მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქციები. უჯრედის მემბრანის ძირითადი ფუნქციები და სტრუქტურული მახასიათებლები

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

უჯრედის მემბრანის აღმოჩენისა და კვლევის ისტორია

1925 წელს გრენდელმა და გორდერმა ჩაატარეს წარმატებული ექსპერიმენტი სისხლის წითელი უჯრედების, ანუ ცარიელი გარსების "ჩრდილების" დასადგენად. მიუხედავად რამდენიმე სერიოზული შეცდომისა, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს ლიპიდური ორშრე. მათი მუშაობა გააგრძელეს დანიელმა, დოუსონმა 1935 წელს და რობერტსონმა 1960 წელს. მრავალწლიანი მუშაობისა და არგუმენტების დაგროვების შედეგად 1972 წელს სინგერმა და ნიკოლსონმა შექმნეს მემბრანის სტრუქტურის სითხე-მოზაიკური 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 არის განსაზღვრული უჯრედის საზღვარი, რომელიც წარმოადგენს ბუნებრივ ბარიერს შიდა შიგთავსსა და გარე გარემოს შორის. უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა გულისხმობს 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 მეტაბოლიზმს.

4. უზრუნველყოფს უჯრედებს შორის კომუნიკაციას.

5. ამოიცნობს სიგნალებს.

6. დაცვის ფუნქცია.

"პლაზმური გარსი"

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

მას აქვს უნივერსალური სტრუქტურა. ეს მემბრანა იკავებს სასაზღვრო პოზიციას, მონაწილეობს შერჩევითი გამტარიანობის, დაშლის პროდუქტების მოცილების პროცესში და ასინთეზებს მათ. ურთიერთობა მის „მეზობლებთან“ და შინაგანი შიგთავსის საიმედო დაცვა დაზიანებისგან ხდის მას მნიშვნელოვან კომპონენტად ისეთ საკითხში, როგორიც არის უჯრედის სტრუქტურა. ცხოველური ორგანიზმების უჯრედის მემბრანა ზოგჯერ დაფარულია თხელი ფენით - გლიკოკალიქსით, რომელიც შეიცავს ცილებს და პოლისაქარიდებს. მემბრანის გარეთ მცენარის უჯრედები დაცულია უჯრედის კედლით, რომელიც ემსახურება როგორც საყრდენს და ინარჩუნებს ფორმას. მისი შემადგენლობის ძირითადი კომპონენტია ბოჭკოვანი (ცელულოზა) - წყალში უხსნადი პოლისაქარიდი.

ამრიგად, გარე უჯრედის მემბრანას აქვს აღდგენის, დაცვისა და სხვა უჯრედებთან ურთიერთქმედების ფუნქცია.

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა

ამ მოძრავი გარსის სისქე ექვსიდან ათ ნანომილიმეტრამდე მერყეობს. უჯრედის უჯრედის მემბრანას აქვს სპეციალური შემადგენლობა, რომლის საფუძველია ლიპიდური ორშრე. ჰიდროფობიური კუდები, წყლის მიმართ ინერტული, განლაგებულია შიგნიდან, ხოლო ჰიდროფილური თავები, რომლებიც ურთიერთქმედებენ წყალთან, მიმართულია გარედან. თითოეული ლიპიდი არის ფოსფოლიპიდი, რომელიც არის ისეთი ნივთიერებების ურთიერთქმედების შედეგი, როგორიცაა გლიცეროლი და სფინგოზინი. ლიპიდური ჩარჩო მჭიდროდ არის გარშემორტყმული ცილებით, რომლებიც განლაგებულია არა უწყვეტ ფენად. ზოგიერთი მათგანი ჩაეფლო ლიპიდურ შრეში, დანარჩენი გადის მასში. შედეგად წარმოიქმნება წყლისთვის გამტარი ადგილები. ამ ცილების მიერ შესრულებული ფუნქციები განსხვავებულია. ზოგიერთი მათგანი ფერმენტია, დანარჩენი კი სატრანსპორტო ცილებია, რომლებიც სხვადასხვა ნივთიერებებს გარე გარემოდან ციტოპლაზმაში და უკან გადააქვს.

უჯრედის მემბრანა გაჟღენთილია და მჭიდროდ არის დაკავშირებული ინტეგრალური ცილებით, 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 წყალობით, 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. ბირთვი შეიძლება განიცადოს გარე გავლენისგან.

Თვისებები

უჯრედის უჯრედის მემბრანას აქვს საინტერესო თვისებები. მისი სითხის გამო, ეს მემბრანა არ არის ხისტი სტრუქტურა და მის შემადგენელი ცილებისა და ლიპიდების დიდი ნაწილი თავისუფლად მოძრაობს მემბრანის სიბრტყეზე.

ზოგადად, უჯრედის მემბრანა ასიმეტრიულია, ამიტომ ცილოვანი და ლიპიდური ფენების შემადგენლობა განსხვავდება. ცხოველთა უჯრედების პლაზმურ მემბრანებს, მათ გარე მხარეს, აქვთ გლიკოპროტეინის ფენა, რომელიც ასრულებს რეცეპტორულ და სასიგნალო ფუნქციებს და ასევე დიდ როლს ასრულებს უჯრედების ქსოვილში გაერთიანების პროცესში. უჯრედის მემბრანა პოლარულია, ანუ გარედან მუხტი დადებითია, შიგნით 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 იონებს განსხვავებული თანაფარდობა აქვთ: მათი რაოდენობა უჯრედში გაცილებით მეტია, ვიდრე გარემოში. ამასთან დაკავშირებით, ნატრიუმის იონები მიდრეკილნი არიან შეაღწიონ უჯრედის მემბრანაში, ხოლო კალიუმის იონები გამოიყოფა გარეთ. ამ გარემოებებში მემბრანა ააქტიურებს სპეციალურ სისტემას, რომელიც ასრულებს "სატუმბი" როლს, ასწორებს ნივთიერებების კონცენტრაციას: ნატრიუმის იონები ტუმბოს უჯრედის ზედაპირზე, ხოლო კალიუმის იონები ტუმბოს შიგნით. ეს ფუნქცია უჯრედის მემბრანის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ფუნქციაა.

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 მიღებისთვის შიგნით. პირიქით, უჯრედში კალიუმის იონების გადატანის პროცესში, უჯრედის შიგნიდან გარე გარემოში დაშლის პროდუქტების „გადამტანების“ რაოდენობა ივსება.

როგორ ხდება უჯრედის კვება უჯრედის მემბრანის მეშვეობით?

ბევრი უჯრედი ითვისებს ნივთიერებებს ისეთი პროცესებით, როგორიცაა ფაგოციტოზი და პინოციტოზი. პირველ ვარიანტში, მოქნილი გარე მემბრანა ქმნის პატარა დეპრესიას, რომელშიც დაჭერილი ნაწილაკი მთავრდება. შემდეგ ჩაღრმავების დიამეტრი უფრო დიდი ხდება, სანამ დახურული ნაწილაკი უჯრედის ციტოპლაზმაში შევა. ფაგოციტოზის საშუალებით იკვებება ზოგიერთი პროტოზოა, როგორიცაა ამები, 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 ბევრ ტიპს აქვს გარსის ზედაპირზე ამობურცვები, ნაკეცები და მიკროვილი. ამ ჭურვის გარედან მცენარის უჯრედები დაფარულია სხვა, სქელი და კარგად ხილული 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 ქიტინი, რომელიც შეიცავს მწერების მთლიან უჯრედებში.

უჯრედული 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, როგორიცაა უჯრედის მემბრანა. სტრუქტურა და ფუნქციები მიუთითებს უჯრედის მთლიანი ზედაპირის მნიშვნელოვან გაფართოებაზე და მეტაბოლური პროცესების გაუმჯობესებაზე. ეს მოლეკულური სტრუქტურა შედგება ცილებისა და ლიპიდებისგან. უჯრედის გამოყოფა გარე გარემოდან, მემბრანა უზრუნველყოფს მის მთლიანობას. მისი დახმარებით, უჯრედშორისი კავშირები შენარჩუნებულია საკმაოდ ძლიერ დონეზე, ქმნის ქსოვილებს. ამასთან დაკავშირებით შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ უჯრედის მემბრანა უჯრედში ერთ-ერთ უმნიშვნელოვანეს როლს ასრულებს. მის მიერ შესრულებული სტრუქტურა და ფუნქციები რადიკალურად განსხვავდება სხვადასხვა უჯრედში, მათი დანიშნულებიდან გამომდინარე. ამ მახასიათებლების მეშვეობით მიიღწევა უჯრედის მემბრანების მრავალფეროვნების ფიზიოლოგიური აქტივობა და მათი როლი უჯრედებისა და ქსოვილების არსებობაში.

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.

1972 წელს წამოაყენეს თეორია, რომ ნაწილობრივ გამტარი მემბრანა აკრავს უჯრედს და ასრულებს უამრავ სასიცოცხლო დავალებას, ხოლო უჯრედის მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქცია მნიშვნელოვანი საკითხია სხეულის ყველა უჯრედის სწორად ფუნქციონირებასთან დაკავშირებით. ფართოდ გავრცელდა მე-17 საუკუნეში, მიკროსკოპის გამოგონებასთან ერთად. ცნობილი გახდა, რომ მცენარეული და ცხოველური ქსოვილები უჯრედებისგან შედგება, მაგრამ მოწყობილობის დაბალი გარჩევადობის გამო, შეუძლებელი იყო ცხოველური უჯრედის ირგვლივ რაიმე ბარიერის დანახვა. მე-20 საუკუნეში მემბრანის ქიმიური ბუნება უფრო დეტალურად შეისწავლეს და დადგინდა, რომ იგი ლიპიდებზეა დაფუძნებული.

უჯრედის მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქციები

უჯრედის მემბრანა აკრავს ცოცხალი უჯრედების ციტოპლაზმას, ფიზიკურად გამოყოფს უჯრედშიდა კომპონენტებს გარე გარემოდან. სოკოებს, ბაქტერიებსა და მცენარეებს ასევე აქვთ უჯრედის კედლები, რომლებიც უზრუნველყოფენ დაცვას და ხელს უშლიან დიდი მოლეკულების გავლას. უჯრედის მემბრანები ასევე თამაშობენ როლს ციტოჩონჩხის ფორმირებაში და სხვა სასიცოცხლო ნაწილაკების უჯრედგარე მატრიქსში მიმაგრებაში. ეს აუცილებელია იმისათვის, რომ ისინი შევინარჩუნოთ და ჩამოყალიბდეს სხეულის ქსოვილები და ორგანოები. უჯრედის მემბრანის სტრუქტურის თავისებურებები მოიცავს გამტარიანობას. მთავარი ფუნქცია არის დაცვა. მემბრანა შედგება ფოსფოლიპიდური ფენისგან ჩაშენებული ცილებით. ეს ნაწილი ჩართულია ისეთ პროცესებში, როგორიცაა უჯრედის ადჰეზია, იონური გამტარობა და სასიგნალო სისტემები და ემსახურება როგორც მიმაგრების ზედაპირს რამდენიმე უჯრედგარე სტრუქტურისთვის, მათ შორის კედელი, გლიკოკალიქსი და შიდა ციტოჩონჩხი. მემბრანა ასევე ინარჩუნებს უჯრედის პოტენციალს შერჩევითი ფილტრის მოქმედებით. ის შერჩევითად გამტარია იონებისა და ორგანული მოლეკულებისთვის და აკონტროლებს ნაწილაკების მოძრაობას.

ბიოლოგიური მექანიზმები, რომლებიც მოიცავს უჯრედის მემბრანას

1. პასიური დიფუზია: ზოგიერთ ნივთიერებას (მცირე მოლეკულებს, იონებს), როგორიცაა ნახშირორჟანგი (CO2) და ჟანგბადი (O2), შეუძლია დიფუზიის გზით შეაღწიოს პლაზმურ მემბრანაში. გარსი მოქმედებს როგორც ბარიერი გარკვეული მოლეკულებისა და იონებისთვის, მათ შეუძლიათ კონცენტრირება ორივე მხარეს.

2. ტრანსმემბრანული არხი და გადამტანი ცილა: საკვები ნივთიერებები, როგორიცაა გლუკოზა ან ამინომჟავები, უნდა შევიდეს უჯრედში, ხოლო მეტაბოლიზმის ზოგიერთმა პროდუქტმა უნდა დატოვოს უჯრედი.

3. ენდოციტოზი არის პროცესი, რომლითაც ხდება მოლეკულების აღება. მცირე დეფორმაცია (ინვაგინაცია) იქმნება პლაზმურ მემბრანაში, რომელშიც გადასატანი ნივთიერება შეიწოვება. ეს მოითხოვს ენერგიას და, შესაბამისად, აქტიური ტრანსპორტის ფორმაა.

4. ეგზოციტოზი: ხდება სხვადასხვა უჯრედებში, რათა ამოიღონ ენდოციტოზის მიერ მოტანილი ნივთიერებების დაუმუშავებელი ნაშთები, რათა გამოიყოს ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა ჰორმონები და ფერმენტები და გადაიტანოს ნივთიერება მთლიანად უჯრედულ ბარიერში.

მოლეკულური სტრუქტურა

უჯრედის მემბრანა არის ბიოლოგიური მემბრანა, რომელიც შედგება ძირითადად ფოსფოლიპიდებისგან და გამოყოფს მთელი უჯრედის შიგთავსს გარე გარემოდან. ფორმირების პროცესი ნორმალურ პირობებში ხდება სპონტანურად. ამ პროცესის გასაგებად და უჯრედის მემბრანების სტრუქტურისა და ფუნქციების, აგრეთვე თვისებების სწორად აღწერისთვის აუცილებელია შეფასდეს ფოსფოლიპიდური სტრუქტურების ბუნება, რომლებიც ხასიათდება სტრუქტურული პოლარიზებით. როდესაც ფოსფოლიპიდები ციტოპლაზმის წყალქვეშა გარემოში აღწევს კრიტიკულ კონცენტრაციას, ისინი გაერთიანდებიან მიცელებში, რომლებიც უფრო სტაბილურია წყალში.

მემბრანის თვისებები

• სტაბილურობა. ეს ნიშნავს, რომ ჩამოყალიბების შემდეგ, მემბრანის დაშლა ნაკლებად სავარაუდოა.
• სიძლიერე. ლიპიდური გარსი საკმარისად საიმედოა, რათა თავიდან აიცილოს პოლარული ნივთიერების გავლა; ორივე ხსნადი (იონები, გლუკოზა, ამინომჟავები) და ბევრად უფრო დიდი მოლეკულები (ცილები) ვერ გაივლიან ჩამოყალიბებულ საზღვარს.
• დინამიური ხასიათი. ეს არის ალბათ ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება უჯრედის სტრუქტურის განხილვისას. უჯრედის მემბრანას შეუძლია განიცადოს სხვადასხვა დეფორმაცია, შეიძლება დაიკეცოს და დაიღუნოს განადგურების გარეშე. განსაკუთრებულ გარემოებებში, მაგალითად, ვეზიკულების შერწყმის ან ბუჩქების დროს, ის შეიძლება შეფერხდეს, მაგრამ მხოლოდ დროებით. ოთახის ტემპერატურაზე მისი ლიპიდური კომპონენტები მუდმივ, ქაოტურ მოძრაობაშია და ქმნიან სტაბილურ სითხის საზღვრებს.

თხევადი მოზაიკის მოდელი

უჯრედის მემბრანების სტრუქტურასა და ფუნქციებზე საუბრისას, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ თანამედროვე კონცეფციაში მემბრანა, როგორც თხევადი მოზაიკის მოდელი, განიხილეს 1972 წელს მეცნიერებმა ზინგერმა და ნიკოლსონმა. მათი თეორია ასახავს მემბრანის სტრუქტურის სამ ძირითად მახასიათებელს. ინტეგრალები ხელს უწყობენ მემბრანის მოზაიკურ ნიმუშს და მათ შეუძლიათ სიბრტყეში გვერდითი მოძრაობა ლიპიდური ორგანიზაციის ცვლადი ბუნების გამო. ტრანსმემბრანული ცილები ასევე პოტენციურად მოძრავია. მემბრანის სტრუქტურის მნიშვნელოვანი მახასიათებელია მისი ასიმეტრია. როგორია უჯრედის აგებულება? უჯრედის მემბრანა, ბირთვი, ცილები და ა.შ. უჯრედი სიცოცხლის ძირითადი ერთეულია და ყველა ორგანიზმი შედგება ერთი ან მრავალი უჯრედისაგან, რომელთაგან თითოეულს აქვს ბუნებრივი ბარიერი, რომელიც გამოყოფს მას გარემოსგან. უჯრედის ამ გარე საზღვარს პლაზმურ მემბრანასაც უწოდებენ. იგი შედგება ოთხი სხვადასხვა ტიპის მოლეკულისგან: ფოსფოლიპიდები, ქოლესტერინი, ცილები და ნახშირწყლები. თხევადი მოზაიკის მოდელი აღწერს უჯრედის მემბრანის სტრუქტურას შემდეგნაირად: მოქნილი და ელასტიური, მცენარეული ზეთის მსგავსი კონსისტენციით, ისე, რომ ყველა ცალკეული მოლეკულა უბრალოდ ცურავს თხევად გარემოში და მათ შეუძლიათ ამ მემბრანის გვერდითი გადაადგილება. მოზაიკა არის ის, რაც შეიცავს ბევრ სხვადასხვა ნაწილს. პლაზმურ მემბრანაში იგი წარმოდგენილია ფოსფოლიპიდებით, ქოლესტერინის მოლეკულებით, ცილებითა და ნახშირწყლებით.

ფოსფოლიპიდები

ფოსფოლიპიდები შეადგენენ უჯრედის მემბრანის ძირითად სტრუქტურას. ამ მოლეკულებს ორი განსხვავებული ბოლო აქვთ: თავი და კუდი. თავის ბოლო შეიცავს ფოსფატის ჯგუფს და არის ჰიდროფილური. ეს ნიშნავს, რომ იგი იზიდავს წყლის მოლეკულებს. კუდი შედგება წყალბადისა და ნახშირბადის ატომებისგან, რომლებსაც ცხიმოვანი მჟავების ჯაჭვები ეწოდება. ეს ჯაჭვები ჰიდროფობიურია, მათ არ უყვართ წყლის მოლეკულებთან შერევა. ეს პროცესი ჰგავს იმას, რაც ხდება, როცა წყალში მცენარეულ ზეთს ასხამთ, ანუ მასში არ იხსნება. უჯრედის მემბრანის სტრუქტურული მახასიათებლები დაკავშირებულია ეგრეთ წოდებულ ლიპიდურ ორშრთან, რომელიც შედგება ფოსფოლიპიდებისგან. ჰიდროფილური ფოსფატის თავები ყოველთვის განლაგებულია იქ, სადაც არის წყალი უჯრედშიდა და უჯრედგარე სითხის სახით. მემბრანაში ფოსფოლიპიდების ჰიდროფობიური კუდები ისეა მოწყობილი, რომ მათ წყლისგან შორს იცავენ.

ქოლესტერინი, ცილები და ნახშირწყლები

როდესაც ადამიანები ესმენენ სიტყვა ქოლესტერინს, ჩვეულებრივ ფიქრობენ, რომ ეს ცუდია. თუმცა, ქოლესტერინი სინამდვილეში უჯრედის მემბრანების ძალიან მნიშვნელოვანი კომპონენტია. მისი მოლეკულები შედგება ოთხი წყალბადის რგოლისა და ნახშირბადის ატომისგან. ისინი ჰიდროფობიურია და გვხვდება ლიპიდური ორშრის ჰიდროფობიურ კუდებს შორის. მათი მნიშვნელობა მდგომარეობს თანმიმდევრულობის შენარჩუნებაში, ისინი აძლიერებენ გარსებს, ხელს უშლიან გადაკვეთას. ქოლესტერინის მოლეკულები ასევე იცავს ფოსფოლიპიდურ კუდებს კონტაქტში და გამკვრივებისგან. ეს უზრუნველყოფს სითხის და მოქნილობის უზრუნველყოფას. მემბრანის ცილები ფუნქციონირებს როგორც ფერმენტები ქიმიური რეაქციების დასაჩქარებლად, მოქმედებენ როგორც რეცეპტორები კონკრეტული მოლეკულებისთვის ან ნივთიერებების გადასატანად უჯრედის მემბრანაში.

ნახშირწყლები ანუ საქარიდები გვხვდება მხოლოდ უჯრედის მემბრანის უჯრედგარე მხარეს. ისინი ერთად ქმნიან გლიკოკალიქსს. ის უზრუნველყოფს პლაზმური მემბრანის ბალიშს და დაცვას. გლიკოკალიქსის ნახშირწყლების სტრუქტურისა და ტიპებიდან გამომდინარე, სხეულს შეუძლია ამოიცნოს უჯრედები და განსაზღვროს, უნდა იყვნენ თუ არა ისინი იქ.

მემბრანის ცილები

უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა წარმოუდგენელია ისეთი მნიშვნელოვანი კომპონენტის გარეშე, როგორიც არის ცილა. ამის მიუხედავად, ისინი შეიძლება იყოს მნიშვნელოვნად მცირე ზომის, ვიდრე სხვა მნიშვნელოვანი კომპონენტი - ლიპიდები. მემბრანის ძირითადი ცილების სამი ტიპი არსებობს.

• ინტეგრალური. ისინი მთლიანად ფარავს ორ ფენას, ციტოპლაზმას და უჯრედგარე გარემოს. ისინი ასრულებენ სატრანსპორტო და სასიგნალო ფუნქციებს.
• პერიფერიული. პროტეინები მიმაგრებულია მემბრანაზე ელექტროსტატიკური ან წყალბადის ბმებით მათ ციტოპლაზმურ ან უჯრედგარე ზედაპირებზე. ისინი ძირითადად ჩართულია როგორც ინტეგრალური ცილების მიმაგრების საშუალება.
• ტრანსმემბრანული. ისინი ასრულებენ ფერმენტულ და სასიგნალო ფუნქციებს, ასევე ახდენენ მემბრანის ლიპიდური ორშრის ძირითადი სტრუქტურის მოდულირებას.

ბიოლოგიური მემბრანების ფუნქციები

ჰიდროფობიური ეფექტი, რომელიც არეგულირებს წყალში ნახშირწყალბადების ქცევას, აკონტროლებს მემბრანის ლიპიდებისა და მემბრანის ცილების მიერ წარმოქმნილ სტრუქტურებს. მემბრანის ბევრ თვისებას ანიჭებს გადამზიდავი ლიპიდური ორმხრივი შრეები, რომლებიც ქმნიან ძირითად სტრუქტურას ყველა ბიოლოგიური მემბრანისთვის. მემბრანის ინტეგრალური ცილები ნაწილობრივ იმალება ლიპიდურ ორ შრეში. ტრანსმემბრანულ ცილებს აქვთ ამინომჟავების სპეციალიზებული ორგანიზაცია მათი პირველადი თანმიმდევრობით.

პერიფერიული მემბრანის ცილები ძალიან ჰგავს ხსნად ცილებს, მაგრამ ისინი ასევე შეკრულია მემბრანასთან. სპეციალიზებულ უჯრედულ მემბრანებს აქვთ სპეციალიზებული უჯრედული ფუნქციები. როგორ მოქმედებს უჯრედის მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქციები სხეულზე? მთელი ორგანიზმის ფუნქციონირება დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ არის აგებული ბიოლოგიური მემბრანები. უჯრედშიდა ორგანელებიდან იქმნება მემბრანების უჯრედშორისი და უჯრედშორისი ურთიერთქმედება, ბიოლოგიური ფუნქციების ორგანიზებისა და შესრულებისთვის აუცილებელი სტრუქტურები. მრავალი სტრუქტურული და ფუნქციური მახასიათებელი საერთოა ბაქტერიებისა და გარე ვირუსებისთვის. ყველა ბიოლოგიური მემბრანა აგებულია ლიპიდურ ორ ფენაზე, რაც იწვევს უამრავ საერთო მახასიათებელს. მემბრანის პროტეინებს აქვთ მრავალი სპეციფიკური ფუნქცია.

• მაკონტროლებელი. უჯრედების პლაზმური მემბრანები განსაზღვრავენ უჯრედსა და გარემოს შორის ურთიერთქმედების საზღვრებს.
• ტრანსპორტი. უჯრედების უჯრედშორისი მემბრანები იყოფა რამდენიმე ფუნქციურ ერთეულებად სხვადასხვა შინაგანი შემადგენლობით, რომელთაგან თითოეულს მხარს უჭერს აუცილებელი სატრანსპორტო ფუნქცია გამტარიანობის კონტროლთან ერთად.
• Სიგნალის გადაცემა. მემბრანული შერწყმა უზრუნველყოფს უჯრედშიდა ვეზიკულური სიგნალიზაციის მექანიზმს და ხელს უშლის სხვადასხვა ტიპის ვირუსების თავისუფლად შეღწევას უჯრედში.

მნიშვნელობა და დასკვნები

გარე უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა გავლენას ახდენს მთელ სხეულზე. ის მნიშვნელოვან როლს ასრულებს მთლიანობის დაცვაში მხოლოდ შერჩეული ნივთიერებების შეღწევის საშუალებას. ის ასევე კარგი საფუძველია ციტოჩონჩხისა და უჯრედის კედლის დასამაგრებლად, რაც ხელს უწყობს უჯრედის ფორმის შენარჩუნებას. ლიპიდები შეადგენენ უჯრედების უმეტესობის მემბრანული მასის დაახლოებით 50%-ს, თუმცა ეს განსხვავდება მემბრანის ტიპის მიხედვით. ძუძუმწოვრების გარე უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა უფრო რთულია, შეიცავს ოთხ ძირითად ფოსფოლიპიდს. ლიპიდური ორმხრივი ფენების მნიშვნელოვანი თვისებაა ის, რომ ისინი იქცევიან როგორც ორგანზომილებიანი სითხეები, რომლებშიც ცალკეულ მოლეკულებს შეუძლიათ თავისუფლად ბრუნავდნენ და გადაადგილდნენ ლატერალურად. ასეთი სითხე მემბრანების მნიშვნელოვანი თვისებაა, რომელიც განისაზღვრება ტემპერატურისა და ლიპიდური შემადგენლობის მიხედვით. ნახშირწყალბადის რგოლის სტრუქტურის გამო, ქოლესტერინი თამაშობს როლს მემბრანის სითხის განსაზღვრაში. ბიოლოგიური მემბრანები მცირე მოლეკულებისთვის საშუალებას აძლევს უჯრედს გააკონტროლოს და შეინარჩუნოს მისი შიდა სტრუქტურა.

უჯრედის სტრუქტურის გათვალისწინებით (უჯრედის მემბრანა, ბირთვი და ა. ფუნქციონირებს თითოეული უჯრედი.

მემბრანა არის ულტრა წვრილი სტრუქტურა, რომელიც ქმნის ორგანელების ზედაპირებს და მთლიანად უჯრედს. ყველა მემბრანას აქვს მსგავსი სტრუქტურა და დაკავშირებულია ერთ სისტემაში.

Ქიმიური შემადგენლობა

უჯრედის მემბრანები ქიმიურად ერთგვაროვანია და შედგება სხვადასხვა ჯგუფის ცილებისა და ლიპიდებისგან:

• ფოსფოლიპიდები;
• გალაქტოლიპიდები;
• სულფოლიპიდები.

ისინი ასევე შეიცავს ნუკლეინის მჟავებს, პოლისაქარიდებს და სხვა ნივთიერებებს.

ფიზიკური თვისებები

ნორმალურ ტემპერატურაზე მემბრანები თხევადკრისტალურ მდგომარეობაშია და მუდმივად იცვლება. მათი სიბლანტე ახლოს არის მცენარეული ზეთის სიბლანტესთან.

მემბრანა არის აღდგენითი, გამძლე, ელასტიური და ფოროვანი. მემბრანის სისქე 7-14 ნმ.

TOP 4 სტატიავინც ამას კითხულობს

მემბრანა გაუვალია დიდი მოლეკულებისთვის. მცირე მოლეკულებს და იონებს შეუძლიათ გაიარონ ფორებში და თავად მემბრანაში მემბრანის სხვადასხვა მხარეს კონცენტრაციის განსხვავებების გავლენის ქვეშ, აგრეთვე სატრანსპორტო ცილების დახმარებით.

მოდელი

როგორც წესი, მემბრანების სტრუქტურა აღწერილია თხევადი მოზაიკის მოდელის გამოყენებით. მემბრანას აქვს ჩარჩო - ლიპიდური მოლეკულების ორი რიგი, ერთმანეთთან მჭიდროდ მიმდებარე, აგურის მსგავსად.

ბრინჯი. 1. სენდვიჩის ტიპის ბიოლოგიური მემბრანა.

ორივე მხრიდან ლიპიდების ზედაპირი დაფარულია ცილებით. მოზაიკის ნიმუში იქმნება ცილის მოლეკულებით, რომლებიც არათანაბრად ნაწილდება მემბრანის ზედაპირზე.

ბილიპიდური შრეში ჩაძირვის ხარისხის მიხედვით ცილის მოლეკულები იყოფა სამი ჯგუფი:

• ტრანსმემბრანული;
• ჩაძირული;
• ზედაპირული.

ცილები უზრუნველყოფენ მემბრანის ძირითად თვისებას - მის შერჩევით გამტარიანობას სხვადასხვა ნივთიერებების მიმართ.

მემბრანის ტიპები

ყველა უჯრედის მემბრანა ლოკალიზაციის მიხედვით შეიძლება დაიყოს შემდეგი ტიპები:

• გარე;
• ბირთვული;
• ორგანელების მემბრანები.

გარე ციტოპლაზმური მემბრანა, ანუ პლაზმოლემა, არის უჯრედის საზღვარი. ციტოჩონჩხის ელემენტებთან დაკავშირებით, ის ინარჩუნებს ფორმასა და ზომას.

ბრინჯი. 2. ციტოჩონჩხი.

ბირთვული მემბრანა, ანუ კარიოლემა, არის ბირთვული შინაარსის საზღვარი. იგი აგებულია ორი მემბრანისგან, რომელიც ძალიან ჰგავს გარე მემბრანას. ბირთვის გარე მემბრანა დაკავშირებულია ენდოპლაზმური ბადის მემბრანებთან (ER) და ფორების მეშვეობით შიდა მემბრანასთან.

ER მემბრანები შეაღწევს მთელ ციტოპლაზმას, ქმნიან ზედაპირებს, რომლებზეც ხდება სხვადასხვა ნივთიერებების, მათ შორის მემბრანის ცილების სინთეზი.

ორგანელის მემბრანები

ორგანელების უმეტესობას აქვს მემბრანული სტრუქტურა.

კედლები აგებულია ერთი გარსისგან:

• გოლგის კომპლექსი;
• ვაკუოლები;
• ლიზოსომები

პლასტიდები და მიტოქონდრია აგებულია მემბრანის ორი ფენისგან. მათი გარე გარსი გლუვია, შიდა კი მრავალ ნაკეცს ქმნის.

ქლოროპლასტების ფოტოსინთეზური მემბრანების მახასიათებლები არის ჩაშენებული ქლოროფილის მოლეკულები.

ცხოველურ უჯრედებს აქვთ ნახშირწყლების ფენა მათი გარე გარსის ზედაპირზე, რომელსაც გლიკოკალიქსი ეწოდება.

ბრინჯი. 3. გლიკოკალიქსი.

გლიკოკალიქსი ყველაზე მეტად განვითარებულია ნაწლავის ეპითელიუმის უჯრედებში, სადაც ის ქმნის პირობებს საჭმლის მონელებისთვის და იცავს პლაზმალემას.

ცხრილი "უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა"

რა ვისწავლეთ?

ჩვენ შევხედეთ უჯრედის მემბრანის სტრუქტურასა და ფუნქციებს. მემბრანა არის უჯრედის, ბირთვისა და ორგანელების შერჩევითი (შერჩევითი) ბარიერი. უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა აღწერილია თხევადი მოზაიკის მოდელით. ამ მოდელის მიხედვით, ცილის მოლეკულები ჩაშენებულია ბლანტი ლიპიდების ორ ფენაში.

ტესტი თემაზე

ანგარიშის შეფასება

Საშუალო რეიტინგი: 4.5. სულ მიღებული შეფასებები: 109.