Мембрананың қызметі

  Барлық  тірі  ағзалар  клеткалардан  тұрады.  Әрбір  клетка  тірі  жүйеге  тән  барлық  қызметті  атқара  алады:  І)  зат  пен  энергия  алмасуы  жүреді;  ІІ)  өседі,  көбейеді  және  өзінің  қасиеттерін  басқа  жаңа  клеткаларға  жеткізе  алады.

  Прокариоттарда  жалғыз  клеткасының  цитоплазмалық  мембранасы  болса,  эукариот  клеткаларда  цитоплазмалық  мембраналардан  басқа  әртүрлі  органеллалар:  митохондрийде  сыртқы  және  ішкі  мембрана ,  лизасомада,  рибосомда  т.б  өзінің  мембранасы  болады, яғни  клеткада  әртүрлі мембраналар кездеседі.  Мембраналар бірін-бірі  қызметімен  ғана  емес,  құрылысымен  де  ерекшеленеді.  Дегенмен  барлық  мембраналарға  ортақ  қасиет:  олардың  бірнеше  молекула  қабатынан  тұрып,  клетка  ішілік  құрылымдары  компартменттерді  бірімен  бірін  бөліп  тұратындығы.  Мембраналардың  қалыңдығы  60-100А.

  Мембрана  (лат.membrana-жарғақ,  үлпек)  қалыңдығы 6-11 нм  жасушаны  ішкі  ортадан бөліп тұратын майысқақ  құрылым.  Бұл туралы  алғашқы болжамды  Дж. Даниели  мен  Х.  Давсон  жасады.  Ол  болжам  бойынша,  мембрана  екі  жағынан  белокпен  қапталған  қосқабат  липидтен  тұрады.  Кейін  Дж.  Робертсон  ішкі  және  сыртқы  мембраналардың  құрылысы  бірдей  екендігін  көрсетті.  Қазіргі  кезде  биологиялық  мембрананың  С. Дж.  Сингер  және  Г.  Л.  Никелсон  ұсынған  сұйықтау  өрнекті  сүбілісі  кеңінен  тараған.  Бұл  модел  бойынша мембрананың негізін екі қабат фосфолипидтер  құрады,   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.  Олардың  судан  сескенетін  бастары  липид  құрамындағы  көмірсулар  тізбектерін  қабаттастырып  және  ретке  келтіріп  қатарластырып  тұрады. Бұлар сұйық күйде  болғандықтан  кейбір  белоктар  қалқып,  немесе  малынып,  мембрананың  екі  бетіне  ұштары  шығып  тұрады.   Шеткейлік  белоктардың  бәрі  түгелдей  ферменттік  қызмет  атқарады.  Мембрананың  қабылдағыштары  мен  антитектері  бірлестіруші  және  шеткейлік  белоктардан  құралған.   

  Мембрананың  қасиеттері:

1) Мембрана  амфифилді.  Оның  құрамына  кіретін   липидтер  гидрофобтық  және  гидрофилдік  бөлімнен  тұратын  болғандықтан,  олар  мембранаға  амфифилдік  қасиет  береді.  Сондықтан  да,  мембрана  арқылы  көптеген  заттар  өте  алмайды.  Мысалы,  суда  ерігіш  заттар  мембрананың  майлы  қабатынын  өте  алмайды.

2) Мембрана  ассиметриялы.  Оның  сыртқы  және  ішкі  қабаттарының  құрамы  жағынан  және  ферменттік  белсенділігі  жағынан  бірінен  бірінің  айырмашылығы  болады.  Мысалы,  адам  қанындағы  эритроциттер  мембранасының  ішкі  қабатында  фосфатидилхолин  және  сфингомиелин  болады.  Мембранадағы  тасымалдаушы  жүйелерде  тек  бір  бағытта  ғана  жұмыс  істейді.  Мысалы,  эритроцит  мембранасындағы  Na/K-  АТФ-аза  насосының  жұмысын  алсақ:  бұл  насос Na-  иондарын  клеткадан сыртқа  шығарып отырса, K- сыртқы  ортадан ішке  кіргізіп  отырады,  ал  керісінше бағытта ешқашан жұмыс  істей  алмайды.  Сонымен  қатар,  мембрананың  сыртқы  қабаттарында  гликопротеидтердің  құрамына  кіретін  олигосахаридтер  тобы  болса,  ішкі  қабатта  олар  кездеспейді.

3) Мембрананың  аққыштығы.  Оның  құрамына  кіретін  май  қышқылдары  мен  холестеролға  байланысты.  Мембранадағы  май  қышқылдары  белгілі  бір  тәртіппен  немесе  қалай  болса  солай  орналасуы  мүмкін.  Ол  мембрананың  құрамына  кіретін май  қышқылдарына  тәуелді.  Егер  де  май  қышқылдары  қаныққан  болса, онда  липидтік  қосқабаттың  аққыштығы  нашар,  қанықпаған  май  қышқылдары  көп  болса,  сұйық  болады.  Холестерол  биологиялық  мембрананың  кристалдануынан  сақтайды.

4) Мембрананың  өздігінен  жиналуы  олигомерлік  ақуыздар  немесе  рибосома  сияқты  жүреді.  Мембрананы  күшті детергенттермен әсер  етіп  жеке  жеке  ақуыздық  және  липидтік  молекулаларға бөлуге  болады.  Липидтік  молекулалар қосқабат  құрай алмайды,  тек мицеллалар  құрайды.  Ал  енді  осы детергентті реакциялық  ортадан алып  тастасақ,  бірімен  бірі  қосылып  мембрана  қалпына  келеді.  Бірақ  осылай  қайта  құрылған  мембрананың  бір  ғана  кемістігі  бір,  ол  өзінің  ассиметриялылығын  жояды.

Мембрананың  қызметі:

1) Клетка   ішін  бөлімдерге  компартменттерге  бөлу.

2) Заттардың  талғамды  өткізгіштігін  қамтамасыз  ету.  Клетка  ішіндегі  оттегі, көмірқышқыл  газы,  су  оңай  өтеді  де,  басқа  заттардың  өтуі  қиындай  түседі  және  бұл  өткізгіштік  олардың  майларда  және  суда  ерігіштігіне  тәуелді.

Мембрана  арқылы  тасымал.  Жасушаның бүкіл тіршілік  әрекеті мембрананың өткіздігіштігіне  байланысты  болады.  Өткізгіштік жасушаның әртүрлі заттарды  өз  қабықшасы арқылы  екі  жағынан  бірдей  өткізу  қабілеті. Жасушаның өткізгіштігі  заттарды  іші мен сыртына қарай тасымалдау  және  қалыпты  жағдайда,  оларды  мембрана  бетінде  немесе  астарында  таратып  бөлу  тетіктерінен  құралады.  Сөйтіп,  зат  алмасу,  биопотенциалдар  өндіру  үрдістерін  қамтамасыз  етеді.

  Тасымал  қоректік  және  қуаттық  заттардың  жасушаға  келуін,  қалдық  өнімдер  мен  биологиялық  дәртті  нәрселердің  одан  шығарылуын,  иондардың  алмасуын  қамтамасыз  етеді.  Тасымалдың  бірнеше  түрі  бар: диффузия,   белсенді  тасымал, экзо-  және  эндоцитоз.

  Диффузия  –бұл  заттардың  мөлшері  көп  жағынан  аз  жағына  қарай,  яғни  мөлшерлік  айырмашылығына  сәйкес  өтуі.  Мембрана  арқылы  оттек  және  көмірқышқыл  газы  осы  тәсілмен  өтеді.  Иондар,  глюкоза  мен  амин  қышқылдары,  майлар  баяу  өтеді. 

  Диффузия  ағынының  бағыты  иондардың  мөлшеріне  және  электрохимиялық  зарядына  байланысты  болады.  Олардың  таралысы  қарама  қарсы  зарядқа  және  аз  мөлшерлік  бағытта  жүреді.  Диффузия  селсоқ,  жеңілдетілген  тәсілдер  мен  осмос  және  сүзіліс  түрінде  болады.

  Селсоқ  тасымал  заттарды  өткізу  кезінде  зат  алмасу  энергиясын  жұмсамайды.  Бұл  мембрананың  екі  жағында  заттардың  мөлшері  бірдей  болып  теңескенге  дейін  жүреді.

  Судан  сескенетін  заттар  липид  қабатында  еріп  барып  өтеді.  Су  және  онда  жақсы  еритін  заттар  мембрана  саңылауы  немесе уақытша болатын ақуыздар  арқылы  кіреді.  Еріген  заттар  мембранадан  өте  алмаған  жағдайда,  су  олардың  көп  жағына  қарай  итерме  күшке  сәйкес  жайылады.

  Осмос.  Мембрананың жартылай  өткізгіштік қабілеті  болады.  Өйткені  ол  өзі арқылы  суды  оңай,  ал  басқа  заттарды  баяу  өткізеді.

   Осмос  мембрана  арқалы  су  молекуласы  заттардың   аз  мөлшерлі  жағынан  көп   шоғырланысуы  жағына  қарай   ығысуы.  Еріткіштің  мұндай  қозғалысын  жасайтын  күш  осмостық  итерме  қысым  деп  аталады. Бұл қысым еріген  заттардың мөлшеріне,  қасиеттеріне  және  температураға байланысты  болады.  Организмде  тіндер  мен қан жүйесі  арасында  жалпы осмостық  қысымға қатысты жоғары  молекулалардың  белоктардың жасайтын  бөлігі  маңызды  орын  алады.  Мұны  онкостық  қысым  дейді.  Қанның  осмостық  қысымы  ісінді  қысымынан  екі  жүз  есе жоғары  болады.  Алайда  ол,  төмен  болғанымен,  судың  тіндерден  қантамырлары  кенересіне  қайтып  оралуын  қамтамасыз  етеді.

  Осмоспен  қатар   судың  сүзіліп  өтуі,  көбінесе  тіндердегі  гидростатикалық   қысымға  байланысты  болады.  Сүзіліс  фильтрация,  сұйықтың  гидростатикалық қысымға сәйкес  жарғақ  қалқалардың саңылауынан өтуі.  Осы екі құбылыс арқылы  көптеген тірліктік    және  дерттік әсерленістер  атқарылады. 

  Иондар  тасымалы. Иондарды  тасу  арнайы  маманданған  белок  құрылымдары  жасайтын  ашық  арналар  арқылы  жүзеге  асады.  Ондай  арналардың  натрий,  кальций,  натрий  кальций  және  хлор  иондарын  тасымалдау  үшін  жасалатын  түрлері  болады.  Иондық  арналардың  қақпақтарын  ашық,  жабық  немесе  дәртсіз  күйде  ұстайтын  тетіктері  бар.  Мұны  мембрананың  екі  жағындағы  э лектр  дүркіні  айырмасының  өзгерістері  немесе  физиологиялық  белсенді  заттардың  қабылдағыштармен  әрекеттесуі  реттейді.  Сондықтан  оларды  потенциал  тәуелді  және  рецептор  тәуелді  деп  бөледі.

   Ион   арналарының  таңдамалы  өткізгізтігі,  олардың  сағасында  орналасқан,  әрбір  ионның  түрін  арнайы  іріктейтін  сүзгіштер  болуына  байланысты.  Иондардың  мембрана  арқылы  өтуі  электрлік  өзара  әрекеттестіктен  де  тәуелді  келеді.  Ол  иондар  мен  арналар  сағасында  топтасқан  зат   бөлшектерінің  зарядына  байланысты.  Егер  арна  саңылауындағы  зарядталған  топтарға  аттас  иондар  жақындаса,  олар  кейін  тебіледі.  Бұлар  мембрана  арқылы  тек  қозғалыс  қуаты  жоғары  болса  ғана  өтеді.  Ал  зарядтары  қарсылас  заттардың  өтуі  жеңілдеуі  мүмкін.  Алайда,  мұндай  ион мембранадағы  тесіктің  электрлік ортасына  тартылып,  пәрмендік шұңқырына түсіп кетіп,  бекітілуі салдарынан  басқа иондарға  кедергі жасайды.

  Мембрананың   аниондар  мен  катиондарды  өткізгіштігі  әртүрлі  болады,  әдетте,  жасуша  катиондарды өткізгіш  келеді. Тек эритроциттердің қабықшасы арқылы,  керісінше аниондар  өте жылдам  өтеді.  Сонымен заттардың бір бағытта өтуіне  орта  мен жасушаның физикалық химиялық  көрсеткіштері әсерін  тигізеді.  Иондардың селсоқ  тасымалы  әр  уақытта  электрохимиялық  айырмашылық  арқылы  атқарылады.

  Жеңілдетілген  диффузия. Қарапайым  диффузия  тәсілі  арқылы  мембранадан  судан  басқа  көптеген  заттар  өте  алады.  Алайда,  шағын  үйекті  молекулалар  тек  жеңілдетілген  диффузия  арқылы  өтеді.

    Жеңілдетілген  диффузия  деп  заттардың мөлшерлік айырмашылығына  сәйкес,  арнайы  тасушы  белоктың  көмегімен өтуін айтады.  Мұндай  тасушылар ионофор деп аталады. 

  Тасушылар   жылжымалы  және  бекітілген  түрде  болады.  Біріншісі  қайық  тәрізді  мембрана  арқылы  өтіп  қозғалады,  ал  екіншісі  оның  ішіне  қыстырылып  арналар  құрады. Бұлардың  қызметін  антибиотик- ионофорлардан байқауға  болады. 

   Жеңілдеген  тасымалдың  бірнеше  түрін   жіктеуге  болады:  унипорт- жеке  тасу,  молекула  немесе  иондар  басқа заттармен байланыспай,  тәуелсіз  жалғыз  өтеді.  Осы тәсілмен  глюкоза,  аминқышқылы беткейлік жасушалардың  негізгі мембранасы  арқылы  өте алады;  симпорт - қоса  тасу,  басқа  заттармен  бірге  бір  бағытта  өту;  антипорт - қарсы тасу,  заттардың немесе  иондардың бір мезгілде  қарсы бағытта өтуі.  Жеңілдетілген диффузияның бір түрі  айырбас  тасымал деп аталады.  Мұндай  тасымал кезінде қосымша заттар  өткізілетін заттармен қосылып, мембрананың екінші  жағына  қосақтасып  өтіп,  ол  жерде  сол  заттың  басқа  молекуласына  айырбастап,  кері  алып  қайтады.  Алайда,  ол  өзге  зат  болуы  да  мүмкін.  Мәселен,  эритоцит  пен  плазма  арасындағы  натрий  айырбас  диффузиясы. 

   Белсенді  тасымал  - заттар  мен  иондардың  арнайы  қуат  пайдаланып электрохимиялық  градиентке  қарсы  ауысуы.  Мұндай  градиентке  қарсы  тасымал  кезінде  мөлшерлік  немесе  осмостық  жұмыс  атқарылады.  Соның  нәтижесінде  заттар  аз  жаңынан  көп  жиналған  ортасына  қарай  ығыстырылады. 

   Белсенді  тасымал  екі  түрге  бөлінеді:  иондарды  және  органикалық   заттарды  дәртті,  яғни  күш   қуат  жұмсап  тасу.  Мұндай  тасымал  қатарларына  пиноцитоз   жасушаның  зат  еріген  сұйықты   ішу  құбылысын  да  жатқызады. 

    Белсенді  тасымал  АҮФ  қышқылы   ыдырауынан  бөлінген  энергиямен  қамтамасыз  етіледі.  Тасымалдау  кезінде АҮФ  ыдырау  қуаты   пайдаланылса, оны  біріншілей  белсенді  тасымал  дейді.  Мұны  арнайы  тасушы  белоктар  натрий,  калий,  АҮФаза  және  кальций  АҮФаза  қамтамасыз  етеді.  Ферменттердің  пішінделісі  тасымалданатын  иондарға  ұқсастығына,  яғни  әртүрлі  байланыстыру  қабілетіне  тәуелді  келеді. 

   Бұған   мысал  ретінде,  натрий  калий   насосы  деп  аталатын  құбылысты   көрсетуге  болады.  Мембранаға  ішкі  жағынан  екі  калий  иондарына  үш  натрий  иондарына  шығарылады.  Сөйтіп,  жасушаның  іші  теріс,  ал  сырты  оң  заряд  болып,  мембрананың  екі  жағында  потенциал  айырмашылығы  туады.  Натрий  ионы  сыртқа  көп  ауысқандықтан  шығатын  электрлік  ағын  пайда   болады. 

  Калций  АҮФаза  бұлшықеттердің  жұмысын   жүзеге  асырады.  Ол  толық   атқарылуы  үшін  еттің  саркоплазмалық  торында  магний  иондары   қатысуы  керек.

   Бұлармен  қатар  мембранада  екіншілей   белсенді  тасымал  кездеседі.  Ол  молекула  мен  иондарды  мөлшерлік  градиентке  қарсы  басқа  өтіп  жатқан  заттардығң  қуатын  пайдаланып  тасиды.  Мәселен,  глюкоза,  аминқышқылдары  аш  ішектің  кілегейлі  қабатынан  оның  жасушасына  натрий  қатысуымен  сіңеді.  Бұл электрохимиялық айырмашылыққа байланысты  болады.  Оны жасушадан шығатын осы катиондардың  белсенді  тасымалы  жасайды. 

   Мида  натрий  насос  жұмысы  медиаторлардың  кері  сіңуіне  байланысты  болады.  Кальций  иондары мембрана  арқылы  натрий  иондарына  айырбасталады,  ол  натрийдің  мөлшерлік  градиентінің  қуатын  пайдаланады.

   Сонымен   қатар  жасушаларда  сыртқы  натрий  иондарын  оның  ішіндегі  протондарға  алмастыратын  белок   болады,  натрий  сутегі  алмастырғыш.  Ол  жасуша  ішіндегі  рН  тұрақтылығын  сақтайды.

   Иондардың   жасуша  мембранасының  екі   жағында  әртүрлі  таралып   бөлінуі  және  тітіркеністен   қозуы  кезінде  қозғалыстары  тіндердің  электрлік  пәрменін  жасайды. 

  Мембрана  арқылы  нуклеоатиттер  аминқышқылдары  т.б.өтуі  тасымалдаушы  белоктардың  көмегімен  атқарылады.  Бұлар  тасымалдаушы  және  иондар  арналарының  қабырғасын  құрайтын  бірлестіруші  белоктар.  Арналардың  қақпалары  арнамалы  үрдістердің  араласуымен  ашылып  жабылып  тұрады. 

  Ірі  молекулаларды   сіңіру  және  шығару  үрдістеріне  эндоцитоз  және  экзоцитоз  қатысады.  Эндоцитоз  кезінде  мембрана  бүршіктеніп  заттарды  орап  алады  да,  оларды  түйіршік  немесе  еріген  күйінде  жұтады.  Олар  фагоцитоз  және  пиноцитоз  болып  екіге  бөлінеді.

   Фагоцитоз  бұл  обырпаздық,  жасушаға  ірі  бөлшектерді  сіңіру  және  тасымалдау.

   Пиноцитоз   сусампаздық,  сұйық,  еріген  ірі   заттарды  сіңіру.  Сіңірілген  заттардың  көбісі  лизосома  ферменттері  арқылы  қорытылады.

  Экзоцитоз  сырты сөлініс ішке  сіңіруге  қарама  қарсы құбылыс.  Ішкі  сөлініс бездерінің,  ағзалардың  жасушаларда,  синапстарда гормондар,  медиаторлар,  дәртті  пептидтер бөлу  осы арқылы  жүзеге  асады.