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 გამართულ ფუნქციონირებასთან დაკავშირებით.. უჯრედების თეორია ფართოდ გავრცელდა მე-17 საუკუნეში, მიკროსკოპის გამოგონებასთან ერთად. ცნობილი გახდა, რომ მცენარეული და ცხოველური ქსოვილები უჯრედებისგან შედგება, მაგრამ მოწყობილობის დაბალი გარჩევადობის გამო, ცხოველური უჯრედის ირგვლივ რაიმე ბარიერის დანახვა შეუძლებელი გახდა. მე-20 საუკუნეში მემბრანის ქიმიური ბუნება უფრო დეტალურად იქნა შესწავლილი, დადგინდა, რომ მისი საფუძველი ლიპიდებია.
უჯრედული მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქცია
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 როლსციტოჩონჩხის ფორმირება და სხვა სასიცოცხლო ნაწილაკების უჯრედგარე მატრიქსთან მიმაგრება. ეს აუცილებელია იმისათვის, რომ ისინი შევინარჩუნოთ და ჩამოყალიბდეს სხეულის ქსოვილები და ორგანოები. უჯრედის მემბრანის სტრუქტურული მახასიათებლები 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 როლით. ის შერჩევითად გამტარია იონებისა და ორგანული მოლეკულებისთვის და აკონტროლებს ნაწილაკების მოძრაობას.
ბიოლოგიური მექანიზმები, რომლებიც მოიცავს უჯრედის მემბრანას
1. პასიური დიფუზია: ზოგიერთ ნივთიერებას (პატარა მოლეკულები, იონები), როგორიცაა ნახშირორჟანგი (CO2) და ჟანგბადი (O2), შეუძლია დიფუზია პლაზმურ მემბრანაში. გარსი მოქმედებს როგორც ბარიერი გარკვეული მოლეკულებისა და იონების მიმართ, რომლებიც შეიძლება კონცენტრირებული იყოს ორივე მხარეს.
2. ტრანსმემბრანული არხი და გადამტანი ცილა: ნუტრიენტები, როგორიცაა გლუკოზა ან ამინომჟავები, უნდა შევიდეს უჯრედში და ზოგიერთი მეტაბოლური პროდუქტი უნდა დატოვოს.
3. ენდოციტოზი არის პროცესი, რომლითაც ხდება მოლეკულების აღება. პლაზმურ მემბრანაში იქმნება უმნიშვნელო დეფორმაცია (ინვაგინაცია), რომელშიც გადასატანი ნივთიერება იყლაპება. ეს მოითხოვსენერგია და ამდენად არის აქტიური ტრანსპორტის ფორმა.
4. ეგზოციტოზი: ხდება სხვადასხვა უჯრედებში, რათა ამოიღონ ენდოციტოზის მიერ მოტანილი ნივთიერებების მოუნელებელი ნარჩენები, რათა გამოიყოს ისეთი ნივთიერებები, როგორიცაა ჰორმონები და ფერმენტები და ნივთიერება მთლიანად გადაიტანოს 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. იმისათვის, რომ გავიგოთ ეს პროცესი და სწორად აღვწეროთ უჯრედის მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქციები, ისევე როგორც თვისებები, აუცილებელია შეფასდეს ფოსფოლიპიდური სტრუქტურების ბუნება, რომლებიც ხასიათდება სტრუქტურული პოლარიზებით. როდესაც ფოსფოლიპიდები ციტოპლაზმის წყლის გარემოში აღწევს კრიტიკულ კონცენტრაციას, ისინი გაერთიანდებიან მიცელებში, რომლებიც უფრო სტაბილურია წყლის გარემოში.
მემბრანის თვისებები
- სტაბილურობა. ეს ნიშნავს, რომ მემბრანის წარმოქმნის შემდეგ ნაკლებად სავარაუდოა, რომ დაიშალოს.
- ძალა. ლიპიდური მემბრანა საკმარისად საიმედოა, რათა თავიდან აიცილოს პოლარული ნივთიერების გავლა; როგორც გახსნილი ნივთიერებები (იონები, გლუკოზა, ამინომჟავები) და ბევრად უფრო დიდი მოლეკულები (ცილები) ვერ გაივლიან წარმოქმნილ საზღვარს.
- დინამიური ხასიათი. ეს არის ალბათ ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისება უჯრედის სტრუქტურის განხილვისას. უჯრედის მემბრანას შეუძლიაექვემდებარება სხვადასხვა დეფორმაციას, შეიძლება დაკეცილი და მოხრილი იყოს ჩამონგრევის გარეშე. განსაკუთრებულ გარემოებებში, როგორიცაა ვეზიკულების შერწყმა ან კვირტის შერწყმა, ის შეიძლება დაირღვეს, მაგრამ მხოლოდ დროებით. ოთახის ტემპერატურაზე მისი ლიპიდური კომპონენტები მუდმივ, ქაოტურ მოძრაობაში არიან და ქმნიან სტაბილურ სითხის საზღვრებს.
თხევადი მოზაიკის მოდელი
უჯრედის მემბრანების სტრუქტურასა და ფუნქციებზე საუბრისას, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ თანამედროვე შეხედულებით, მემბრანა, როგორც თხევადი მოზაიკის მოდელი, 1972 წელს განიხილეს მეცნიერებმა ზინგერმა და ნიკოლსონმა. მათი თეორია ასახავს მემბრანის სტრუქტურის სამ ძირითად მახასიათებელს. მემბრანის ინტეგრალური ცილები უზრუნველყოფენ მემბრანის მოზაიკურ შაბლონს 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 არის სიცოცხლის ძირითადი ერთეული და ყველა ორგანიზმი შედგება ერთი ან მეტი უჯრედისაგან, 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 კონსისტენციის მსგავსი, ისე, რომ ყველაფერიცალკეული მოლეკულები უბრალოდ ცურავს თხევად გარემოში და მათ ყველას შეუძლია გვერდით გადაადგილება ამ გარსში. მოზაიკა არის ის, რაც შეიცავს ბევრ განსხვავებულ დეტალს. პლაზმურ მემბრანაში ის წარმოდგენილია ფოსფოლიპიდებით, ქოლესტერინის მოლეკულებით, ცილებითა და ნახშირწყლებით.
ფოსფოლიპიდები
ფოსფოლიპიდები ქმნიან 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 ადამიანებს ესმით სიტყვა "ქოლესტერინი", ადამიანები ჩვეულებრივ ფიქრობენ, რომ ეს ცუდია. თუმცა, ქოლესტერინი სინამდვილეში უჯრედის მემბრანების ძალიან მნიშვნელოვანი კომპონენტია. მისი მოლეკულები შედგება წყალბადის და ნახშირბადის ატომების ოთხი რგოლისაგან. ისინი ჰიდროფობიურია და გვხვდება ლიპიდური ორშრის ჰიდროფობიურ კუდებს შორის. მათი მნიშვნელობა იმაში მდგომარეობსთანმიმდევრულობის შენარჩუნებით, ისინი აძლიერებენ გარსებს, ხელს უშლიან გადაკვეთას. ქოლესტერინის მოლეკულები ასევე იცავს ფოსფოლიპიდურ კუდებს კონტაქტში და გამკვრივებისგან. ეს უზრუნველყოფს სითხისა და მოქნილობის გარანტიას. მემბრანის ცილები მოქმედებს როგორც ფერმენტები ქიმიური რეაქციების დასაჩქარებლად, რეცეპტორებად 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 ტიპის მიხედვით, სხეულს შეუძლია ამოიცნოს უჯრედები და განსაზღვროს, უნდა იყვნენ თუ არა ისინი იქ.
მემბრანული ცილები
ცხოველური უჯრედის უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა წარმოუდგენელია ისეთი მნიშვნელოვანი კომპონენტის გარეშე, როგორიც არის ცილა. ამის მიუხედავად, ისინი ზომით შეიძლება მნიშვნელოვნად ჩამორჩნენ სხვა მნიშვნელოვან კომპონენტს - ლიპიდებს. მემბრანის სამი ძირითადი ცილაა.
- ინტეგრალი. ისინი მთლიანად ფარავს ორ ფენას, ციტოპლაზმას და უჯრედგარე გარემოს. ისინი ასრულებენ სატრანსპორტო და სასიგნალო ფუნქციას.
- პერიფერიული. პროტეინები მემბრანაზე მიმაგრებულია ელექტროსტატიკური ან წყალბადის ბმებით მათ ციტოპლაზმურ ან უჯრედგარე ზედაპირებზე. ისინი ჩართულია ძირითადად, როგორც ინტეგრალური ცილების მიმაგრების საშუალება.
- ტრანსმემბრანული. ისინი ასრულებენ ფერმენტულ და სასიგნალო ფუნქციებს და ასევე ახდენენ მემბრანის ლიპიდური ორ ფენის ძირითად სტრუქტურას.
ბიოლოგიური მემბრანების ფუნქციები
ჰიდროფობიური ეფექტი, რომელიც არეგულირებს წყალში ნახშირწყალბადების ქცევას, აკონტროლებს მემბრანის ლიპიდებისა და მემბრანის ცილების მიერ წარმოქმნილ სტრუქტურებს. მემბრანების ბევრ თვისებას ანიჭებენ ლიპიდური ორმხრივი ფენების მატარებლები, რომლებიც ქმნიან ყველა ბიოლოგიური მემბრანის ძირითად სტრუქტურას. ინტეგრალური მემბრანის 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 დაკავშირებულია მემბრანასთან. სპეციალიზებულ უჯრედულ მემბრანებს აქვთ სპეციალიზებული უჯრედული ფუნქციები. როგორ მოქმედებს უჯრედის მემბრანების სტრუქტურა და ფუნქციები სხეულზე? მთელი ორგანიზმის ფუნქციონირება დამოკიდებულია იმაზე, თუ როგორ არის მოწყობილი ბიოლოგიური გარსები. უჯრედშიდა ორგანელებიდან, მემბრანების უჯრედშორისი და უჯრედშორისი ურთიერთქმედებიდან იქმნება ბიოლოგიური ფუნქციების ორგანიზებისა და შესრულებისთვის აუცილებელი სტრუქტურები. მრავალი სტრუქტურული და ფუნქციური მახასიათებელი საერთოა ბაქტერიებისთვის, ევკარიოტული უჯრედებისთვის და გარსით დაფარული ვირუსებისთვის. ყველა ბიოლოგიური მემბრანა აგებულია ლიპიდურ ორ ფენაზე, რომელიც განსაზღვრავს რიგი საერთო მახასიათებლების არსებობას. მემბრანულ პროტეინებს აქვთ მრავალი სპეციფიკური ფუნქცია.
- კონტროლი. უჯრედების პლაზმური მემბრანები განსაზღვრავენ უჯრედის გარემოსთან ურთიერთქმედების საზღვრებს.
- ტრანსპორტი. უჯრედების უჯრედშიდა გარსები დაყოფილია რამდენიმე ფუნქციურ ბლოკად, განსხვავებულიშიდა შემადგენლობა, რომელთაგან თითოეულს მხარს უჭერს აუცილებელი სატრანსპორტო ფუნქცია კონტროლის გამტარიანობასთან ერთად.
- სიგნალის გადაცემა. მემბრანული შერწყმა უზრუნველყოფს უჯრედშიდა ვეზიკულური შეტყობინების მექანიზმს და ხელს უშლის სხვადასხვა სახის 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 მემბრანის მასის დაახლოებით 50%-ს, თუმცა ეს განსხვავდება მემბრანის ტიპის მიხედვით. ძუძუმწოვრების გარე უჯრედის მემბრანის სტრუქტურა უფრო რთულია, ის შეიცავს ოთხ ძირითად ფოსფოლიპიდს. ორგანზომილებიანი ლიპიდური ფენების მნიშვნელოვანი თვისებაა ის, რომ ისინი იქცევიან როგორც ორგანზომილებიანი სითხე, რომელშიც 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 მემბრანების სითხის განსაზღვრაში. ბიოლოგიური მემბრანების შერჩევითი გამტარიანობა მცირე მოლეკულების მიმართ საშუალებას აძლევს უჯრედს გააკონტროლოს და შეინარჩუნოს მისი შიდა სტრუქტურა.
უჯრედის სტრუქტურის გათვალისწინებით (უჯრედის მემბრანა, ბირთვი და ა.შ.), შეგვიძლია დავასკვნათ, რომრომ სხეული არის თვითრეგულირების სისტემა, რომელსაც არ შეუძლია ზიანი მიაყენოს საკუთარ თავს გარე დახმარების გარეშე და ყოველთვის ეძებს გზებს თითოეული უჯრედის აღდგენის, დაცვისა და სათანადო ფუნქციონირებისთვის.
