1972 жылы жартылай өткізгіш мембрана жасушаны қоршап тұрады және бірқатар өмірлік маңызды міндеттерді орындайды, ал жасуша мембраналарының құрылымы мен қызметі организмдегі барлық жасушалардың дұрыс жұмыс істеуіне қатысты маңызды мәселелер болып табылады деген теория ұсынылды.. Жасуша теориясы 17 ғасырда микроскопты ойлап табумен бірге кең тарады. Өсімдіктер мен жануарлардың ұлпалары жасушалардан тұратыны белгілі болды, бірақ құрылғының ажыратымдылығы төмен болғандықтан, жануар жасушасының айналасындағы ешқандай кедергілерді көру мүмкін болмады. 20 ғасырда мембрананың химиялық табиғаты толығырақ зерттелді, оның негізі липидтер екені анықталды.
Жасуша мембраналарының құрылымы мен қызметі
Жасуша мембранасы тірі жасушалардың цитоплазмасын қоршап, жасушаішілік компоненттерді сыртқы ортадан физикалық түрде ажыратады. Саңырауқұлақтар, бактериялар және өсімдіктер де қорғанысты қамтамасыз ететін және үлкен молекулалардың өтуіне жол бермейтін жасуша қабырғаларына ие. Жасуша мембраналары да маңызды рөл атқарадыцитоскелеттің қалыптасуы және басқа өмірлік маңызды бөлшектердің жасушадан тыс матрицаға қосылуы. Бұл дененің тіндері мен мүшелерін құра отырып, оларды бірге ұстау үшін қажет. Жасуша мембранасының құрылымдық ерекшеліктеріне өткізгіштік жатады. Негізгі функциясы - қорғаныс. Мембрана ендірілген белоктары бар фосфолипидті қабаттан тұрады. Бұл бөлік жасуша адгезиясы, ион өткізгіштігі және сигналдық жүйелер сияқты процестерге қатысады және қабырға, гликокаликс және ішкі цитоскелет сияқты бірнеше жасушадан тыс құрылымдар үшін бекіту беті ретінде қызмет етеді. Сондай-ақ мембрана селективті сүзгі қызметін атқара отырып, жасушаның потенциалын сақтайды. Ол иондар мен органикалық молекулаларды таңдамалы түрде өткізеді және бөлшектердің қозғалысын бақылайды.
Жасуша мембранасының биологиялық механизмдері
1. Пассивті диффузия: көмірқышқыл газы (СО2) және оттегі (O2) сияқты кейбір заттар (кіші молекулалар, иондар) плазмалық мембрана арқылы диффузияға ұшырауы мүмкін. Қабық екі жағында шоғырлануы мүмкін белгілі молекулалар мен иондарға тосқауыл ретінде әрекет етеді.
2. Трансмембраналық арна және тасымалдаушы ақуыз: глюкоза немесе аминқышқылдары сияқты қоректік заттар жасушаға енуі керек, ал кейбір метаболизм өнімдері кетуі керек.
3. Эндоцитоз - бұл молекулалардың қабылдану процесі. Плазмалық мембранада аздап деформация (инвагинация) пайда болады, онда тасымалданатын зат жұтылады. Ол талап етедіэнергия және осылайша белсенді тасымалдау түрі болып табылады.
4. Экзоцитоз: гормондар мен ферменттер сияқты заттарды бөліп шығару және затты жасушалық тосқауыл арқылы толығымен тасымалдау үшін эндоцитоз арқылы әкелінген заттардың қорытылмаған қалдықтарын жою үшін әртүрлі жасушаларда пайда болады.
Молекулалық құрылым
Жасуша мембранасы – негізінен фосфолипидтерден тұратын және бүкіл жасушаның мазмұнын сыртқы ортадан бөліп тұратын биологиялық мембрана. Қалыпты жағдайда қалыптасу процесі өздігінен жүреді. Бұл процесті түсіну және жасуша мембраналарының құрылымы мен функцияларын, сондай-ақ қасиеттерін дұрыс сипаттау үшін құрылымдық поляризациямен сипатталатын фосфолипидті құрылымдардың табиғатын бағалау қажет. Цитоплазманың су ортасындағы фосфолипидтер критикалық концентрацияға жеткенде, олар су ортасында тұрақтырақ мицеллаға бірігеді.
Мембрананың қасиеттері
- Тұрақтылық. Бұл мембрана пайда болғаннан кейін ыдыраудың екіталай екенін білдіреді.
- Күш. Липидті мембрана полярлы заттың өтуіне жол бермеу үшін жеткілікті сенімді; еріген заттар да (иондар, глюкоза, амин қышқылдары) және әлдеқайда үлкен молекулалар (белоктар) қалыптасқан шекарадан өте алмайды.
- Динамикалық таңба. Бұл жасушаның құрылымын қарастырғанда ең маңызды қасиет болуы мүмкін. Жасуша мембранасы мүмкінәртүрлі деформацияларға ұшырауы мүмкін, құламай бүктеліп, майыстырылуы мүмкін. Ерекше жағдайларда, мысалы, весикулдардың бірігуі немесе бүршіктенуі, оны бұзуға болады, бірақ уақытша ғана. Бөлме температурасында оның липидті құрамдас бөліктері тұрақты, ретсіз қозғалыста болып, тұрақты сұйықтық шекарасын құрайды.
Сұйық мозаика үлгісі
Жасуша мембраналарының құрылымы мен қызметтері туралы айтатын болсақ, қазіргі көзқараста мембрананы сұйық мозаикалық модель ретінде 1972 жылы Сингер мен Николсон ғалымдары қарастырғанын атап өткен жөн. Олардың теориясы мембрана құрылымының үш негізгі ерекшелігін көрсетеді. Интегралды мембраналық ақуыздар мембрана үшін мозаикалық үлгіні қамтамасыз етеді және олар липидті ұйымдастырудың өзгермелі сипатына байланысты бүйірлік жазықтықта қозғалуға қабілетті. Трансмембраналық ақуыздар да потенциалды мобильді. Мембраналық құрылымның маңызды ерекшелігі оның асимметриясы болып табылады. Жасушаның құрылымы қандай? Жасуша мембранасы, ядро, белоктар және т.б. Жасуша тіршіліктің негізгі бірлігі болып табылады және барлық организмдер бір немесе бірнеше жасушалардан тұрады, олардың әрқайсысында оны қоршаған ортадан ажырататын табиғи тосқауыл бар. Жасушаның бұл сыртқы шекарасын плазмалық мембрана деп те атайды. Ол төрт түрлі молекулалардан тұрады: фосфолипидтер, холестерин, ақуыздар және көмірсулар. Сұйық мозаикалық модель жасуша мембранасының құрылымын былай сипаттайды: икемді және серпімді, консистенциясы өсімдік майына ұқсас, сондықтан бәріжеке молекулалар сұйық ортада жай қалқып жүреді және олардың барлығы сол қабықшаның ішінде бір жаққа қарай қозғала алады. Мозаика - бұл әртүрлі бөлшектерді қамтитын нәрсе. Плазмалық мембранада ол фосфолипидтермен, холестерин молекулаларымен, ақуыздармен және көмірсулармен ұсынылған.
Фосфолипидтер
Фосфолипидтер жасуша мембранасының негізгі құрылымын құрайды. Бұл молекулалардың екі анық ұшы бар: бас және құйрық. Бас ұшында фосфат тобы бар және гидрофильді. Бұл оның су молекулаларына тартылғанын білдіреді. Құйрық май қышқылы тізбектері деп аталатын сутегі мен көміртек атомдарынан тұрады. Бұл тізбектер гидрофобты, олар су молекулаларымен араласуды ұнатпайды. Бұл процесс өсімдік майын суға құйғанда болатын жағдайға ұқсас, яғни ол ерімейді. Жасуша мембранасының құрылымдық ерекшеліктері фосфолипидтерден тұратын липидті қос қабатты деп аталатынмен байланысты. Гидрофильді фосфат бастары әрқашан жасушаішілік және жасушадан тыс сұйықтық түріндегі су бар жерде орналасады. Фосфолипидтердің мембранадағы гидрофобты құйрықтары оларды судан алшақ ұстайтындай етіп ұйымдастырылған.
Холестерин, белоктар және көмірсулар
Адамдар «холестерин» сөзін естігенде, әдетте оны жаман деп ойлайды. Дегенмен, холестерин шын мәнінде жасуша мембраналарының өте маңызды құрамдас бөлігі болып табылады. Оның молекулалары сутегі мен көміртек атомдарының төрт сақинасынан тұрады. Олар гидрофобты және липидті қос қабаттағы гидрофобты құйрықтар арасында кездеседі. Олардың маңыздылығы мынадаконсистенцияны сақтай отырып, олар мембраналарды нығайтады, кроссоверді болдырмайды. Холестерин молекулалары сонымен қатар фосфолипидтердің құйрықтарының жанасуынан және қатаюынан сақтайды. Бұл өтімділік пен икемділікке кепілдік береді. Мембраналық ақуыздар химиялық реакцияларды жылдамдату үшін ферменттер ретінде әрекет етеді, белгілі бір молекулалар үшін рецепторлар ретінде әрекет етеді немесе заттарды жасуша мембранасы арқылы тасымалдайды.
Көмірсулар немесе сахаридтер тек жасуша мембранасының жасушадан тыс жағында болады. Олар бірігіп гликокаликс түзеді. Ол плазмалық мембрананы жастықшамен және қорғаныспен қамтамасыз етеді. Гликокаликстегі көмірсулардың құрылымы мен түріне қарай дене жасушаларды танып, олардың болуы немесе болмауын анықтай алады.
Мембраналық ақуыздар
Жануарлар жасушасының жасушалық қабықшасының құрылымын белок сияқты маңызды компонентсіз елестету мүмкін емес. Осыған қарамастан, олар басқа маңызды құрамдас бөліктен - липидтерден айтарлықтай төмен болуы мүмкін. Үш негізгі мембраналық ақуыз бар.
- Интеграл. Олар екі қабатты, цитоплазманы және жасушадан тыс ортаны толығымен қамтиды. Олар тасымалдау және сигнал беру функциясын орындайды.
- Шеткі құрылғы. Белоктар мембранаға цитоплазмалық немесе жасушадан тыс беттерінде электростатикалық немесе сутегі байланыстары арқылы бекітіледі. Олар негізінен интегралдық ақуыздарды бекіту құралы ретінде қатысады.
- Трансмембрана. Олар ферментативті және сигналдық функцияларды орындайды, сонымен қатар мембрананың липидті екі қабатының негізгі құрылымын модуляциялайды.
Биологиялық мембраналардың функциялары
Судағы көмірсутектердің әрекетін реттейтін гидрофобты әсер мембрана липидтері мен мембрана ақуыздары арқылы түзілетін құрылымдарды басқарады. Мембраналардың көптеген қасиеттерін барлық биологиялық мембраналар үшін негізгі құрылымды құрайтын липидті қос қабатты тасымалдаушылар береді. Интегралды мембраналық ақуыздар липидті қос қабатта ішінара жасырылған. Трансмембраналық протеиндер амин қышқылдарының бастапқы реттілігінде мамандандырылған ұйымға ие.
Шеткі мембрана ақуыздары еритіндерге өте ұқсас, бірақ олар мембранамен де байланысқан. Мамандандырылған жасушалық мембраналар арнайы жасуша қызметтеріне ие. Жасуша мембраналарының құрылысы мен қызметі организмге қалай әсер етеді? Бүкіл ағзаның функционалдығы биологиялық мембраналардың қалай орналасқанына байланысты. Жасуша ішілік органеллалардан, мембраналардың жасушадан тыс және жасушааралық әрекеттесуінен биологиялық функцияларды ұйымдастыруға және орындауға қажетті құрылымдар жасалады. Көптеген құрылымдық және функционалдық ерекшеліктер бактерияларға, эукариоттық жасушаларға және қабықшалы вирустарға тән. Барлық биологиялық мембраналар бірқатар жалпы сипаттамалардың болуын анықтайтын липидті қос қабатқа салынған. Мембраналық ақуыздардың көптеген арнайы функциялары бар.
- Басқару. Жасушалардың плазмалық мембраналары жасушаның қоршаған ортамен әрекеттесу шекарасын анықтайды.
- Көлік. Жасушалардың жасушаішілік мембраналары әртүрлі функционалдық блоктарға бөлінедіішкі құрамы, олардың әрқайсысы бақылау өткізгіштігімен бірге қажетті тасымалдау функциясымен қамтамасыз етіледі.
- Сигнал беру. Мембраналық синтез жасушаішілік везикулярлы хабарландыру механизмін қамтамасыз етеді және әртүрлі вирус түрлерінің жасушаға еркін енуіне жол бермейді.
Мағынасы мен қорытындылары
Сыртқы жасуша мембранасының құрылымы бүкіл ағзаға әсер етеді. Ол тек таңдалған заттардың енуіне мүмкіндік беру арқылы тұтастықты қорғауда маңызды рөл атқарады. Ол сондай-ақ цитоскелет пен жасуша қабырғасын бекіту үшін жақсы негіз болып табылады, бұл жасушаның пішінін сақтауға көмектеседі. Липидтер көптеген жасушалардың мембраналық массасының шамамен 50% құрайды, бірақ бұл мембрананың түріне байланысты өзгереді. Сүтқоректілердің сыртқы жасуша қабықшасының құрылымы күрделірек, оның құрамында төрт негізгі фосфолипидтер бар. Липидті қосқабаттардың маңызды қасиеті - олар екі өлшемді сұйықтық сияқты әрекет етеді, онда жеке молекулалар еркін айнала алады және бүйір бойымен қозғалады. Мұндай өтімділік температура мен липидтердің құрамына байланысты анықталатын мембраналардың маңызды қасиеті болып табылады. Көмірсутекті сақина құрылымына байланысты холестерин мембраналардың өтімділігін анықтауда рөл атқарады. Биологиялық мембраналардың шағын молекулаларға селективті өткізгіштігі жасушаға өзінің ішкі құрылымын бақылауға және сақтауға мүмкіндік береді.
Жасушаның (жасуша қабықшасы, ядросы және т.б.) құрылымын қарастыра отырып, мынадай қорытынды жасауға болады:ағзаның сыртқы көмексіз өзіне зиян келтіре алмайтын өзін-өзі реттейтін жүйе екенін және әрқашан әрбір жасушаны қалпына келтіру, қорғау және дұрыс жұмыс істеу жолдарын іздейтінін айтады.
