ძირითადი მასალა
პლაზმური მემბრანის სტრუქტურა
პლაზმური მემბრანის თხევადი მოზაიკური მოდელი. მემბრანის ცილა, ცხიმი და ნახშირწყლოვანი კომპონენტები.
შესავალი
თქვენი ორგანიზმის თითოეული უჯრედი მემბრანის პატარა ბუშტშია მოთავსებული. ეს მემბრანა კონსისტენციით დაახლოებით...სალათის ზეთის მსგავსია
ზუსტად რა ევალება მას? პლაზმური მემბრანა არა მარტო უჯრედის საზღვარია, არამედ იგი გარემოსთან ურთიერთობასაც უზრუნველყოფს და აკონტროლებს. უჯრედებს უნდა შეეძლოთ, გამოაძევონ, შთანთქონ და გამოყონ ნივთიერებები განსაზღვრული რაოდენობით. ამასთანავე, მათ უნდა შეძლონ სხვა უჯრედებთან ურთიერთობა, საკუთარი თავის ამოცნობა და ინფორმაციის გაზიარება.
ამ ფუნქციების შესასრულებლად პლაზმურ მემბრანას ლიპიდები სჭირდება, რომლებიც ნახევრადგამტარ ბარიერს ქმნიან უჯრედსა და გარემოს შორის. მას ასევე ესაჭიროება ცილები, რომლებიც ნივთიერებების მემბრანის მიღმა გადატანასა და უჯრედთა კომუნიკაციაში არიან ჩართულნი, და ნახშირწყლები (შაქრები და შაქრების ჯაჭვები) ცილებისა და ლიპიდების „მოსართავად" და უჯრედებისთვის ერთმანეთის ამოცნობის გასაადვილებლად.
ამ სტატიაში უფრო ახლოს გავეცნობით პლაზმური მემბრანის კომპონენტებს, შევისწავლით მათ ფუნქციებს, მრავალფეროვნებას და იმას, თუ როგორ მუშაობენ ისინი ერთად უჯრედისთვის მოქნილი, მგრძნობიარე და საიმედო საზღვრის შესაქმნელად.
თხევად-მოზაიკური მოდელი
დღესდღეობით პლაზმური მემბრანის სტრუქტურულ მოდელად თხევად-მოზაიკური მოდელია მიღებული, რომელიც პირველად 1972 წელს ჩამოაყალიბეს. მოდელი დროთა განმავლობაში შეიცვალა, მაგრამ იგი მაინც კარგად აღწერს მრავალი უჯრედის მემბრანის ძირითად სტრუქტურასა და თვისებებს.
თხევად-მოზაიკური მოდელის თანახმად, პლაზმური მემბრანა მოზაიკაა - შემდგარი ძირითადად ფოსფოლიპიდების, ქოლესტეროლისა და ცილებისგან, რომლებიც თავისუფლად მოძრაობენ და ტივტივებენ მემბრანის სიბრტყეში. სხვანაირად რომ ვთქვათ, მემბრანის დიაგრამა (მაგალითად, ქვედა სურათი), უბრალოდ, ერთი კადრია იმ დინამიკური პროცესისა, რომლის დროსაც ფოსფოლიპიდები და ცილები მუდმივად ერთმანეთის გასწვრივ მიმოცურავენ.
საინტერესოა, რომ, სწორედ ამ თხევადობის დამსახურებით, თუ ძალიან წვრილ ნემსს ჩაარჭობთ უჯრედს, მემბრანა კი არ გაიხვრიტება, მისი მოლეკულები ერთმანეთისგან გატივტივდება და ნემსს გაატარებს. მისი ამოღების შემდეგ კი მემბრანა დაუზიანებლად გამთელდება.
პლაზმური მემბრანის ძირითადი კომპონენტებია: ლიპიდები (ფოსფოლიპიდები და ქოლესტეროლი), ცილები და ნახშირწყლოვანი ჯგუფები, რომლებიც ზოგ ლიპიდსა და ცილაზეა დამაგრებული.
- ფოსფოლიპიდი ლიპიდია, რომელიც გლიცეროლის, ცხიმოვანი მჟავას ორი კუდისა და ფოსფატდაკავშირებული თავისგან შედგება. ბიოლოგიურ მემბრანებს, როგორც წესი, ფოსფოლიპიდების ორი შრე ქმნის. მათი კუდები შრის შიგნითაა მოქცეული, რითაც ორმაგი ფოსფოლიპიდური შრე იქმნება.
- ქოლესტეროლი კიდევ ერთი ლიპიდია, რომელიც ოთხი ერთმანეთთან შერწყმული ნახშირბადული რგოლისგან შედგება, და იგი ფოსფოლიპიდებთან ერთად მემბრანის შუაგულშია მოთავსებული.
- მემბრანული ცილები შესაძლოა, ნაწილობრივ მასში იყოს ჩასმული, მთლიანად კვეთდეს მემბრანას ან თავისუფლად ემაგრებოდეს შიდა ან გარეთა მხრიდან.
- ნახშირწყლოვანი ჯგუფები მემბრანის მხოლოდ გარეთა ზედაპირზე მდებარეობენ და უკავშირდებიან ცილებს (წარმოქმნიან გლიკოპროტეინებს) ან ლიპიდებს (წარმოქმნიან გლიკოლიპიდებს).
ცილები, ლიპიდები და ნახშირწყლები სხვადასხვა სახის უჯრედის მემბრანაში სხვადასხვა პროპორციით გვხვდება. ადამიანის ტიპური უჯრედის მემბრანის მასის დაახლოებით 50%-ს ცილები ქმნის, 40%-ს - ლიპიდები (ყველა სახის) და დანარჩენ 10%-ს - ნახშირწყლები.
ფოსფოლიპიდები
ფოსფოლიპიდები, რომლებიც ორ შრედ არიან განლაგებულნი, პლაზმური მემბრანის ძირითადი „მატერიაა". ისინი კარგად ერგებიან თავის ფუნქციას, რადგან ამფიპათიურნი არიან, ანუ, ჰიდროფილური ნაწილიც აქვთ და ჰიდროფობურიც.
ფოსფოლიპიდის ჰიდროფილური, ანუ „წყლის მოყვარული", ნაწილი მისი თავია, რომელიც უარყოფითად დამუხტულ ფოსფატის ჯგუფს შეიცავს, კიდევ ერთ პატარა, დამუხტულ ან პოლარულ ჯგუფთან ერთად (რომელიც სხვადასხვა შემადგენლობისა შეიძლება იყოს, მარცხენა დიაგრამაზე აღნიშნულია R-ით). ორმაგ შრეში ფოსფოლიპიდების ჰიდროფილური თავები გარეთაა მიქცეული და ურთიერთობს უჯრედის გარეთ და შიგნით მდებარე, წყლის შემცველ სითხესთან. წყალი პოლარული მოლეკულაა, ამიტომ იგი ადვილად ამყარებს ელექტროსტატიკურ (მუხტზე დაფუძნებულ) ურთიერთქმედებას ფოსფოლიპიდების თავებთან.
ფოსფოლიპიდის ჰიდროფობური, ანუ „წყლის მოშიში", ნაწილი შედგება გრძელი, არაპოლარული ცხიმოვანი მჟავების კუდებისგან. ცხიმოვანი მჟავას კუდები მარტივად ურთიერთქმედებენ სხვა არაპოლარულ მოლეკულებთან, მაგრამ წყალთან — ვერა. ამის გამო, ფოსფოლიპიდებისთვის ენერგეტიკულად უფრო ხელსაყრელია, რომ ცხიმოვან მჟავებს კუდები შიგნით, მემბრანაში ჰქონდეთ, სადაც წყლისგან დაცულები იქნებიან. ამ ბმებით შექმნილი ორმაგი ფოსფოლიპიდური შრე კარგი ბარიერია უჯრედშიდა და უჯრედგარე სივრცეებს შორის, რადგან წყალი და სხვა პოლარულად დამუხტული ნივთიერებები მემბრანის ჰიდროფობურ შუაგულს მარტივად ვერ კვეთს.
ამფიპათიური ბუნების წყალობით, ფოსფოლიპიდები მხოლოდ ორმაგი მემბრანის შესაქმნელად არ არიან იდეალურნი. ისინი კიდევ ერთ რამეს აკეთებენ განსაზღვრულ პირობებში მოხვედრისას! წყალში ან წყალხსნარში ფოსფოლიპიდები ისე განლაგდებიან, რომ მათი ჰიდროფობური კუდები ერთმანეთისკენ მიექცევა, ჰიდროფილური თავები კი - გარეთ. თუ ფოსფოლიპიდების კუდები მოკლეა, ასეთი განლაგების წყალობით, მიცელა ჩამოყალიბდება (პატარა, ერთშრიანი სფერო), უფრო დიდი კუდების შემთხვევაში კი - ლიპოსომა (ორმაგი მემბრანისა და ცენტრში ღრუს მქონე წვეთი)
ცილები
ცილები პლაზმური მემბრანის მეორე ძირითადი შემადგენელი მასალაა. მემბრანული ცილების ორი ძირითადი სახე არსებობს: ინტეგრალური და პერიფერიული.
მემბრანის ინტეგრალური ცილები, როგორც სახელიდან ჩანს, მემბრანაში არიან ინტეგრირებულნი (ანუ ჩაშენებულნი): მათ, სულ მცირე, ერთი ჰიდროფობური ნაწილი მაინც აქვთ, რომელიც ორმაგი ფოსფოლიპიდური შრის ჰიდროფობურ შუაგულში მდებარეობს. ზოგი ცილა მხოლოდ ნაწილობრივაა მემბრანის სისქეში მოთავსებული, ზოგი კი მთელ სისქეზეა გადაჭიმული და მემბრანის ორივე მხარეს აქვს გამოშვერილი ნაწილები
ინტეგრალური ცილების მემბრანის შიგნით მდებარე ნაწილები ჰიდროფობურია, ციტოპლაზმაში ან უჯრედგარე სივრცეში მოთავსებული კი - ჰიდროფილური. ზოგი ტრანსმემბრანული ცილა მემბრანას ერთხელ კვეთს, ზოგს კი 12 ცალი შიდამემბრანული უბანი აქვს. ტიპური შიდამემბრანული უბანი 20-25 ჰიდროფობური ამინომჟავასგან შედგება, რომლებიც ალფა სპირალს ქმნიან. თუმცა, ყველა ტრანსმემბრანული ცილის შემთხვევაში ეს ასე არაა. მემბრანის ზოგი ინტეგრალური ცილა არხს ქმნის, რომელშიც იონები ან სხვა პატარა მოლლეკულები გადაადგილდებიან, როგორც ქვედა სურათზე ჩანს.
მემბრანის პერიფერიული ცილები ორივე ზედაპირზე გვხვდებიან, შიგნითაც და გარეთაც. ისინი ინტეგრალურ ცილებს ან ფოსფოლიპიდებს უკავშირდებიან. ინტეგრალური ცილებისგან განსხვავებით, პერიფერიული ცილები მემბრანის ჰიდროფობურ შუაგულში ჩაშენებულნი არ არიან და მას უფრო თავისუფლად, არამტკიცედ ემაგრებიან.
ნახშირწყლები
ნახშირწყლები პლაზმური მემბრანის მესამე ძირითადი შემადგენელი ნაწილია. ზოგადად, ისინი უჯრედების გარეთა ზედაპირზეა მოთავსებული და უკავშირდება ცილებს (ქმნის გლიკოპროტეინებს) ან ლიპიდებს (ქმნის გლიკოლიპიდებს). ეს ნახშირწყლოვანი ჯაჭვები შეიძლება, 2-60 მონოსაქარიდული ერთეულისგან შედგებოდეს და სწორხაზოვანი ან დატოტვილი იყოს.
მემბრანის ცილებთან ერთად ეს ნახშირწყლებიც განსაკუთრებული უჯრედული მარკერებია, მოლეკულური სამკერდე ნიშნებივით, რომელთა მეშვეობითაც უჯრედები ერთმანეთს ამოიცნობენ. ეს მარკერები ძალიან მნიშვნელოვანია იმუნური სისტემისთვის, რადგან სწორედ მათი საშუალებით განასხვავებს იმუნიტეტი ერთმანეთისგან ორგანიზმის საკუთარ უჯრედებს, რომლებსაც არ უნდა დაესხას თავს, უცხო უჯრედებისა და ქსოვილებისგან, რომლებიც უნდა გაანადგუროს.
მემბრანის თხევადობა
ფოსფოლიპიდების ცხიმოვანი მჟავების კუდების სტრუქტურა მნიშვნელოვანია მემბრანის თვისებების, განსაკუთრებით კი მისი თხევადობის, განსაზღვრაში.
ნაჯერ ცხიმოვან მჟავებს ორმაგი ბმები არ აქვთ (გაჯერებულნი არიან წყალბადით), ამიტომ ისინი შედარებით სწორხაზოვანი მოლეკულებია. უჯერი ცხიმოვანი მჟავები, მეორე მხრივ, ერთ ან მეტ ორმაგ ბმას შეიცავენ, რის გამოც მათი ჯაჭვები მოხრილია (მოხრილი უჯერი კუდის დიაგრამა იხილეთ სტატიის ზედა ნაწილში, ფოსფოლიპიდის სტრუქტურის გამოსახულებაზე). ფოსფოლიპიდების ნაჯერი და უჯერი ცხიმოვანი მჟავების კუდები სხვადასხვანაირად იქცევიან ტემპერატურის დაცემისას:
- დაბალ ტემპერატურაზე ნაჯერი ცხიმოვანი მჟავების კუდები ერთმანეთთან მჭიდროდ ლაგდება, რის გამოც მემბრანა მკვრივი და შედარებით მყარი ხდება.
- უჯერი ცხიმოვანი მჟავების კუდების მქონე ფოსფოლიპიდები ასე მჭიდროდ ვერ ლაგდება მოხრილი უბნების გამო. ამიტომ მემბრანა, რომელიც უჯერ ფოსფოლიპიდებს შეიცავს, უფრო თხევადი რჩება დაბალ ტემპერატურაზე, ვიდრე ნაჯერი ფოსოლიპიდებისგან შემდგარი.
უჯრედული მემბრანების უმეტესობა შეიცავს სხვადასხვა ფოსფოლიპიდებს, რომელთაგან ზოგიერთსაც ორი ცალი ნაჯერი (სწორი) კუდი აქვს, დანარჩენს კი ერთი ნაჯერი, მეორე — უჯერი (მოხრილი). ბევრ ორგანიზმს — მაგალითად, თევზებს — შეუძლია ცივ გარემოსთან ფიზიოლოგიურად ადაპტირება მემბრანებში უჯერი ცხიმოვანი მჟავების პროპორციის შეცვლით. ნაჯერი და უჯერი ცხიმოვანი მჟავების შესახებ მეტის გასაგებად იხილეთ სტატია ლიპიდები.
ფოსფოლიპიდებთან ერთად ცხოველებს მემბრანაში კიდევ ერთი კომპონენტი აქვთ, რომელიც თხევადობის შენარჩუნებას უწყობს ხელს. ქოლესტეროლი ლიპიდების წარმომადგენელია, რომელიც მემბრანაში ფოსფოლიპიდებს შორისაა ჩაშენებული და მონაწილეობს თხევადობაზე გარემოს ტემპერატურის გავლენის მაქსიმალურად შემცირებაში.
დაბალ ტემპერატურაზე ქოლესტეროლი მემბრანის თხევადობას ზრდის, რადგან ფოსფოლიპიდებს მჭიდროდ ჩალაგებაში უშლის ხელს, მაღალ ტემპერატურაზე კი პირიქით, იგი თხევადობას ამცირებს
პლაზმური მემბრანის შემადგენლობა
| კომპონენტი | მდებარეობა |
|---|---|
| ფოსფოლიპიდები | მემბრანის ძირითადი ნივთიერება |
| ქოლესტეროლი | მემბრანის ფოსფოლიპიდების ჰიდროფობურ კუდებს შორისაა ჩაჩხერილი |
| ინტეგრალური ცილები | ჩაშენებულია ორმაგ ფოსფოლიპიდურ შრეში; შესაძებლელია, ორივე შრეში, მთელ სისქეზე მდებარეობდნენ |
| პერიფერიული ცილები | მდებარეობს მემბრანის შიგნითა ან გარეთა ზედაპირზე, მაგრამ არ არის ჩაშენებული ჰიდროფობურ შუაგულში |
| ნახშირწყლები | ცილებს ან ლიპიდებს მემბრანის უჯრედგარე მხარეს ემაგრება (ქმნის გლიკოპროტეინებსა და გლიკოლიპიდებს) |
მოდიფიცირებული ცხრილის წყაროა OpenStax Biology.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.