Биомембраналар

                               

                                  Жоспар:

 

 

І.Кіріспе

 

ІІ.Негізгі  бөлім

 

1. Биомембраналардың құрылысы  мен қызметі.

1. Беттік кешен
2. Плазмалемма
3. Гликокаликс

     2. Иондық каналдар

 

ІІІ.Қорытынды

 

ІҮ. Қолданылған  әдебиеттер

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                    Кіріспе 

 

Биологиялық мембрана —  жасушаның және жасуша ішіндегі бөлшектердің (ядро, митохондрии, хлоропластар, пластидтер) бетінде орналасқан молекулалық  мөлшердегі (қалыңдығы 5 — 10 нм), ақуызды-липидтік құрылымды жұқа қабықша. Биологиялық  мембрана өткізгіштік қасиетіне  байланысты жасушада тұздардың, қанттың, амин қышқылдарының, иондардың, т.б. заттардың  алмасу өнімдерінің концентрациясын, олардың тасымалын және алмасуын реттейді. Клетканың протоплазмасын қоршап тұрған биологиялық мембрана жасушалық мембрана деп аталады. Клеткалық мембрана қос қабатты  ақуызды-липидті молекулалардан тұрады. Биологиялық мембрананың құрылымы мен ерекшелігі туралы нақты ғылыми мәліметтер XX ғасырдың басында белгілі болды.

Биологиялық мембрана —  аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік белоктар, ерекше рецепторлар, электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші құрылымдар сонымен  қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер  болады. Мембраналық белоктардың  көпшілігі мембрананы тесіп өтіп орналасса, ал кейбірі оған жартылай ғана еніп немесе жанасып жатады. Мембраналық  белоктар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер  антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін  фотосинтездің жарық реакциялары  немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың  өзінде жүреді. Сондай-ақ, биологиялық  мембрана жасушаны қоршап, сыртқы ортадан  оқшаулауы арқылы жасушаның морфологиялық  тұтастығын сақтайды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      Биомембраналардың  құрылысы  мен  қызметі

 

Жасушаның құрамындағы заттар сыртқы ортадан биомембрана арқылы бөлінеді. Жасушаның барлық ірі органоидтері де биомембраналары арқылы цитоплазмадан бөлініп тұрады. Биомембрана жасуша тіршілігінде аса маңызды рөл атқарады. Ол жасуша және органоидтердің ішіне және сыртқа қарай заттардың өтуін реттеп отырады. Кейбір заттар биомембраналардан өте алмайды. Мұндай заттардың биомембраналардан өтуін ерекше түтіктер жүзеге асырады, олар заттарды қатаң бір бағытта тасымалдайды. Кей заттар биомембранадан оңай өтеді. Биомембрана жасушаның ерекше іргетасы болып есептеледі. Онда белгілі бір реттілікпен нәруыздар орналасқан. Соның арқасында бір-бірімен тығыз байланысқан күрделі биохимиялық процестер — тынысалу және фотосинтез жүзеге асады. Мембраналар сигналдарды өткізуде үлкен рөл атқарады. Мысалы, жүйке тітіркеністерін және әр түрлі химиялық сигналдарды өткізуде.

Биомембрананың атқаратын қызметін түсіну үшін, оның құрылысын қарастырайық. Әрбір биомембрананың негізгі құрылыс  элементі — фосфолипидтер. Фосфолипидтер құрамында глицерин болады. Глицериннің екі гидроксил тобына 12-ден 22-ге дейін жұп санды көміртек атомдары бар май қышқылдары байланысады. Глицериннің үшінші гидроксил тобына фосфор қышқылының қалдығы, ал одан әрі қарай фосфолипидтің құрылымын анықтайтын арнайы радикал байланысқан. Мұндай радикалдарға: холин, инозитол, серин жөне этаноламинжатады. Фосфолипидтің жалпы құрылымын қарастырсак, оның май қышқылдарынан құралатын майлы (гидрофобты) бөлігі және фосфор қышқылының қалдығы мен радикалдан тұратын (гидрофильді) бөлігі болады. Фосфолипидтер суда бірден мембрана түзеді. Ол кезде фосфолипидтердің майлы бөліктері сумен байланысқа түспеуге тырысып, өзіне ұқсас фосфолипид бөліктерімен жақындасады. Ал гидрофильдік бөліктері сыртка суға қарай бағытталады. Осындай жолмен бірден екі қабат фосфолипидтен тұратын, екі қабатты мембрана түзіледі. Мембрананың ішкі бөлігі екі қабат май қышқылынан тұрады, ал сыртқы қабатын екі қабаттан тұратын фосфат қалдығы мен фосфолипид радикалдары құрайды.

Фосфолипидті қос қабатты (биқабатты) мембрананың негізгі қасиеттерін қарастырайык. Бұл мембрана майысқақтық және қаттылық қасиет көрсетеді. Ол арқылы су және гидрофильді заттар өтпейді, ал гидрофобты заттар оңай өтеді. Биомембрананың фосфолипидті мембранадан ерекшелігі — фосфолипидті мембранада сигналдарды қабылдау және заттарды тасымалдау қызметін атқаратын ерекше нәруыздардың болуына байланысты. Мембрананың сыртқы бетінде жеке органоидтер мен ұлпаларды белгілеу қызметін атқаратын әр түрлі нәруыздар мен көмірсулар орналасады. Биомембрананың арқасында жасушаның беткі жағы аса төзімді және серпімділік қасиетке ие болып, жеңіл жарақаттан оңай жазылып, тез қалпына келеді.

Сыртқы жасушалық биомембрана  жасушаның жылжымалы бетін құрайды. Оның өсінділері мен ойыстары болады. Жасушаның биомембранасы әр түрлі ерекше нәруыз-қабылдағыштармен қапталған. Олар сигнал тасымалдайтын молекулалармен байланысып, сол сигналдарды жасушаның ішіне тасымалдау қызметін атқарады. Осындай жолмен жасуша сыртқы ортамен байланысты жүзеге асырып және түскен сигналдың түріне қарай жасушаішілік процестерді реттеп отырады.

Заттардың белсенді тасымалдануы, иондар мен молекулалардың жасушаға биомембрана арқылы өтуі энергияның жұмсалуы арқылы жүреді. Оны арнайы тасымалдаушы нәруыздар жүзеге асырады. Сыртқы ортамен салыстырғанда, жасушадағы калий иондарының концентрациясы әрдайым жоғары болады. Ал натрийдіңмөлшері жасушадағыға қарағанда жасушааралық сұйықтыкта әр уақытта жоғары болады. Жасуша мембранасының осындай таңдамалы өткізгіштігі жартылай өткізгіштік деп аталады.

 

 

Беттік  кешен. Беттік кешен жасушаның сыртқы ортамен қарым-қатынасын қамтамасыз етеді. Ол барьерлік, тасымалдау, рецепторлық, сондай-ақ рецепторлардың қабылдаған ақпараттарды цитоплазманың терең қабаттарына тасымалдаушы қызметтерін атқарады. Беттік кешеннің негізі жасушаның сыртқы мембранасы немесе плазмалемма деп аталатын биологиялық мембрана болып табылады.

Плазмалемма.Плазмалемма қалыңдығы шамамен 7-10 нм, тығыз орналасқан ақуыз бен липидтер молекулаларынан түзілген үлбіршек, жарық микроскобынан көрінбейді. Ол – цитоплазманың сыртқы мембранасы.

Плазмалемманың негізгі  атқаратын қызметі – жасушаны сыртқы ортадан шектеу, сондай-ақ тасымалдау, рецепторлық қызметтерді де атқарады. Ол жасушаның беттік қасиеттеріне жауап  береді, сыртқы ортамен зат алмасу үрдісін реттейтіндіктен, ол суда еріген әр түрлі заттарды жартылай өткізеді.

Плазмалемманың қатпарлары әсіресе заттарды қарқынды тасымалдауды іске асыратын жасушаларда жақсы  жетілген. Заттардың жасушаға өтуін  және одан бөлінуін реттеумен қатар, плазмалемма өсімдіктердегі синтездеу  қызметін де атқарады. Плазмалеммада  орналасқан ферменттердің қатысуымен жасуша қабықшасында целлюлозалы микрофибрилдерінің түзілуі жүріп жатады. Сол сияқты ол тітіркену және гормондық стимулдарды  қабылдайды.

Жасушаның ішкі мембраналарына қарағанда плазмалемма холестеридке бай. Плазмалемманың бір ерекшелігі оның сыртында көмірсулардан тұратын  гликокаликс қабаты орналасады. Бұл  қабаттың қалындығы 3—4 нм-дей болады. Плазмалемма негізгі атқаратын  қызметі: қорғаныштық, өткізгіштік  және тасымалдаушы. Тасымалдаушы плазмалемма  сулардың, иондардың және молекулалардың сыртқы ортадан жасушаға өтуін және кері өтуін реттеп отырады. Зат алмасу процесінде жасушада пайда болған қорытылған заттар да осы плазмалемма арқылы сыртқа шығарылып отырады. Плазмалемманың сыртқы бетіне рецепторлық ферменттер орналасады, олар жасушаның күйін  басқа көрші жасушаларға жеткізіп тұрады. Плазмалемма жасушаның бөліну процесінде маңызды рөл атқарады. Оның сыртында микротүтікшелер, талшықтар  сияқты әр түрлі өсінділер болады.

Гликокаликс. Плазмалемманың сыртқы бетін гликокаликс қаптайды. Гликокаликстің қалыңдығы жасушаның әр бетінде 7,5-тен 200 нм аралығында ауытқиды. Гликокаликс – мембрана ақуыздарымен байланысқан молекулалар жиынтығы. Бұл молекулалар құрамы жағынан полисахаридтер, гликолипидтер және гликопротеиндер тізбектері болып келеді.

Гликокаликсте арнайы рецепторлар  неғұрлым көп болса, жасуша арнайы сигналды заттарға соғұрлым белсенді жауап қайтарады. Егер гликокаликсте сыртқы заттармен  байланыстыратын арнайы молекулалар  болмаса, жасуша ешқандай реакция бермейді. Сонымен, гликокаликс плазмалеммамен қатар, беттік кешеннің барьер қызметін де атқарады.

. Заттардың тасымалдануы. Жасушаның құрамындағы заттар  сыртқы ортадан биомембрана арқылы  бөлінеді. Жасушаның барлық ірі  органоидтері де биомембраналары  арқылы цитоплазмадан бөлініп  тұрады. Биомембрана жасуша және  органоидтардың ішіне және сыртқа  қарай заттардың өтуін реттеп  отырады. Кейбір заттар биомембраналардан  өте алмайды. Мұндай заттардың  биомембраналардан өтуін ерекше  түтіктер жүзеге асырады, олар  заттарды қатаң бір бағытта  тасымалдайды. Кей заттар биомембранадан  оңай өтеді. Биомембрана жасушаның  ерекше іргетасы болып есептеледі. Онда белгілі бір реттілікпен  ақуыздар орналасқан. Соның арқасында  бір-бірімен тығыз байланысқан  күрделі биохимиялық процестер  — тынысалу және фотосинтез  жүзеге асады. Мембраналар сигналдарды  өткізуде үлкен рөл атқарады. Мысалы, жүйке тітіркеністерін және  әр түрлі химиялық сигналдарды  өткізуде.

Сыртқы жасушалық биомембрана  жасушаның жылжымалы бетін құрайды. Оның өсінділері мен ойыстары болады. Жасушаның биомембранасы әр түрлі  ерекше ақуыз-қабылдағыштармен қапталған. Олар сигнал тасымалдайтын молекулалармен байланысып, сол сигналдарды жасушаның  ішіне тасымалдау қызметін атқарады. Осындай жолмен жасуша сыртқы ортамен  байланысты жүзеге асырып және түскен сигналдың түріне қарай жасушаішілік процестерді реттеп отырады.

Заттардың белсенді тасымалдануы, иондар мен молекулалардың жасушаға биомембрана арқылы өтуі энергияның жұмсалуы арқылы жүреді. Оны арнайы тасымалдаушы ақуыздар жүзеге асырады. Сыртқы ортамен салыстырғанда, жасушадағы калий иондарының концентрациясы әрдайым  жоғары болады. Ал натрийдің мөлшері  жасушадағыға қарағанда жасушааралық сұйықтыкта әр уақытта жоғары болады. Жасуша мембранасының осындай таңдамалы  өткізгіштігі жартылай өткізгіштік  деп аталады.

Кейбір жағдайларда макромолекулалар немесе ірі түйіршіктер жасушаға эндоцитоз процесі арқылы өтуі мүмкін. Эндоцитозды фагоцитоз жәме пиноцитоз  деп екі түрге бөлуге болады: фагоцитоз  процесі дегеніміз жасушалардың ірі түйіршіктерді қабылдап цитоплазмасына өткізуі. Бұл процесті бірінші рет  зерттеген орыс ғалымы — И. И. Мечников. Пиноцитоз процесінде жасуша цитоплазмасына ерітінділерді қабылдайды.

Плазмалемма арқылы ішінде сұйық заттары  бар көпіршіктердің жасушаға өтуі пиноцинтоз деп аталады. Жасушаға түскен түйіршікті заттар лизосомадағы гидролаза ферменттер арқылы қорытылады. Пиноцитоз процесін көптеген жасушалардан, яғни өзіне қоректік заттарды сіңіретін, мысалы ішек жасушаларынан (энтероциттер) байқауға болады. Энтороциттердің жоғарғы (апикальді) бөлімінде пиноцитоз  көпіршіктері орналасады, олар жасушаға ыдырап майларды, көмірсуларды т. б. өткізіп  отырады.

Цитоплазмалық мембрананың  тағы бір атқаратын қызметі: ол жасушалы организмдер ұлпаларындағы жасушааралық байланыстарды қамтамасыз етеді. Ал ол көптеген қатпарлар мен өсінділер  түзу жолымен және жасушааралық кеңістікті толтырып тұратын тығыз цементтеуші  заттардың белінуімен жүзеге асады.

Бұл ақуыздар унипорт (бір  заттың мембрана арқылы тасымалы) немесе котранспорт (екі заттың тасымалы) принципі арқылы қызмет ете алады. Котранспорт (екі затты тасымалдау) симпорт (екі  затты бір бағытта тасымалдау) және антипорт (екі затты қарама-қарсы  екі жаққа тасымалдау) түрінде  болады.

 

                            Иондық каналдар

Саңылаулар мен каналдар мембрана арқылы өтетін туннельдер түрінде  бейнеленеді. Тасымалданатын заттарды байлайтын учаскелер мембрананың  екі жаҒынан да болады. Каналдық ақуыздар тасымалдау барысында ешқандай конформациялық өзгерістерге ұшырамайды. Каналдар мен саңылаулар конформациялық өзгерістерге ұшырайды, біраұ та олар тек қана каналдың ашылуы мен жабылуын реттейді.

 Каналдар потенциалдан  тәуелді болады. Олардың жұмысы  потенциалдың өзгеруімен не химиялық  жолы арқылы реттеле алады.  Бірінші типті каналдар трансмембраналық  потенциалы өзгергенде ашылады  не жабылады (электроқозатын клеткалар). Екінші типті каналдар спецификалық  химиялық агенттерге жауап береді (ацетилхолиндік никотиндік рецептор  нейромедиатормен байланған кезде  ашылады да бірвалентті катиондарды  жібереді).

 Тар каналдарда (наирийлік-0,13нм, калийлік-  нм) тәуелсіз диффузия  бола алмайды, тек қана иондар  бір қатармен өте алады. Канал  тар болғандықтан каналда күшті  ион-иондық әрекеттесулер пайда  болады.

 Саңылаудың түрлі жақтарындағы  потенциалдардың айырмашылығы үлестірім  коэффициенттерінің мәндерінің  түрлі болуына әкеледі. Электр  өрістің локалды біртексіздіктер  болуы да мүмкін (каналды құрайтын  ақуыздық молекуланың зарядтарымен  байланысты).

 Қарапайым жағдайда (натрий  иондары үшін натрийлік каналдар) кіретін және шығатын ағындар  тәуелсіздік принцибіне бағынатыны  тәжірибе арқылы дәлелденген.

 Бұл жағдайда натрий  иондарының тасымалдауы электродиффузиялық  теңдеуімен сипатталады. Өткірлік  мембрананың ауданының бірлігіне  келетін каналдардың санынан,  каналдың радиусынан және заттың  судағы диффузияның коэффициентінен  тәуелді болады:

h - каналдың ұзындығы (мембрананың  қалындығына тең).

Каналдардың және тасымалдаушылардың негізгі функциялары