მემბრანები უკიდურესად ბლანტი და ამავდროულად პლასტიკური სტრუქტურებია, რომლებიც გარს აკრავს ყველა ცოცხალ უჯრედს. ფუნქციებიუჯრედის მემბრანები:

1. პლაზმური მემბრანა არის ბარიერი, რომელიც ინარჩუნებს ექსტრა და უჯრედშიდა გარემოს განსხვავებულ შემადგენლობას.

2.მემბრანები ქმნიან სპეციალიზებულ კუპეებს უჯრედის შიგნით, ე.ი. მრავალრიცხოვანი ორგანელები - მიტოქონდრია, ლიზოსომები, გოლჯის კომპლექსი, ენდოპლაზმური ბადე, ბირთვული გარსები.

3. ფერმენტები, რომლებიც მონაწილეობენ ენერგიის გარდაქმნაში ისეთ პროცესებში, როგორიცაა ჟანგვითი ფოსფორილირება და ფოტოსინთეზი, ლოკალიზებულია მემბრანებში.

მემბრანების სტრუქტურა და შემადგენლობა

მემბრანის საფუძველია ორმაგი ლიპიდური ფენა, რომლის ფორმირებაში მონაწილეობს ფოსფოლიპიდები და გლიკოლიპიდები. ლიპიდური ორშრე წარმოიქმნება ლიპიდების ორი რიგით, რომელთა ჰიდროფობიური რადიკალები იმალება შიგნით, ხოლო ჰიდროფილური ჯგუფები მიმართულია გარედან და კონტაქტშია წყლის გარემოსთან. ცილის მოლეკულები, როგორც ეს იყო, "იხსნება" ლიპიდურ ორ შრეში.

მემბრანის ლიპიდების სტრუქტურა

მემბრანული ლიპიდები ამფიფილური მოლეკულებია, რადგან მოლეკულას აქვს როგორც ჰიდროფილური რეგიონი (პოლარული თავები) ასევე ჰიდროფობიური რეგიონი, რომელიც წარმოდგენილია ცხიმოვანი მჟავების ნახშირწყალბადის რადიკალებით, რომლებიც სპონტანურად ქმნიან ორ ფენას. მემბრანები შეიცავს ლიპიდების სამ ძირითად ტიპს - ფოსფოლიპიდებს, გლიკოლიპიდებს და ქოლესტერინს.

ლიპიდური შემადგენლობა განსხვავებულია. კონკრეტული ლიპიდის შემცველობა აშკარად განისაზღვრება მემბრანებში ამ ლიპიდების მიერ შესრულებული ფუნქციების მრავალფეროვნებით.

ფოსფოლიპიდები. ყველა ფოსფოლიპიდი შეიძლება დაიყოს ორ ჯგუფად - გლიცეროფოსფოლიპიდები და სფინფოსფოლიპიდები. გლიცეროფოსფოლიპიდები კლასიფიცირდება როგორც ფოსფატიდური მჟავის წარმოებულები. ყველაზე გავრცელებული გლიცეროფოსფოლიპიდებია ფოსფატიდილქოლინები და ფოსფატიდილეთანოლამინი. სფინგოფოსფოლიპიდები დაფუძნებულია ამინოალკოჰოლის სფინგოზინზე.

გლიკოლიპიდები. გლიკოლიპიდებში ჰიდროფობიური ნაწილი წარმოდგენილია ალკოჰოლური კერამიდით, ხოლო ჰიდროფილური ნაწილი წარმოდგენილია ნახშირწყლების ნარჩენებით. ნახშირწყლების ნაწილის სიგრძისა და სტრუქტურის მიხედვით განასხვავებენ ცერებროზიდებს და განგლიოზიდებს. გლიკოლიპიდების პოლარული „თავები“ განლაგებულია პლაზმური მემბრანების გარე ზედაპირზე.

ქოლესტერინი (CS). CS არის ცხოველური უჯრედების ყველა მემბრანაში. მისი მოლეკულა შედგება ხისტი ჰიდროფობიური ბირთვისა და მოქნილი ნახშირწყალბადის ჯაჭვისგან. ერთი ჰიდროქსილის ჯგუფი მე-3 პოზიციაზე არის "პოლარული თავი". ცხოველური უჯრედისთვის ქოლესტერინის/ფოსფოლიპიდების საშუალო მოლური თანაფარდობა არის 0,3-0,4, მაგრამ პლაზმურ მემბრანაში ეს თანაფარდობა გაცილებით მაღალია (0,8-0,9). მემბრანებში ქოლესტერინის არსებობა ამცირებს ცხიმოვანი მჟავების მოძრაობას, ამცირებს ლიპიდების გვერდითი დიფუზიას და, შესაბამისად, შეიძლება გავლენა იქონიოს მემბრანის ცილების ფუნქციებზე.

მემბრანის თვისებები:

1. შერჩევითი გამტარიანობა. დახურული ორშრე უზრუნველყოფს მემბრანის ერთ-ერთ მთავარ თვისებას: იგი გაუვალია წყალში ხსნადი მოლეკულების უმეტესობისთვის, რადგან ისინი არ იშლება მის ჰიდროფობიურ ბირთვში. გაზებს, როგორიცაა ჟანგბადი, CO 2 და აზოტი, აქვთ უნარი ადვილად შეაღწიონ უჯრედებში მათი მოლეკულების მცირე ზომისა და გამხსნელებთან სუსტი ურთიერთქმედების გამო. ლიპიდური ბუნების მოლეკულები, როგორიცაა სტეროიდული ჰორმონები, ასევე ადვილად აღწევენ ორ შრეში.

2. ლიკვიდურობა. მემბრანებს ახასიათებთ ლიკვიდობა (სითხე), ლიპიდების და ცილების გადაადგილების უნარი. შესაძლებელია ფოსფოლიპიდური მოძრაობის ორი ტიპი: სალტო (მეცნიერულ ლიტერატურაში მას „ფლიპ-ფლოპს“ უწოდებენ) და გვერდითი დიფუზია. პირველ შემთხვევაში, ბიმოლეკულურ შრეში ერთმანეთს დაპირისპირებული ფოსფოლიპიდური მოლეკულები უხვევენ (ან სალტო) ერთმანეთისკენ და ცვლიან ადგილებს მემბრანაში, ე.ი. გარე იქცევა შიგნით და პირიქით. ასეთი ნახტომები დაკავშირებულია ენერგიის მოხმარებასთან. უფრო ხშირად შეინიშნება ბრუნვები ღერძის ირგვლივ (როტაცია) და გვერდითი დიფუზია - მოძრაობა ფენის შიგნით მემბრანის ზედაპირის პარალელურად. მოლეკულების მოძრაობის სიჩქარე დამოკიდებულია მემბრანების მიკრობლანტობაზე, რაც, თავის მხრივ, განისაზღვრება ლიპიდურ შემადგენლობაში გაჯერებული და უჯერი ცხიმოვანი მჟავების ფარდობითი შემცველობით. მიკროსიბლანტე უფრო დაბალია, თუ ლიპიდურ შემადგენლობაში ჭარბობს უჯერი ცხიმოვანი მჟავები და უფრო მაღალია, თუ გაჯერებული ცხიმოვანი მჟავების შემცველობა მაღალია.

3. მემბრანის ასიმეტრია. ერთი და იგივე მემბრანის ზედაპირები განსხვავდება ლიპიდების, ცილების და ნახშირწყლების შემადგენლობით (განივი ასიმეტრია). მაგალითად, გარე შრეში ჭარბობს ფოსფატიდილქოლინები, ხოლო შიდა შრეში ფოსფატიდილეთანოლამინი და ფოსფატიდილსერინები. გლიკოპროტეინების და გლიკოლიპიდების ნახშირწყლების კომპონენტები გარე ზედაპირზე მოდის და ქმნიან უწყვეტ სტრუქტურას, რომელსაც გლიკოკალიქსი ეწოდება. შიდა ზედაპირზე ნახშირწყლები არ არის. ცილები - ჰორმონის რეცეპტორები განლაგებულია პლაზმური მემბრანის გარე ზედაპირზე, ხოლო მათ მიერ რეგულირებადი ფერმენტები - ადენილატ ციკლაზა, ფოსფოლიპაზა C - შიდა ზედაპირზე და ა.შ.

მემბრანის ცილები

მემბრანული ფოსფოლიპიდები მოქმედებენ როგორც გამხსნელი მემბრანის პროტეინებისთვის, ქმნიან მიკროგარემოს, რომელშიც ამ უკანასკნელს შეუძლია ფუნქციონირება. პროტეინები შეადგენს მემბრანების მასის 30-დან 70%-მდე. მემბრანაში სხვადასხვა ცილების რაოდენობა მერყეობს 6-8-დან სარკოპლაზმურ რეტიკულუმში 100-ზე მეტს პლაზმურ მემბრანაში. ეს არის ფერმენტები, სატრანსპორტო ცილები, სტრუქტურული ცილები, ანტიგენები, მათ შორის ძირითადი ჰისტოთავსებადობის სისტემის ანტიგენები, რეცეპტორები სხვადასხვა მოლეკულებისთვის.

მემბრანაში ლოკალიზაციის მიხედვით ცილები იყოფა ინტეგრალურ (ნაწილობრივ ან მთლიანად ჩაძირულ მემბრანაში) და პერიფერულ (მის ზედაპირზე განლაგებული). ზოგიერთი ინტეგრალური ცილა ერთხელ კვეთს მემბრანას (გლიკოფორინი), ზოგი კი მემბრანას მრავალჯერ კვეთს. მაგალითად, ბადურის ფოტორეცეპტორი და β 2-ადრენერგული რეცეპტორი კვეთენ ორ შრეს 7-ჯერ.

პერიფერიული ცილები და ინტეგრალური ცილების დომენები, რომლებიც განლაგებულია ყველა მემბრანის გარე ზედაპირზე, თითქმის ყოველთვის გლიკოზირებულია. ოლიგოსაქარიდის ნარჩენები იცავს ცილას პროტეოლიზისგან და ასევე მონაწილეობს ლიგანდის ამოცნობაში ან ადჰეზიაში.

საიდუმლო არ არის, რომ ჩვენს პლანეტაზე ყველა ცოცხალი არსება შედგება უჯრედებისგან, ამ უთვალავი ორგანული ნივთიერებებისგან. უჯრედები, თავის მხრივ, გარშემორტყმულია სპეციალური დამცავი გარსით - მემბრანა, რომელიც ძალიან მნიშვნელოვან როლს ასრულებს უჯრედის სიცოცხლეში, ხოლო უჯრედის მემბრანის ფუნქციები არ შემოიფარგლება მხოლოდ უჯრედის დაცვით, არამედ წარმოადგენს კომპლექსს. მექანიზმი, რომელიც მონაწილეობს უჯრედის რეპროდუქციაში, კვებასა და რეგენერაციაში.

რა არის უჯრედის მემბრანა

თავად სიტყვა "მემბრანა" ლათინურიდან ითარგმნება როგორც "ფილმი", თუმცა მემბრანა არ არის მხოლოდ ერთგვარი ფილმი, რომელშიც უჯრედია გახვეული, არამედ ორი ფილმის ერთობლიობა, რომლებიც დაკავშირებულია ერთმანეთთან და აქვს განსხვავებული თვისებები. სინამდვილეში, უჯრედის მემბრანა არის სამ ფენის ლიპოპროტეინის (ცხიმ-პროტეინის) მემბრანა, რომელიც გამოყოფს თითოეულ უჯრედს მეზობელი უჯრედებისგან და გარემოსგან და ახორციელებს უჯრედებსა და გარემოს შორის კონტროლირებად გაცვლას, ეს არის უჯრედის მემბრანის აკადემიური განმარტება. არის.

მემბრანის მნიშვნელობა უბრალოდ უზარმაზარია, რადგან ის არა მხოლოდ აშორებს ერთ უჯრედს მეორისგან, არამედ უზრუნველყოფს უჯრედის ურთიერთქმედებას როგორც სხვა უჯრედებთან, ასევე გარემოსთან.

უჯრედის მემბრანის კვლევის ისტორია

უჯრედის მემბრანის შესწავლაში მნიშვნელოვანი წვლილი შეიტანეს ორმა გერმანელმა მეცნიერმა გორტერმა და გრენდელმა ჯერ კიდევ 1925 წელს. სწორედ მაშინ მოახერხეს რთული ბიოლოგიური ექსპერიმენტის ჩატარება სისხლის წითელ უჯრედებზე - ერითროციტებზე, რომლის დროსაც მეცნიერებმა მიიღეს ეგრეთ წოდებული "ჩრდილები", ერითროციტების ცარიელი გარსები, რომლებიც ერთ შტატში დააწყვეს და გაზომეს ზედაპირის ფართობი და ასევე. გამოთვალა მათში ლიპიდების რაოდენობა. მიღებული ლიპიდების ოდენობიდან გამომდინარე, მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ისინი ზუსტად შეიცავს უჯრედის მემბრანის ორმაგ ფენას.

1935 წელს, უჯრედის მემბრანის მკვლევართა კიდევ ერთმა წყვილმა, ამჯერად ამერიკელებმა დანიელმა და დოუსონმა, ხანგრძლივი ექსპერიმენტების სერიის შემდეგ დაადგინეს ცილის შემცველობა უჯრედის მემბრანაში. სხვა გზა არ იყო იმის ასახსნელად, თუ რატომ ჰქონდა მემბრანას ასეთი მაღალი ზედაპირული დაძაბულობა. მეცნიერებმა ჭკვიანურად წარმოადგინეს სენდვიჩის სახით უჯრედის მემბრანის მოდელი, რომელშიც პურის როლს ერთგვაროვანი ლიპიდურ-ცილოვანი შრეები ასრულებს და მათ შორის ზეთის ნაცვლად სიცარიელეა.

1950 წელს, ელექტრონიკის მოსვლასთან ერთად, დანიელისა და დოუსონის თეორია დადასტურდა პრაქტიკული დაკვირვებით - უჯრედის მემბრანის მიკროგრაფებში აშკარად ჩანდა ლიპიდური და ცილის თავების ფენები და ასევე მათ შორის ცარიელი სივრცე.

1960 წელს ამერიკელმა ბიოლოგმა ჯ.რობერტსონმა შეიმუშავა თეორია უჯრედის მემბრანების სამშრიანი სტრუქტურის შესახებ, რომელიც დიდი ხნის განმავლობაში ითვლებოდა ერთადერთ ჭეშმარიტად, მაგრამ მეცნიერების შემდგომი განვითარებასთან ერთად ეჭვები დაიწყო მის უტყუარობაში. ასე, მაგალითად, თვალსაზრისით, რთული და შრომატევადი იქნება უჯრედებისთვის საჭირო საკვები ნივთიერებების გადატანა მთელ „სენდვიჩში“

და მხოლოდ 1972 წელს ამერიკელმა ბიოლოგებმა S. Singer-მა და G. Nicholson-მა შეძლეს აეხსნათ რობერტსონის თეორიაში არსებული შეუსაბამობები უჯრედის მემბრანის ახალი სითხე-მოზაიკური მოდელის გამოყენებით. კერძოდ, მათ აღმოაჩინეს, რომ უჯრედის მემბრანა არ არის ერთგვაროვანი შემადგენლობით, მეტიც, ის ასიმეტრიულია და სავსეა სითხით. გარდა ამისა, უჯრედები მუდმივ მოძრაობაშია. და ცნობილი ცილები, რომლებიც უჯრედის მემბრანის ნაწილია, აქვთ განსხვავებული სტრუქტურა და ფუნქციები.

უჯრედის მემბრანის თვისებები და ფუნქციები

ახლა მოდით შევხედოთ რა ფუნქციებს ასრულებს უჯრედის მემბრანა:

უჯრედის მემბრანის ბარიერი ფუნქციაა მემბრანა, როგორც ნამდვილი მესაზღვრე, რომელიც დგას უჯრედის საზღვრებზე, აყოვნებს და არ აძლევს მავნე ან უბრალოდ შეუსაბამო მოლეკულებს გავლის საშუალებას.

უჯრედის მემბრანის სატრანსპორტო ფუნქცია - მემბრანა არის არა მხოლოდ მესაზღვრე უჯრედის კარიბჭესთან, არამედ ერთგვარი საბაჟო გამშვები პუნქტი; მისი მეშვეობით სასარგებლო ნივთიერებები მუდმივად ცვლის სხვა უჯრედებთან და გარემოსთან.

მატრიქსის ფუნქცია - ეს არის უჯრედის მემბრანა, რომელიც განსაზღვრავს მდებარეობას ერთმანეთთან შედარებით და არეგულირებს მათ შორის ურთიერთქმედებას.

მექანიკური ფუნქცია - პასუხისმგებელია ერთი უჯრედის მეორისგან შეზღუდვაზე და, ამავდროულად, უჯრედების ერთმანეთთან სწორად დაკავშირებაზე, მათ ერთგვაროვან ქსოვილად ფორმირებაზე.

უჯრედის მემბრანის დამცავი ფუნქცია არის უჯრედის დამცავი ფარის აგების საფუძველი. ბუნებაში, ამ ფუნქციის მაგალითი შეიძლება იყოს მყარი ხე, მკვრივი კანი, დამცავი გარსი, ეს ყველაფერი მემბრანის დამცავი ფუნქციის გამო.

ფერმენტული ფუნქცია კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი ფუნქციაა, რომელსაც ასრულებენ უჯრედში არსებული გარკვეული პროტეინები. მაგალითად, ამ ფუნქციის წყალობით საჭმლის მომნელებელი ფერმენტების სინთეზი ხდება ნაწლავის ეპითელიუმში.

გარდა ამისა, ამ ყველაფრის გარდა, უჯრედული გაცვლა ხდება უჯრედის მემბრანის მეშვეობით, რაც შეიძლება მოხდეს სამ სხვადასხვა რეაქციაში:

• ფაგოციტოზი არის უჯრედული გაცვლა, რომლის დროსაც მემბრანაში ჩაფლული ფაგოციტების უჯრედები იჭერენ და ამუშავებენ სხვადასხვა საკვებ ნივთიერებებს.
• პინოციტოზი არის უჯრედის მემბრანის მიერ მასთან კონტაქტში მყოფი თხევადი მოლეკულების დაჭერის პროცესი. ამისათვის მემბრანის ზედაპირზე წარმოიქმნება სპეციალური ღეროები, რომლებიც თითქოს გარს აკრავს სითხის წვეთს და ქმნიან ბუშტს, რომელსაც შემდგომში მემბრანა „ყლაპავს“.
• ეგზოციტოზი არის საპირისპირო პროცესი, როდესაც უჯრედი ათავისუფლებს სეკრეტორულ ფუნქციურ სითხეს ზედაპირზე მემბრანის მეშვეობით.

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

უჯრედის მემბრანაში არის ლიპიდების სამი კლასი:

• ფოსფოლიპიდები (რომლებიც არის ცხიმებისა და ფოსფორის კომბინაცია),
• გლიკოლიპიდები (ცხიმებისა და ნახშირწყლების კომბინაცია),
• ქოლესტერინი

ფოსფოლიპიდები და გლიკოლიპიდები, თავის მხრივ, შედგება ჰიდროფილური თავისგან, რომელშიც ორი გრძელი ჰიდროფობიური კუდი ვრცელდება. ქოლესტერინი იკავებს სივრცეს ამ კუდებს შორის, ხელს უშლის მათ მოხრას; ეს ყველაფერი, ზოგიერთ შემთხვევაში, გარკვეული უჯრედების მემბრანას ძალიან ხისტი ხდის. ამ ყველაფრის გარდა, ქოლესტერინის მოლეკულები აწესრიგებენ უჯრედის მემბრანის სტრუქტურას.

მაგრამ როგორც ეს შეიძლება იყოს, უჯრედის მემბრანის სტრუქტურის ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაწილი არის ცილა, უფრო სწორად, სხვადასხვა ცილები, რომლებიც სხვადასხვა მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ. მემბრანაში შემავალი ცილების მრავალფეროვნების მიუხედავად, არის რაღაც, რაც მათ აერთიანებს - რგოლოვანი ლიპიდები განლაგებულია მემბრანის ყველა ცილის გარშემო. რგოლოვანი ლიპიდები არის სპეციალური სტრუქტურირებული ცხიმები, რომლებიც ემსახურებიან როგორც ერთგვარ დამცავ გარსს ცილებისთვის, რომლის გარეშეც ისინი უბრალოდ არ იმუშავებენ.

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურას აქვს სამი ფენა: უჯრედის მემბრანის საფუძველი არის ერთგვაროვანი თხევადი ბილიპიდური ფენა. ცილები მას ორივე მხრიდან მოზაიკასავით ფარავს. ეს არის ცილები, გარდა ზემოთ აღწერილი ფუნქციებისა, რომლებიც ასევე ასრულებენ თავისებური არხების როლს, რომლის მეშვეობითაც მემბრანაში გადის ნივთიერებები, რომლებსაც არ შეუძლიათ მემბრანის თხევადი შრის მეშვეობით შეღწევა. ეს მოიცავს, მაგალითად, კალიუმის და ნატრიუმის იონებს; მემბრანის მეშვეობით მათი შეღწევისთვის ბუნება უზრუნველყოფს სპეციალურ იონურ არხებს უჯრედის მემბრანებში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ცილები უზრუნველყოფენ უჯრედის მემბრანების გამტარიანობას.

თუ უჯრედის მემბრანას მიკროსკოპით დავაკვირდებით, დავინახავთ ლიპიდების ფენას, რომელიც წარმოიქმნება პატარა სფერული მოლეკულებით, რომლებზეც ცილები დაცურავენ თითქოს ზღვაზე. ახლა თქვენ იცით, რა ნივთიერებები ქმნიან უჯრედის მემბრანას.

უჯრედის მემბრანის ვიდეო

და ბოლოს, საგანმანათლებლო ვიდეო უჯრედის მემბრანის შესახებ.

უჯრედის მემბრანა არის ულტრათხელი ფილმი უჯრედის ან უჯრედული ორგანელის ზედაპირზე, რომელიც შედგება ლიპიდების ბიმოლეკულური შრისგან ჩაშენებული ცილებით და პოლისაქარიდებით.

მემბრანის ფუნქციები:

• · ბარიერი - უზრუნველყოფს გარემოსთან რეგულირებულ, შერჩევით, პასიურ და აქტიურ მეტაბოლიზმს. მაგალითად, პეროქსიზომის მემბრანა იცავს ციტოპლაზმას პეროქსიდებისგან, რომლებიც საშიშია უჯრედისთვის. შერჩევითი გამტარიანობა ნიშნავს, რომ მემბრანის გამტარიანობა სხვადასხვა ატომების ან მოლეკულების მიმართ დამოკიდებულია მათ ზომაზე, ელექტრულ მუხტზე და ქიმიურ თვისებებზე. შერჩევითი გამტარიანობა უზრუნველყოფს უჯრედის და უჯრედული განყოფილებების გამოყოფას გარემოსგან და მიეწოდება საჭირო ნივთიერებებს.
• · ტრანსპორტი - ნივთიერებების ტრანსპორტირება უჯრედში და გარეთ ხდება მემბრანის მეშვეობით. მემბრანების მეშვეობით ტრანსპორტი უზრუნველყოფს: საკვები ნივთიერებების მიწოდებას, მეტაბოლური საბოლოო პროდუქტების მოცილებას, სხვადასხვა ნივთიერებების სეკრეციას, იონური გრადიენტების შექმნას, უჯრედში ოპტიმალური pH და იონების კონცენტრაციის შენარჩუნებას, რაც აუცილებელია უჯრედული ფერმენტების ფუნქციონირებისთვის. ნაწილაკები, რომლებიც რაიმე მიზეზით ვერ კვეთენ ფოსფოლიპიდურ ორ ფენას (მაგალითად, ჰიდროფილური თვისებების გამო, რადგან მემბრანა შიგნით არის ჰიდროფობიური და არ აძლევს ჰიდროფილურ ნივთიერებებს გავლის საშუალებას, ან მათი დიდი ზომის გამო), მაგრამ აუცილებელია უჯრედისთვის. , შეუძლია შეაღწიოს მემბრანაში სპეციალური გადამზიდავი ცილების (ტრანსპორტირების) და არხის ცილების ან ენდოციტოზის მეშვეობით. პასიურ ტრანსპორტში ნივთიერებები კვეთენ ლიპიდურ ორ შრეს დიფუზიის გზით კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ ენერგიის დახარჯვის გარეშე. 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. აქტიური ტრანსპორტი მოითხოვს ენერგიას, რადგან ეს ხდება კონცენტრაციის გრადიენტის საწინააღმდეგოდ. მემბრანაზე არის სპეციალური ტუმბოს პროტეინები, მათ შორის ატფ-აზა, რომელიც აქტიურად ტუმბოს კალიუმის იონებს (K +) უჯრედში და გამოაქვს ნატრიუმის იონები (Na +).
• · მატრიცა - უზრუნველყოფს მემბრანის ცილების გარკვეულ ფარდობით პოზიციას და ორიენტაციას, მათ ოპტიმალურ ურთიერთქმედებას.
• · მექანიკური - უზრუნველყოფს უჯრედის ავტონომიას, მის უჯრედშიდა სტრუქტურებს, ასევე სხვა უჯრედებთან (ქსოვილებში) კავშირს. უჯრედის კედლები დიდ როლს თამაშობს მექანიკური ფუნქციის უზრუნველსაყოფად, ხოლო ცხოველებში - უჯრედშორისი ნივთიერების.
• · ენერგია - ქლოროპლასტებში ფოტოსინთეზის და მიტოქონდრიებში უჯრედული სუნთქვის დროს მათ მემბრანებში მოქმედებს ენერგიის გადაცემის სისტემები, რომელშიც ცილებიც მონაწილეობენ;
• · რეცეპტორი - მემბრანაში მდებარე ზოგიერთი ცილა არის რეცეპტორები (მოლეკულები, რომელთა დახმარებითაც უჯრედი აღიქვამს გარკვეულ სიგნალებს). მაგალითად, სისხლში მოცირკულირე ჰორმონები მოქმედებენ მხოლოდ სამიზნე უჯრედებზე, რომლებსაც აქვთ ამ ჰორმონების შესაბამისი რეცეპტორები. ნეიროტრანსმიტერები (ქიმიური ნივთიერებები, რომლებიც უზრუნველყოფენ ნერვული იმპულსების გამტარობას) ასევე უკავშირდებიან სამიზნე უჯრედებში არსებულ სპეციალურ რეცეპტორულ ცილებს.
• · ფერმენტული - მემბრანის ცილები ხშირად ფერმენტებია. მაგალითად, ნაწლავის ეპითელური უჯრედების პლაზმური მემბრანები შეიცავს საჭმლის მომნელებელ ფერმენტებს.
• · ბიოპოტენციალების გენერირებისა და წარმართვის 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 უზრუნველყოფს მემბრანაზე პოტენციური სხვაობის შენარჩუნებას და ნერვული იმპულსის წარმოქმნას.
• · უჯრედის მარკირება - მემბრანაზე არის ანტიგენები, რომლებიც მოქმედებენ როგორც მარკერები - „ეტიკეტები“, რომლებიც უჯრედის იდენტიფიცირების საშუალებას იძლევა. ეს არის გლიკოპროტეინები (ანუ ცილები მათზე მიმაგრებული განშტოებული ოლიგოსაქარიდის გვერდითი ჯაჭვებით), რომლებიც ასრულებენ „ანტენების“ როლს. გვერდითი ჯაჭვების უამრავი კონფიგურაციის გამო, შესაძლებელია თითოეული უჯრედის ტიპისთვის კონკრეტული მარკერის გაკეთება. მარკერების დახმარებით უჯრედებს შეუძლიათ სხვა უჯრედების ამოცნობა და მათთან ერთად მოქმედება, მაგალითად, ორგანოებისა და ქსოვილების ფორმირებაში. ეს ასევე საშუალებას აძლევს იმუნურ სისტემას ამოიცნოს უცხო ანტიგენები.

ცილის ზოგიერთი მოლეკულა თავისუფლად ვრცელდება ლიპიდური შრის სიბრტყეში; ნორმალურ მდგომარეობაში, ცილის მოლეკულების ნაწილები, რომლებიც წარმოიქმნება უჯრედის მემბრანის სხვადასხვა მხარეს, არ ცვლის თავის პოზიციას.

უჯრედის მემბრანების განსაკუთრებული მორფოლოგია განსაზღვრავს მათ ელექტრულ მახასიათებლებს, რომელთა შორის ყველაზე მნიშვნელოვანია ტევადობა და გამტარობა.

ტევადობის თვისებებს ძირითადად განსაზღვრავს ფოსფოლიპიდური ორშერი, რომელიც არის გაუვალი ჰიდრატირებული იონების მიმართ და ამავე დროს საკმარისად თხელია (დაახლოებით 5 ნმ), რათა უზრუნველყოს მუხტის ეფექტური განცალკევება და შენახვა და კათიონებისა და ანიონების ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედება. გარდა ამისა, უჯრედის მემბრანების ტევადობის თვისებები არის ერთ-ერთი მიზეზი, რომელიც განსაზღვრავს უჯრედულ მემბრანებზე მიმდინარე ელექტრული პროცესების დროის მახასიათებლებს.

გამტარობა (g) არის ელექტრული წინააღმდეგობის ორმხრივი და უდრის მოცემული იონისთვის მთლიანი ტრანსმემბრანული დენის თანაფარდობას იმ მნიშვნელობასთან, რომელიც განსაზღვრავს მის ტრანსმემბრანული პოტენციალის სხვაობას.

ფოსფოლიპიდური ორშრიდან შეიძლება გავრცელდეს სხვადასხვა ნივთიერებები, ხოლო გამტარიანობის ხარისხი (P), ანუ უჯრედის მემბრანის უნარი ამ ნივთიერებების გავლისას, დამოკიდებულია დიფუზური ნივთიერების კონცენტრაციის განსხვავებაზე მემბრანის ორივე მხარეს, მის ხსნადობაზე. ლიპიდებში და უჯრედის მემბრანის თვისებები. დამუხტული იონების დიფუზიის სიჩქარე მემბრანაში მუდმივი ველის პირობებში განისაზღვრება იონების მობილურობით, მემბრანის სისქით და მემბრანაში იონების განაწილებით. არაელექტროლიტებისთვის მემბრანის გამტარიანობა გავლენას არ ახდენს მის გამტარობაზე, რადგან არაელექტროლიტები არ ატარებენ მუხტს, ანუ მათ არ შეუძლიათ ელექტრო დენის გადატანა.

მემბრანის გამტარობა არის მისი იონური გამტარიანობის საზომი. გამტარობის მატება მიუთითებს მემბრანაში გამავალი იონების რაოდენობის ზრდაზე.

ბიოლოგიური მემბრანების მნიშვნელოვანი თვისებაა სითხე. ყველა უჯრედის მემბრანა არის მოძრავი სითხის სტრუქტურა: მათი შემადგენელი ლიპიდური და ცილის მოლეკულების უმეტესობას შეუძლია საკმაოდ სწრაფად მოძრაობდეს მემბრანის სიბრტყეში.

მისი ფუნქციური მახასიათებლებიდან გამომდინარე, უჯრედის მემბრანა შეიძლება დაიყოს 9 ფუნქციად, რომელსაც ასრულებს.
უჯრედის მემბრანის ფუნქციები:
1. ტრანსპორტი. გადააქვს ნივთიერებები უჯრედიდან უჯრედში;
2. ბარიერი. აქვს შერჩევითი გამტარიანობა, უზრუნველყოფს აუცილებელ ნივთიერებათა ცვლას;
3. რეცეპტორი. მემბრანაში ნაპოვნი ზოგიერთი ცილა არის რეცეპტორები;
4. მექანიკური. უზრუნველყოფს უჯრედისა და მისი მექანიკური სტრუქტურების ავტონომიას;
5. მატრიცა. უზრუნველყოფს მატრიქსის ცილების ოპტიმალურ ურთიერთქმედებას და ორიენტაციას;
6. ენერგია. მემბრანები შეიცავს ენერგიის გადაცემის სისტემებს მიტოქონდრიებში უჯრედული სუნთქვის დროს;
7. ფერმენტული. მემბრანის ცილები ზოგჯერ ფერმენტებია. მაგალითად, ნაწლავის უჯრედის მემბრანა;
8. მარკირება. მემბრანა შეიცავს ანტიგენებს (გლიკოპროტეინებს), რომლებიც უჯრედების იდენტიფიკაციის საშუალებას იძლევა;
9. გენერირება. ახორციელებს ბიოპოტენციალების გენერირებას და გატარებას.

თქვენ შეგიძლიათ ნახოთ, როგორ გამოიყურება უჯრედის მემბრანა ცხოველური ან მცენარეული უჯრედის სტრუქტურის მაგალითის გამოყენებით.

ფიგურაში ნაჩვენებია უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა.
უჯრედის მემბრანის კომპონენტები მოიცავს უჯრედის მემბრანის სხვადასხვა ცილებს (გლობულური, პერიფერიული, ზედაპირული), ასევე უჯრედის მემბრანის ლიპიდებს (გლიკოლიპიდი, ფოსფოლიპიდი). ასევე უჯრედის მემბრანის სტრუქტურაში არის ნახშირწყლები, ქოლესტერინი, გლიკოპროტეინი და ცილა ალფა სპირალი.

უჯრედის მემბრანის შემადგენლობა

უჯრედის მემბრანის ძირითადი შემადგენლობა მოიცავს:
1. ცილები - პასუხისმგებელია მემბრანის სხვადასხვა თვისებებზე;
2. მემბრანის სიმტკიცეზე პასუხისმგებელი ლიპიდების სამი ტიპი (ფოსფოლიპიდები, გლიკოლიპიდები და ქოლესტერინი).
უჯრედის მემბრანის ცილები:
1. გლობულური ცილა;
2. ზედაპირული ცილა;
3. პერიფერიული ცილა.

უჯრედის მემბრანის მთავარი დანიშნულება

უჯრედის მემბრანის ძირითადი დანიშნულება:
1. უჯრედსა და გარემოს შორის ურთიერთობის რეგულირება;
2. ნებისმიერი უჯრედის შიგთავსის გამოყოფა გარე გარემოსგან, რითაც უზრუნველყოფილია მისი მთლიანობა;
3. უჯრედშიდა გარსები უჯრედს ყოფს სპეციალიზებულ დახურულ ნაწილებად – ორგანელებად ან ნაწილებად, რომლებშიც შენარჩუნებულია გარკვეული გარემო პირობები.

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა არის თხევადი ფოსფოლიპიდური მატრიცაში გახსნილი გლობულური ინტეგრალური ცილების ორგანზომილებიანი ხსნარი. მემბრანის სტრუქტურის ეს მოდელი შემოგვთავაზეს ორმა მეცნიერმა ნიკოლსონმა და სინგერმა 1972 წელს. ამრიგად, მემბრანების საფუძველია ბიმოლეკულური ლიპიდური ფენა, მოლეკულების მოწესრიგებული განლაგებით, როგორც ხედავთ.

უჯრედის მემბრანები: მათი სტრუქტურა და ფუნქციები

მემბრანები უკიდურესად ბლანტი და ამავდროულად პლასტიკური სტრუქტურებია, რომლებიც გარს აკრავს ყველა ცოცხალ უჯრედს. უჯრედის მემბრანების ფუნქციები:

1. პლაზმური მემბრანა არის ბარიერი, რომელიც ინარჩუნებს ექსტრა და უჯრედშიდა გარემოს განსხვავებულ შემადგენლობას.

2.მემბრანები ქმნიან სპეციალიზებულ კუპეებს უჯრედის შიგნით, ე.ი. მრავალრიცხოვანი ორგანელები - მიტოქონდრია, ლიზოსომები, გოლჯის კომპლექსი, ენდოპლაზმური ბადე, ბირთვული გარსები.

3. ფერმენტები, რომლებიც მონაწილეობენ ენერგიის გარდაქმნაში ისეთ პროცესებში, როგორიცაა ჟანგვითი ფოსფორილირება და ფოტოსინთეზი, ლოკალიზებულია მემბრანებში.

მემბრანის სტრუქტურა

1972 წელს სინგერმა და ნიკოლსონმა შემოგვთავაზეს მემბრანის სტრუქტურის თხევადი მოზაიკის მოდელი. ამ მოდელის მიხედვით, მოქმედი მემბრანები არის თხევადი ფოსფოლიპიდური მატრიცაში გახსნილი გლობულური ინტეგრალური ცილების ორგანზომილებიანი ხსნარი. ამრიგად, მემბრანების საფუძველია ბიმოლეკულური ლიპიდური ფენა, მოლეკულების მოწესრიგებული განლაგებით.

ამ შემთხვევაში, ჰიდროფილურ ფენას წარმოქმნის ფოსფოლიპიდების პოლარული თავი (ფოსფატის ნარჩენი მასზე დამაგრებული ქოლინით, ეთანოლამინით ან სერინით), ასევე გლიკოლიპიდების ნახშირწყლების ნაწილი. ხოლო ჰიდროფობიური ფენა შედგება ცხიმოვანი მჟავებისა და სფინგოზინის, ფოსფოლიპიდების და გლიკოლიპიდების ნახშირწყალბადის რადიკალებისგან.

მემბრანის თვისებები:

1. შერჩევითი გამტარიანობა. დახურული ორშრე უზრუნველყოფს მემბრანის ერთ-ერთ მთავარ თვისებას: იგი გაუვალია წყალში ხსნადი მოლეკულების უმეტესობისთვის, რადგან ისინი არ იშლება მის ჰიდროფობიურ ბირთვში. გაზებს, როგორიცაა ჟანგბადი, CO 2 და აზოტი, აქვთ უნარი ადვილად შეაღწიონ უჯრედებში მათი მოლეკულების მცირე ზომისა და გამხსნელებთან სუსტი ურთიერთქმედების გამო. ლიპიდური ბუნების მოლეკულები, როგორიცაა სტეროიდული ჰორმონები, ასევე ადვილად აღწევენ ორ შრეში.

2. ლიკვიდურობა. ლიპიდურ ორ ფენას აქვს თხევადი კრისტალური სტრუქტურა, რადგან ლიპიდური ფენა ზოგადად თხევადია, მაგრამ მას აქვს გამაგრების ადგილები, კრისტალური სტრუქტურების მსგავსი. მიუხედავად იმისა, რომ ლიპიდური მოლეკულების პოზიცია დალაგებულია, ისინი ინარჩუნებენ გადაადგილების უნარს. შესაძლებელია ფოსფოლიპიდური მოძრაობის ორი ტიპი: სალტო (მეცნიერულ ლიტერატურაში მას „ფლიპ-ფლოპს“ უწოდებენ) და გვერდითი დიფუზია. პირველ შემთხვევაში, ბიმოლეკულურ შრეში ერთმანეთს დაპირისპირებული ფოსფოლიპიდური მოლეკულები უხვევენ (ან სალტო) ერთმანეთისკენ და ცვლიან ადგილებს მემბრანაში, ე.ი. გარე იქცევა შიგნით და პირიქით. ასეთი ნახტომები ენერგიის ხარჯვას გულისხმობს და ძალიან იშვიათად ხდება. უფრო ხშირად შეინიშნება ბრუნვები ღერძის ირგვლივ (როტაცია) და გვერდითი დიფუზია - მოძრაობა ფენის შიგნით მემბრანის ზედაპირის პარალელურად.

3. მემბრანის ასიმეტრია. ერთი და იგივე მემბრანის ზედაპირები განსხვავდება ლიპიდების, ცილების და ნახშირწყლების შემადგენლობით (განივი ასიმეტრია). მაგალითად, გარე შრეში ჭარბობს ფოსფატიდილქოლინები, ხოლო შიდა შრეში ფოსფატიდილეთანოლამინი და ფოსფატიდილსერინები. გლიკოპროტეინების და გლიკოლიპიდების ნახშირწყლების კომპონენტები გარე ზედაპირზე მოდის და ქმნიან უწყვეტ სტრუქტურას, რომელსაც გლიკოკალიქსი ეწოდება. შიდა ზედაპირზე ნახშირწყლები არ არის. ცილები - ჰორმონის რეცეპტორები განლაგებულია პლაზმური მემბრანის გარე ზედაპირზე, ხოლო მათ მიერ რეგულირებადი ფერმენტები - ადენილატ ციკლაზა, ფოსფოლიპაზა C - შიდა ზედაპირზე და ა.შ.

მემბრანის ცილები

მემბრანული ფოსფოლიპიდები მოქმედებენ როგორც გამხსნელი მემბრანის პროტეინებისთვის, ქმნიან მიკროგარემოს, რომელშიც ამ უკანასკნელს შეუძლია ფუნქციონირება. მემბრანაში სხვადასხვა ცილების რაოდენობა მერყეობს 6-8-დან სარკოპლაზმურ რეტიკულუმში 100-ზე მეტს პლაზმურ მემბრანაში. ეს არის ფერმენტები, სატრანსპორტო ცილები, სტრუქტურული ცილები, ანტიგენები, მათ შორის ძირითადი ჰისტოთავსებადობის სისტემის ანტიგენები, რეცეპტორები სხვადასხვა მოლეკულებისთვის.

მემბრანაში ლოკალიზაციის მიხედვით ცილები იყოფა ინტეგრალურ (ნაწილობრივ ან მთლიანად ჩაძირულ მემბრანაში) და პერიფერულ (მის ზედაპირზე განლაგებული). ზოგიერთი ინტეგრალური ცილა მემბრანას რამდენჯერმე კერავს. მაგალითად, ბადურის ფოტორეცეპტორი და β 2-ადრენერგული რეცეპტორი კვეთენ ორ შრეს 7-ჯერ.

მატერიისა და ინფორმაციის გადატანა მემბრანებში

უჯრედის მემბრანები არ არის მჭიდროდ დახურული ტიხრები. მემბრანების ერთ-ერთი მთავარი ფუნქციაა ნივთიერებებისა და ინფორმაციის გადაცემის რეგულირება. მცირე მოლეკულების ტრანსმემბრანული მოძრაობა ხდება 1) დიფუზიით, პასიური ან გაადვილებული და 2) აქტიური ტრანსპორტით. დიდი მოლეკულების ტრანსმემბრანული მოძრაობა ხორციელდება 1) ენდოციტოზით და 2) ეგზოციტოზით. მემბრანებზე სიგნალის გადაცემა ხორციელდება პლაზმური მემბრანის გარე ზედაპირზე ლოკალიზებული რეცეპტორების გამოყენებით. ამ შემთხვევაში, სიგნალი ან განიცდის ტრანსფორმაციას (მაგალითად, გლუკაგონი cAMP), ან ის ინტერნალიზებულია ენდოციტოზთან ერთად (მაგალითად, LDL - LDL რეცეპტორი).

მარტივი დიფუზია არის ნივთიერებების შეღწევა უჯრედში ელექტროქიმიური გრადიენტის გასწვრივ. ამ შემთხვევაში, ენერგიის ხარჯები არ არის საჭირო. მარტივი დიფუზიის სიჩქარე განისაზღვრება 1) ნივთიერების ტრანსმემბრანული კონცენტრაციის გრადიენტით და 2) მისი ხსნადობით მემბრანის ჰიდროფობიურ შრეში.

გაადვილებული დიფუზიით, ნივთიერებები მემბრანაში ტრანსპორტირდება აგრეთვე კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ, ენერგიის დახარჯვის გარეშე, მაგრამ სპეციალური მემბრანული მატარებელი ცილების დახმარებით. ამრიგად, ხელშემწყობი დიფუზია განსხვავდება პასიური დიფუზიისგან რამდენიმე პარამეტრით: 1) გაადვილებული დიფუზია ხასიათდება მაღალი სელექციურობით, რადგან გადამზიდავ ცილას აქვს აქტიური ცენტრი, რომელიც ავსებს ტრანსპორტირებულ ნივთიერებას; 2) გაადვილებული დიფუზიის სიჩქარემ შეიძლება მიაღწიოს პლატოს, რადგან გადამზიდავი მოლეკულების რაოდენობა შეზღუდულია.

ზოგიერთი სატრანსპორტო ცილა უბრალოდ გადასცემს ნივთიერებას მემბრანის ერთი მხრიდან მეორეზე. ამ მარტივ გადაცემას პასიური უნიპორტი ეწოდება. უნიპორტის მაგალითია GLUT - გლუკოზის გადამტანები, რომლებიც ატარებენ გლუკოზას უჯრედის მემბრანებში. სხვა ცილები ფუნქციონირებენ როგორც თანატრანსპორტის სისტემები, რომლებშიც ერთი ნივთიერების ტრანსპორტირება დამოკიდებულია სხვა ნივთიერების ერთდროულ ან თანმიმდევრულ ტრანსპორტზე, ან იმავე მიმართულებით, რომელსაც ეწოდება პასიური სიმპორტი, ან საპირისპირო მიმართულებით, რომელსაც ეწოდება პასიური ანტიპორტი. შიდა მიტოქონდრიული მემბრანის ტრანსლოკაზები, კერძოდ ADP/ATP ტრანსლოკაზა, ფუნქციონირებს პასიური ანტიპორტის მექანიზმით.

აქტიური ტრანსპორტის დროს ნივთიერების გადატანა ხდება კონცენტრაციის გრადიენტის საწინააღმდეგოდ და, შესაბამისად, დაკავშირებულია ენერგიის ხარჯებთან. თუ ლიგანდების გადატანა მემბრანის გასწვრივ ასოცირდება ATP ენერგიის ხარჯვასთან, მაშინ ასეთ გადაცემას პირველადი აქტიური ტრანსპორტი ეწოდება. ამის მაგალითია Na + K + -ATPase და Ca 2 + -ATPase, ლოკალიზებული ადამიანის უჯრედების პლაზმურ მემბრანაში და კუჭის ლორწოვანის H + ,K + -ATPase.

მეორადი აქტიური ტრანსპორტი. ზოგიერთი ნივთიერების ტრანსპორტირება კონცენტრაციის გრადიენტთან მიმართებაში დამოკიდებულია Na +-ის (ნატრიუმის იონების) ერთდროულ ან თანმიმდევრულ ტრანსპორტზე კონცენტრაციის გრადიენტის გასწვრივ. უფრო მეტიც, თუ ლიგანდი გადადის იმავე მიმართულებით, როგორც Na +, პროცესს ეწოდება აქტიური სიმპორტი. აქტიური სიმპორტის მექანიზმის მიხედვით, გლუკოზა შეიწოვება ნაწლავის სანათურიდან, სადაც მისი კონცენტრაცია დაბალია. თუ ლიგანდი გადადის ნატრიუმის იონების საწინააღმდეგო მიმართულებით, მაშინ ამ პროცესს აქტიური ანტიპორტი ეწოდება. ამის მაგალითია პლაზმური მემბრანის Na +,Ca 2+ გადამცვლელი.