Hücre zarı - aynı zamanda plazma zarı veya sitoplazmik zar olarak da adlandırılır - biyoloji dünyasındaki en büyüleyici ve zarif yapılar arasındadır. Hücre, dünyadaki tüm canlıların temel birimi veya "yapı taşı" olarak kabul edilir; kendi vücudunuzda trilyonlarca vardır ve farklı organ ve dokulardaki farklı hücrelerde bunlardan oluşan dokuların işlevleriyle mükemmel bir ilişki içinde olan farklı yapılar hücreler.
Hücrelerin çekirdekleri, geçiş için gerekli olan genetik materyali içerdikleri için çoğu zaman en çok dikkati çekerler. organizmanın sonraki nesillerine bilgi sağlayan hücre zarı, hücrenin gerçek anlamda bekçisi ve koruyucusudur. içindekiler. Bununla birlikte, yalnızca bir kap veya bariyer olmaktan çok, zar, verimli ve yorulmadan taşıma yoluyla hücresel dengeyi veya iç dengeyi korumak için gelişti. zarı bir tür mikroskobik gümrük memuru yapan, hücrenin gerçek zamanına göre iyonların ve moleküllerin giriş çıkışını sağlayan ve engelleyen mekanizmalar. ihtiyaçlar.
Yaşam Spektrumu Boyunca Hücre Zarları
Tüm organizmaların bir çeşit hücre zarları vardır. Bu, çoğunlukla bakteri olan ve dünyadaki en eski canlı türlerinden bazılarını temsil ettiğine inanılan prokaryotların yanı sıra hayvanları ve bitkileri içeren ökaryotları içerir. Hem prokaryotik bakteriler hem de ökaryotik bitkiler, ek koruma için hücre zarının dışında bir hücre duvarına sahiptir; bitkilerde bu duvarın gözenekleri vardır ve nelerin geçebileceği ve nelerin geçemeyeceği konusunda özellikle seçici değildirler. Ayrıca ökaryotlar, hücreyi bir bütün olarak çevreleyen gibi zarlarla çevrili çekirdek ve mitokondri gibi organellere sahiptir. Prokaryotların çekirdeği bile yoktur; genetik materyalleri, sitoplazma boyunca biraz sıkı da olsa dağılır.
Önemli moleküler kanıtlar, ökaryotik hücrelerin prokaryotik hücrelerden türediğini ve evrimlerinin bir noktasında hücre duvarını kaybettiğini göstermektedir. Bu, tek tek hücreleri saldırılara karşı daha savunmasız hale getirse de, süreç içinde daha karmaşık hale gelmelerine ve geometrik olarak genişlemelerine de izin verdi. Aslında ökaryotik hücreler, prokaryotik hücrelerden on kat daha büyük olabilir; bu bulgu, tek bir hücrenin tanım gereği prokaryotik bir organizmanın tamamı olduğu gerçeğiyle daha da çarpıcı hale gelir. (Bazı ökaryotlar da tek hücrelidir.)
Hücre Zarı Yapısı
Hücre zarı, esas olarak fosfolipitlerden oluşan çift katmanlı bir yapıdan (bazen "akışkan mozaik modeli" olarak adlandırılır) oluşur. Bu katmanlardan biri hücrenin iç kısmına yani sitoplazmaya, diğeri ise dış ortama bakar. Dışa ve içe bakan taraflar "hidrofilik" olarak kabul edilir veya sulu ortamlara çekilir; iç kısım "hidrofobik"tir veya sulu ortamlardan etkilenmez. İzolasyonda hücre zarları vücut sıcaklıklarında akışkandır, ancak daha düşük sıcaklıklarda jel benzeri bir kıvam alırlar.
İki tabakadaki lipidler, hücre zarının toplam kütlesinin yaklaşık yarısını oluşturur. Kolesterol, hayvan hücrelerindeki lipidlerin yaklaşık beşte birini oluşturur, ancak bitki hücrelerinde bulunmaz, çünkü kolesterol bitkilerde hiçbir yerde bulunmaz. Membranın geri kalanının çoğu, çeşitli işlevlere sahip proteinlerden sorumludur. Çoğu protein, zarın kendisi gibi polar moleküller olduğu için, hidrofilik uçları hücrenin dışına doğru uzanır ve hidrofobik uçları çift tabakanın içini gösterir.
Bu proteinlerin bazılarının kendilerine bağlı karbonhidrat zincirleri vardır ve bu da onları glikoproteinler yapar. Membran proteinlerinin çoğu, maddelerin çift tabaka boyunca seçici olarak taşınmasında rol oynarlar. ya zar boyunca protein kanalları oluşturarak ya da bunları zar boyunca fiziksel olarak mekikleyerek yapabilir. Diğer proteinler, hücre yüzeylerinde reseptörler olarak işlev görür ve kimyasal sinyaller taşıyan moleküller için bağlanma yerleri sağlar; bu proteinler daha sonra bu bilgiyi hücrenin iç kısmına iletir. Yine başka zar proteinleri, plazma zarının kendisine özgü reaksiyonları katalize eden enzimler olarak işlev görür.
Hücre Zarı Fonksiyonları
Hücre zarının kritik yönü, "su geçirmez" olması veya genel olarak madde geçirmez olması değildir; eğer öyle olsaydı, hücre ölürdü. Hücre zarının ana işini anlamanın anahtarı, seçici geçirgen. Bir benzetme: Tıpkı dünyadaki çoğu ulusun insanların dünyanın öbür ucuna seyahat etmesini tamamen yasaklamaması gibi. Ulusun uluslararası sınırları, dünyanın dört bir yanındaki ülkeler kimsenin ve herkes girsin Hücre zarları, bu ülkelerin hükümetlerinin yaptıklarını çok daha küçük bir ölçekte yapmaya çalışır: arzu edilen varlıkların hücreye girmesine izin verir. olarak iç veya hücre için toksik veya yıkıcı olması muhtemel varlıklara giriş engellenirken "incelendikten" sonra bütün.
Genel olarak, zar, hücrenin çeşitli kısımlarını aynı şekilde bir arada tutan resmi bir sınır görevi görür. bir çiftliğin etrafındaki bir çit, hayvanların dolaşmasına ve karışmasına izin verirken bile hayvanları bir arada tutar. En kolay girip çıkmasına izin verilen molekül türlerini tahmin etmeniz gerekseydi, şunu söyleyebilirdiniz: "yakıt kaynakları" ve "metabolik atık", esasen vücudun bir bütün olarak ne olduğu göz önüne alındığında yapmak. Ve haklı olurdun. Gaz halindeki oksijen gibi çok küçük moleküller (O2), gaz halindeki karbondioksit (CO2) ve su (H2O), zardan serbestçe geçebilir, ancak amino asitler ve şekerler gibi daha büyük moleküllerin geçişi sıkı bir şekilde kontrol edilir.
Lipid Çift Katmanı
Neredeyse evrensel olarak "fosfolipidler" olarak adlandırılan ve hücre zarının çift tabakasını oluşturan moleküller daha doğru olarak adlandırılır. "gliserofosfolipidler." Bir yanda iki uzun yağ asidine bağlı üç karbonlu bir alkol olan bir gliserol molekülünden ve bir diğer tarafta fosfat grubu. Bu, moleküle, geniş bir tabakanın parçası olma işine çok uygun olan uzun, silindirik bir şekil verir; bu, zar çift tabakasının tek bir tabakasının enine kesitte benzediği şeydir.
Gliserofosfolipidin fosfat kısmı hidrofiliktir. Spesifik fosfat grubu türü molekülden moleküle değişir; örneğin, nitrojen içeren bir bileşen içeren fosfatidilkolin olabilir. Hidrofiliktir, çünkü eşit olmayan bir yük dağılımına sahiptir (yani, polardır), tıpkı su gibi, bu yüzden ikisi yakın mikroskobik alanlarda "anlaşır".
Membranın iç kısmındaki yağ asitleri, yapılarının hiçbir yerinde eşit olmayan bir yük dağılımına sahip değildir, bu nedenle polar değildirler ve dolayısıyla hidrofobiktirler.
Fosfolipidlerin elektrokimyasal özelliklerinden dolayı, fosfolipid çift tabakalı düzenleme oluşturmak veya sürdürmek için herhangi bir enerji girdisi gerektirmez. Aslında, suya yerleştirilen fosfolipidler, sıvıların "kendi seviyelerini aramalarına" çok benzer şekilde, kendiliğinden iki tabakalı konfigürasyonu üstlenme eğilimindedir.
Hücre Zarı Taşınması
Hücre zarı seçici olarak geçirgen olduğundan, bazıları büyük, bazıları küçük çeşitli maddelerin bir taraftan diğerine alınması için bir araç sağlamalıdır. Bir nehri veya bir su kütlesini geçmenin yollarını düşünün. Bir feribota binebilirsin; hafif bir esinti ile sürüklenebilirsin ya da sabit nehir veya okyanus akıntıları tarafından sürüklenebilirsin. Ve ilk etapta kendinizi sadece su kütlesini geçerken bulabilirsiniz çünkü çok yüksek bir sizin tarafınızdaki insan konsantrasyonu ve diğer tarafta çok düşük bir konsantrasyon, hatta şeyler çıktı.
Bu senaryoların her biri, moleküllerin hücre zarından geçme yollarından biriyle bazı ilişkilere sahiptir. Bu yollar şunları içerir:
Basit difüzyon: Bu süreçte, moleküller hücrenin içine veya dışına geçmek için çift zardan basitçe sürüklenir. Buradaki anahtar, çoğu durumda moleküllerin bir konsantrasyon gradyanında aşağı doğru hareket etmesidir, yani doğal olarak daha yüksek konsantrasyon alanlarından daha düşük konsantrasyon alanlarına doğru sürüklenirler. Bir yüzme havuzunun ortasına bir kutu boya dökecek olsaydınız, boya moleküllerinin dışa doğru hareketi basit bir difüzyon biçimini temsil ederdi. Hücre zarlarını bu şekilde geçebilen moleküller, tahmin edebileceğiniz gibi, O gibi küçük moleküllerdir.2 ve CO2.
ozmoz: Osmoz, suda çözünen parçacıkların hareketi imkansız olduğunda suyun hareketine neden olan bir "emme basıncı" olarak tanımlanabilir. Bu, bir zarın suyun içinden geçmesine izin verdiği, ancak söz konusu çözünmüş parçacıkların ("çözünenler") geçmesine izin vermediği zaman meydana gelir. İtici güç yine bir konsantrasyon gradyanıdır, çünkü tüm yerel çevre, birim su başına çözünen miktarının baştan sona aynı olduğu bir denge durumu "aramaktadır". Su geçirgen, çözünen geçirmeyen bir zarın bir tarafında diğerinden daha fazla çözünen parçacık varsa, su daha yüksek çözünen konsantrasyonu olan alana akacaktır. Yani, parçacıklar hareket ederek sudaki konsantrasyonlarını değiştiremezlerse, suyun kendisi aşağı yukarı aynı işi gerçekleştirmek için hareket edecektir.
Kolaylaştırılmış difüzyon: Yine, bu tür membran taşınması, parçacıkların daha yüksek konsantrasyonlu alanlardan daha düşük konsantrasyonlu alanlara hareket ettiğini görür. Basit difüzyondan farklı olarak, moleküller hücre içine veya dışına hareket eder. sadece gliserofosfolipid arasındaki boşluklarda sürüklenmek yerine özel protein kanalları moleküller. Bir nehirde sürüklenen bir şey aniden kendini bir geçitte bulduğunda ne olduğunu izlediyseniz. kayaların arasında, nesnenin (belki de iç borudaki bir arkadaş!) bu sırada önemli ölçüde hızlandığını bilirsiniz. geçit; protein kanallarında da öyle. Bu, polar veya elektrik yüklü moleküllerde en yaygın olanıdır.
Aktif taşımacılık: Daha önce tartışılan membran taşıma türlerinin tümü, bir konsantrasyon gradyanında aşağı doğru hareketi içerir. Ancak bazen, tıpkı teknelerin akıntıya karşı hareket etmesi ve arabaların tepelere tırmanması gerektiği gibi, maddelerin çoğu bir konsantrasyon gradyanına karşı hareket eder - enerji açısından elverişsiz bir durum. Sonuç olarak, prosese bir dış kaynak tarafından güç verilmesi gerekir ve bu durumda bu kaynak, mikroskobik biyolojik işlemler için yaygın olarak kullanılan yakıt olan adenozin trifosfattır (ATP). Bu süreçte, üç fosfat grubundan biri ATP'den ayrılarak adenozin difosfat (ADP) ve bir serbest fosfat oluşturur ve Fosfat-fosfat bağının hidrolizi ile açığa çıkan enerji, molekülleri gradyanın yukarısına ve diğer tarafa "pompalamak" için kullanılır. zar.
Aktif taşıma, dolaylı veya ikincil bir şekilde de gerçekleşebilir. Örneğin, bir zar pompası sodyumu konsantrasyon gradyanı boyunca zarın bir tarafından diğerine, hücrenin dışına doğru hareket ettirebilir. Sodyum iyonu diğer yönde difüze olduğunda, buna karşı bir glikoz molekülü taşıyabilir. molekülün kendi konsantrasyon gradyanı (glikoz konsantrasyonu genellikle hücrelerin iç kısımlarındaki hücrelere göre daha yüksektir). dışarıda). Glikozun hareketi konsantrasyon gradyanına karşı olduğundan, bu aktif taşımadır, ancak doğrudan ATP dahil olmadığı için bu bir örnektir. ikincil aktif taşımacılık.