნივთიერების გარკვეული (გაჯერებული) კონცენტრაციისას გადაცემაში მონაწილეობს ყველა გადამზიდავი მოლეკულა და ტრანსპორტირების სიჩქარე აღწევს ზღვრულ მნიშვნელობას.

აქტიური ტრანსპორტი- ასევე მოითხოვს სპეციალური გადამზიდავი ცილების მონაწილეობას, მაგრამ გადატანა ხდება კონცენტრაციის გრადიენტის საწინააღმდეგოდ და ამიტომ მოითხოვს ენერგიას. ამ მექანიზმის დახმარებით Na+, K+, Ca2+, Mg2+ იონები ტრანსპორტირდება უჯრედის მემბრანაში, პროტონები კი მიტოქონდრიის მემბრანის გავლით. ნივთიერებების აქტიური ტრანსპორტირებას ახასიათებს გაჯერების კინეტიკა.

9.5.2. სატრანსპორტო სისტემის მაგალითი, რომელიც ახორციელებს აქტიურ იონურ ტრანსპორტს, არის Na+,K+ -ადენოზინტრიფოსფატაზა (Na+,K+ -ATPase ან Na+,K+ -ტუმბო). ეს ცილა მდებარეობს პლაზმური მემბრანის სისქეში და შეუძლია ATP ჰიდროლიზის რეაქციის კატალიზება. 1 ATP მოლეკულის ჰიდროლიზის დროს გამოთავისუფლებული ენერგია გამოიყენება 3 Na + იონების უჯრედიდან უჯრედგარე სივრცეში და 2 K + იონების საპირისპირო მიმართულებით გადასატანად (სურათი 9.11). Na +, K + -ATP-აზას მოქმედების შედეგად იქმნება კონცენტრაციის სხვაობა უჯრედის ციტოზოლსა და უჯრედგარე სითხეს შორის. ვინაიდან იონების ტრანსპორტირება არაეკვივალენტურია, ჩნდება განსხვავება ელექტრულ პოტენციალებში. ამრიგად, წარმოიქმნება ელექტროქიმიური პოტენციალი, რომელიც არის ელექტრული პოტენციალების განსხვავების ენერგიის ჯამი Δφ და მემბრანის ორივე მხარეს ΔС ნივთიერებების კონცენტრაციების სხვაობის ენერგია.

სურათი 9.11. Na+, K+ -ტუმბოს სქემა.

9.5.3. ნაწილაკებისა და მაკრომოლეკულური ნაერთების მემბრანების მეშვეობით გადატანა

მატარებლების მიერ განხორციელებული ორგანული ნივთიერებებისა და იონების ტრანსპორტირებასთან ერთად, უჯრედში არის ძალიან სპეციალური მექანიზმი, რომელიც შექმნილია უჯრედიდან მაკრომოლეკულური ნაერთების შთანთქმისა და ამოღების მიზნით ბიომემბრანის ფორმის შეცვლით. ასეთ მექანიზმს ე.წ ვეზიკულური ტრანსპორტი.

სურათი 9.12.ვეზიკულური ტრანსპორტის სახეები: 1 - ენდოციტოზი; 2 - ეგზოციტოზი.

მაკრომოლეკულების გადაცემის დროს ხდება მემბრანით გარშემორტყმული ვეზიკულების (ვეზიკულების) თანმიმდევრული წარმოქმნა და შერწყმა. ტრანსპორტირების მიმართულებისა და გადატანილი ნივთიერებების ბუნების მიხედვით განასხვავებენ ვეზიკულური ტრანსპორტის შემდეგ ტიპებს:

ენდოციტოზი(სურათი 9.12, 1) - ნივთიერებების გადატანა უჯრედში. მიღებული ვეზიკულების ზომიდან გამომდინარე, არსებობს:

ა) პინოციტოზი - თხევადი და გახსნილი მაკრომოლეკულების (ცილები, პოლისაქარიდები, ნუკლეინის მჟავები) შეწოვა პატარა ბუშტების გამოყენებით (150 ნმ დიამეტრის);

ბ) ფაგოციტოზი - დიდი ნაწილაკების შეწოვა, როგორიცაა მიკროორგანიზმები ან უჯრედის ნამსხვრევები. ამ შემთხვევაში წარმოიქმნება დიდი ვეზიკულები, რომლებსაც 250 ნმ-ზე მეტი დიამეტრის მქონე ფაგოსომები ეწოდება.

პინოციტოზი დამახასიათებელია ევკარიოტული უჯრედების უმეტესობისთვის, ხოლო მსხვილ ნაწილაკებს შეიწოვება სპეციალიზებული უჯრედები - ლეიკოციტები და მაკროფაგები. ენდოციტოზის პირველ ეტაპზე მემბრანის ზედაპირზე შეიწოვება ნივთიერებები ან ნაწილაკები, ეს პროცესი ხდება ენერგიის მოხმარების გარეშე. შემდეგ ეტაპზე მემბრანა ადსორბირებული ნივთიერებით ღრმავდება ციტოპლაზმაში; პლაზმური მემბრანის ლოკალური ინვაგინაციები იჭრება უჯრედის ზედაპირიდან და ქმნიან ვეზიკულებს, რომლებიც შემდეგ უჯრედში გადადიან. ეს პროცესი დაკავშირებულია მიკროფილამენტების სისტემით და ენერგიაზეა დამოკიდებული. უჯრედში შემავალი ვეზიკულები და ფაგოსომები შეიძლება შეერწყას ლიზოსომებს. ლიზოსომებში შემავალი ფერმენტები ანადგურებს ბუშტუკებში და ფაგოსომებში შემავალ ნივთიერებებს დაბალმოლეკულურ პროდუქტებად (ამინომჟავები, მონოსაქარიდები, ნუკლეოტიდები), რომლებიც ტრანსპორტირდება ციტოზოლში, სადაც მათი გამოყენება უჯრედს შეუძლია.

ეგზოციტოზი(სურათი 9.12, 2) - ნაწილაკების და დიდი ნაერთების გადატანა უჯრედიდან. ეს პროცესი, ისევე როგორც ენდოციტოზი, მიმდინარეობს ენერგიის შთანთქმით. ეგზოციტოზის ძირითადი ტიპებია:

ა) სეკრეცია - წყალში ხსნადი ნაერთების უჯრედიდან ამოღება, რომლებიც გამოიყენება ან გავლენას ახდენენ სხეულის სხვა უჯრედებზე. ეს შეიძლება განხორციელდეს როგორც არასპეციალიზებული უჯრედებით, ასევე ენდოკრინული ჯირკვლების, კუჭ-ნაწლავის ტრაქტის ლორწოვანი გარსის უჯრედებით, რომლებიც ადაპტირებულია მათ მიერ წარმოქმნილი ნივთიერებების სეკრეციისთვის (ჰორმონები, ნეიროტრანსმიტერები, პროენზიმები), სხეულის სპეციფიკური საჭიროებიდან გამომდინარე. .

გამოყოფილი ცილები სინთეზირდება რიბოსომებზე, რომლებიც დაკავშირებულია უხეში ენდოპლაზმური ბადის მემბრანებთან. ეს ცილები შემდეგ ტრანსპორტირდება გოლჯის აპარატში, სადაც ხდება მათი მოდიფიცირება, კონცენტრირება, დახარისხება და შემდეგ დაფასოება ვეზიკულებში, რომლებიც იჭრება ციტოზოლში და შემდგომში ერწყმის პლაზმურ მემბრანას ისე, რომ ვეზიკულების შიგთავსი უჯრედის გარეთაა.

მაკრომოლეკულებისგან განსხვავებით, მცირე სეკრეციული ნაწილაკები, როგორიცაა პროტონები, ტრანსპორტირდება უჯრედიდან გაადვილებული დიფუზიისა და აქტიური სატრანსპორტო მექანიზმების გამოყენებით.

ბ) გამოყოფა - უჯრედიდან იმ ნივთიერებების ამოღება, რომელთა გამოყენებაც შეუძლებელია (მაგალითად, რეტიკულოციტებიდან ერითროპოეზის დროს რეტიკულური ნივთიერების ამოღება, რომელიც წარმოადგენს ორგანელების აგრეგირებულ ნარჩენს). გამოყოფის მექანიზმი, როგორც ჩანს, მდგომარეობს იმაში, რომ თავდაპირველად გამოყოფილი ნაწილაკები ციტოპლაზმურ ვეზიკულაშია, რომელიც შემდეგ ერწყმის პლაზმურ მემბრანას.

სურათი 9.10.მემბრანის გასწვრივ მოლეკულების ტრანსპორტირების მექანიზმები

სურათი 9.11. Na+, K+ -ტუმბოს სქემა.

სურათი 9.12.ვეზიკულური ტრანსპორტის სახეები: 1 - ენდოციტოზი; 2 - ეგზოციტოზი.

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 ინტეგრირებული , 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 თავისუფალი სახით 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 პროცესში, 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 მოდელი არის თხევადი მოზაიკის მოდელი, რომელიც შემოთავაზებულია 1972 წელს S. Singer-ისა და J. Nicholson-ის მიერ.

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 ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ არ წარმოიქმნება კოვალენტური ბმები ორ შრის 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, 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 არის ოლიგოსაქარიდის 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 უმნიშვნელო ცვლილებებს საკვები ნივთიერების კონცენტრაციაში, 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, გარდა პლაზმური მემბრანისა, 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 ეძახიან 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 ციტოპლაზმურ მემბრანასთან შედარებით, უფრო მცირე რაოდენობით შეიცავს სხვადასხვა ფოსფოლიპიდებს 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, რომელიც 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.

უჯრედის მემბრანა (პლაზმური მემბრანა) არის თხელი, ნახევრად გამტარი მემბრანა, რომელიც გარს აკრავს უჯრედებს.

უჯრედის მემბრანის ფუნქცია და როლი

მისი ფუნქციაა ინტერიერის მთლიანობის დაცვა უჯრედში ზოგიერთი არსებითი ნივთიერების შეშვებით და სხვების შეღწევის თავიდან აცილებით.

ის ასევე ემსახურება როგორც ზოგიერთ ორგანიზმთან და სხვებთან მიმაგრების საფუძველს. ამრიგად, პლაზმური მემბრანა ასევე უზრუნველყოფს უჯრედის ფორმას. მემბრანის კიდევ ერთი ფუნქციაა უჯრედების ზრდის რეგულირება წონასწორობის და.

ენდოციტოზის დროს, ლიპიდები და ცილები ამოღებულია უჯრედის მემბრანიდან, როგორც ნივთიერებები შეიწოვება. ეგზოციტოზის დროს ლიპიდებისა და ცილების შემცველი ვეზიკულები უჯრედის მემბრანას ერწყმის, რაც ზრდის უჯრედის ზომას. და სოკოს უჯრედებს აქვთ პლაზმური მემბრანები. შიდა, მაგალითად, ასევე ჩასმულია დამცავი გარსებით.

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

პლაზმური მემბრანა ძირითადად შედგება ცილებისა და ლიპიდების ნარევისგან. ორგანიზმში მემბრანის ადგილმდებარეობისა და როლიდან გამომდინარე, ლიპიდებს შეუძლიათ შეადგინონ მემბრანის 20-დან 80 პროცენტამდე, დანარჩენი კი ცილებია. მიუხედავად იმისა, რომ ლიპიდები ხელს უწყობენ მემბრანის მოქნილობას, ცილები აკონტროლებენ და ინარჩუნებენ უჯრედის ქიმიას და ხელს უწყობენ მოლეკულების გადატანას მემბრანის გასწვრივ.

მემბრანის ლიპიდები

ფოსფოლიპიდები პლაზმური მემბრანების ძირითადი კომპონენტია. ისინი ქმნიან ლიპიდურ ორ ფენას, რომელშიც ჰიდროფილური (წყალში მოზიდული) "თავის" უბნები სპონტანურად ეწყობა წინააღმდეგობის გაწევას წყლის ციტოზოლისა და უჯრედგარე სითხის წინააღმდეგ, ხოლო ჰიდროფობიური (წყალმომგვრელი) "კუდი" უბნები ციტოზოლისა და უჯრედგარე სითხისგან მოშორებით. ლიპიდური ორშრე ნახევრად გამტარია, რაც საშუალებას აძლევს მხოლოდ ზოგიერთ მოლეკულას გავრცელდეს მემბრანაში.

ქოლესტერინი ცხოველის უჯრედის მემბრანების კიდევ ერთი ლიპიდური კომპონენტია. ქოლესტერინის მოლეკულები შერჩევითად იშლება მემბრანის ფოსფოლიპიდებს შორის. ეს ხელს უწყობს უჯრედის მემბრანების ხისტი შენარჩუნებას ფოსფოლიპიდების ზედმეტად მჭიდრო შეფუთვის თავიდან ასაცილებლად. ქოლესტერინი არ არის მცენარის უჯრედის მემბრანებში.

გლიკოლიპიდები განლაგებულია უჯრედის მემბრანების გარე ზედაპირზე და მათთან დაკავშირებულია ნახშირწყლების ჯაჭვით. ისინი ეხმარებიან უჯრედს სხეულის სხვა უჯრედების ამოცნობაში.

მემბრანის ცილები

უჯრედის მემბრანა შეიცავს ორი სახის ასოცირებულ პროტეინს. პერიფერიული მემბრანის ცილები გარეგანია და მასთან დაკავშირებულია სხვა ცილებთან ურთიერთქმედებით. მემბრანის ინტეგრალური ცილები შეჰყავთ მემბრანაში და უმეტესობა გადის მასში. ამ ტრანსმემბრანული ცილების ნაწილები განლაგებულია მის ორივე მხარეს.

პლაზმის მემბრანის ცილებს ასრულებენ მრავალი განსხვავებული ფუნქცია. სტრუქტურული ცილები უზრუნველყოფს უჯრედების მხარდაჭერას და ფორმას. მემბრანის რეცეპტორების ცილები ეხმარება უჯრედებს გარე გარემოსთან ურთიერთობაში ჰორმონების, ნეიროტრანსმიტერების და სხვა სასიგნალო მოლეკულების გამოყენებით. სატრანსპორტო პროტეინები, როგორიცაა გლობულური ცილები, ატარებენ მოლეკულებს უჯრედის მემბრანებში გაადვილებული დიფუზიის გზით. გლიკოპროტეინებს აქვთ ნახშირწყლების ჯაჭვი მიმაგრებული. ისინი უჯრედის მემბრანაშია ჩასმული, რაც ხელს უწყობს მოლეკულების გაცვლას და ტრანსპორტირებას.

ორგანელის მემბრანები

ზოგიერთი უჯრედის ორგანელა ასევე გარშემორტყმულია დამცავი გარსებით. ძირითადი,

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის მომზადება

უჯრედის მემბრანის ფუნქცია და როლი

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

მემბრანის ლიპიდები

მემბრანის ცილები

ორგანელის მემბრანები

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ