Биологиялық мембрана анықтамасы. Құрылысы, ерекшеліктері
Латынша “membrana” – жарғақ, үлпек деген сөз. Ол қалындығы 6-11 нм жасушаны ішкі ортадан бөліп тұратын майысқақ құрылым. Мембрана кез келген жасуша құрамын қоршаған ортадан бөліп, оның бүтіндігін және жасуша мен қоршаған орта арасындағы байланысын қамтамасыз етеді. Жасушаішілік мембрана клетканы арнайы тұйықталған бөліктерге – компартмент немесе органеллаларға бөледі.
Осы құрылым туралы алғашқы болжамды Дж.Даниели мен Х.Давсон жасады. Ол болжам бойынша, мембрана екі жағынан белокпен қапталған («сендвич») қосқабат липидтен тұрады.
Кейін 1935 жылы Дж.Робертсон ішкі және сыртқы мембраналардың құрылысы бірдей екендігін көрсетті. Қазіргі кезде биологиялық мембрананың С.Дж.Сингер және Г.Л.Никелсон 1972жылы ұсынған сұйықтау – өрнекті сүлбісі кеңінен тараған.
Бұл модел бойынша мембрананың негізін екі қабат фосфолипидтер құрайды, олардың суды сүйетін бастары сыртқа, ал судан сескенетін құйрықтары ішіне қарай бағытталған.
Мембрананың майлы қабатының 40-90%–ін, глицерин немесе сфингозин туындылары, фосфолипидтер алып жатады.
Мембрана құрылысы
Кішкентай көк және ақ шариктар липидтердің гидрофильді бастарына сай келеді, ал оған қосылған сызықтар — гидрофобты құйрықтары. Суретте қызыл глобула мен сары спираль түрінде интегральді мембрана ақуыздары көрсетілген. Мембрана ішіндегі сары овальді нүктелер — холестерол молекулалары. Мембрана сыртындағы сары-жасыл түсті моншақты тізбек — гликокаликс құрайтын олигосахарид тізбегі.
Шеткейлік ақуыздар сұйық күйде болғандықтан қалғып жүреді. Олар көбіне энзимдік (ферментативтік) қызмет атқарады. Мембрананың қабылдағыштары мен антитектері бірлестіруші және шеткейлік белоктардан тұрады.
Мембрана құрылысы: а — үшөлшемді моделі; б — көлденең кесіндісі; 1 — шеткейлік ақуыздар (А); жартылай интегральді ақуыздар (Б); бірлестіруші не интегральді ақуыздар (В); 2 — липидті қабат; 3 — гликопротеиндер; 4 — гликолипидтер; 5 — гидрофильді канал.
Бірлестіруші ақуыздар малынып, мембрананың екі бетіне ұштары шығып тұрады. Олар ірі молекулалар мен иондарды іріктеп өткізетін арналардың қабырғасын жасайды. Бұларда тасымалды энергиямен қамтамасыз ететін АҮФ-аза ферменті болады.
Биологиялық мембрана қасиеттері
- Ағындылық. Мембрана мызғымас құрылым емес, оның құрамына кіретін белоктар мен липидтердің қөбісі ұзына бойы жазықтықта ағып қозғала алады.
- Бейөлшемдестік. Сыртқы және ішкі қабаттарының құрамы әркелкі келеді.
- Үйектік. Мембрананың сыртқы беті – оң, ішкісі теріс зарядты болады.
- Таңдамалы өткізгіштік. Еріген заттардың белгілі ғана бөлшектерін және иондарды іріктеп өткізеді.
Мембрана қызметі
- Жасушаны қоршаған ортадан және өзара оқшаулайды немесе оны бірнеше бөлікке бөледі;
- Маңызды ферменттері арқылы мембранада өтетін заттардың ағынын қадағалайды;
- Тіршілікке қажетті биохимиялық әсерленістер жылдамдығын және бағытын айқындайды;
- Өткізгіштік және арнамалы тасымал тетіктері арқылы жасуша ішіндегі әсерленгіш жерлерінің қасиеттерін реттейді. Сөйтіп эндоцитоз (ішке бөлу) және экзоцитоз (сыртқа бөлу) үрдістеріне жағдай жасайды;
- Беткейлік орналасқан байланыстырушы жүйелердің көмегімен тіндегі немесе ағзаның құрамындағы жасушалардың іс-әрекетін үйлестіреді;
- Мембрананың кейбір жерлері көршілес жасушаларды танып, олардың жайылуын (пролиферацияны) шектейді.
- Беткейлік орналасқан арнамалы қабылдағыштар арқылы гормондар (қоздырғыштар), медиаторлар (дәнекершілер), басқа биологиялық дәртті заттардың және дәрілердің алмасуын қамтамасыз етеді;
- Мембрана бетінде антигендер мен ұқсас таңбалардан құралған танитын жерлері болады, олар ішкі қадағалаушы жүйелердің таныс жасушаларды бөгде дене ретінде жоюдан қорғайды;
Мембрананың қызметтері бұзылған жағдайда көптеген дерттер пайдаболады. Мұны анықтайтын және емдейтін ғылым саласы мембранология деп аталады.
Биологиялық мембрана арқылы тасымал
Жасушаның бүкіл тіршілік әрекеті мембрана өткізгіштігіне байланысты. 1902 жылы неміс ғалымы Э.Овертон мембрана өткізгіштігін зерттей отыра, мембранаға липидтерде еритін заттар бәрінен де жақсы өтетінін байқаған. Өткізгіштік – жасушаның әртүрлі заттарды өз қабықшасы арқылы екі жағына бірдей өткізу қабілеті. Тасымал – қоректік және қуаттық заттардың жасушаға келуін, қалдық өнімдер мен биологиялық дәртті нәрселердің одан шығарылуын, иондардың алмасуын қамтамасыз етеді.
Жасуша мембранасы таңдамалы өткізгіштік қабілетіне ие. Олар арқылы ақырындап глюкоза, аминоқышқылдар, май қышқылдары, глицерол және иондар өтеді. Негізгі сыртқа тасымалдың 4 түрі бар: диффузия, осмос, белсенді тасымал, экзо- және эндоцитоз. Алғашқы екеуі пассивті характерлі, энергия өажет етпейді; соңғы екеуі – белсенді үрдістер, энергия шығыны болады.
Пассивті транспорт кезінде тасымал арнайы канал – интегральды ақуыздар арқылы жүзеге асады. Олар мембрананы жарып, жол шығарады. K, Na мен Cl элементтері үшін де арнайы канал бар. Градиентке байланысты бұл молекула концентрациялары жасуша ішіне және одан қарай қозғалыс жасайды. Қозған кезде натрий ион каналдары ашылып, ішіне натрий иондары кіреді. Осы жағдайда потенциалдар да ауысады. Біраздан соң мембраналық потенциал қалпына келеді. Ал калиий каналдары ылғи да ашық, оған калиий иондары асықпай түседі.
