Жасушалық биология. Биология, 10 сынып, дидактикалық материал.

Биологиялық мембрана – клетканы қоршаған ортадан бөліп тұрады және клетканың ішкі аймақтарын (бөліктерге) компартменттерге бөледі. Компартменттерде химиялық реакциялар және метаболизм процестері жүреді. Клеткада, кейбір химиялық процестер тек қана мембраналарда жүреді.

Мембрана құрылысының бірнеше модельдері бар. Қазіргі кезде Сингера және Николсонның «сұйық - мозайкалы» моделі қолданылуда. Бұл ғалымдардың айтуынша мембранадағы липид молекуласы биқабат түзеді. Түзілген липидті биқабатта белок молекуласы жүзіп жүреді. Белок молекуласының әр түрлі деңгейде енуі нәтижесінде, ерекще мозайка түзіледі, сондықтан модельдің аталуы осыған байланысты

Биологиялық мембрананың келесі қағидалары белгілі:

Клетка мембранасының қалыңдығы 5 – 10 нм.

2. Мембрана – бұл липопротеинді құрылым, липидтердің және белоктардың сыртқы жағына көмірсу компоненттері бекінеді.

3. Липидтер спонтанды биқабат түзеді және олардың полярлы басы мен полярсыз құйрықтары болады.

4. Мембраналық белоктар әртүрлі қызметтерді атқарады.

5. Көмірсу компоненттері, мембрана үстінде комплекс түзеді, олар гликокаликс деп аталады және сезіну механизміне қатысады

Мембрана липидтері сұйық және борпылдақ жағдайда болады. Сұйық мембрана жағдайы– тасымалдау және байланысуды қамтамасыз етеді. Липидті биқабат өзіндік жиналу, жартылай сіңіру және диэлектронды қасиеттерге жауап береді. Өзіндік жинақталу, зақымдалған клетка мембранасын қалпына келтіреді, ал диэлектронды қасиет зарядтармен қамтамасыз етеді. Сондықтан мембрананың ішкі және сыртқы қабатындағы потенциал әртүрлі болады. Бұл мембрана потенциалы деп аталады.

Биологиялық мембрананың негізгі қызметінің біреуі – бұл тасымалдау болып табылады. Мембрана арқылы тасымалданудың 4 түрі белгілі, олардың екеуі белсенді және екеуі белсенсіз. Белсенді тасымалдану, энергияны қажет етеді, ал белсенсіз тасымалдану, энергияны қажет етпейді. Плазмалық мембрана арқылы тасымалданудың қарапайым түрі: осмос және су диффузиясы. Егер диффузияланатын заттың молекулалары басқа молекулалармен кешен жасамай қозғалса, ондай диффузияны қарапайым диффузия дейді.Одан басқа жеңілденген және алмасу диффузиясы бар. Жеңілденген диффузия тасымалдағыш молекулалардың қатынасуымен болады. Тасымалдағыш заттың Х молекуласы тасымалданатын заттың А молекуласымен қосылып бір кешен АХ құрайды. АХ кешені жасушаға қарай диффузияланады (15 а-сурет). Жасушада А молекулалары босайды, ал Х-қосалқы заттың молекуласы бастапқы орнына қайта оралып,басқа молекуламен қосылады

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 енжар, жеңілдетілген тәсілдер мен осмос және сүзіліс түрінде болады. Енжар 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.

Жеңілденген диффузия – бұл кезде клеткаға мембраналық барьер арқылы заттардың өтуіне, арнайы тасымалдаушы белоктар немесе өткізгіш белоктар көмектеседі. Бұл процесс электрохимиялық градиентпен жүреді. Өткізгіш белок, мембрананың бір жағында заттармен бірігеді де, екінші жағында оны береді. Мысалы: эритроциттерге глюкозаны тасымалдау. Тасымалдаушы белоктардың жұмыс істеу принциптері. Белок молекуласында конформациялық қозғаушыға байланысты канал түзіледі немесе «понг – пинг» механизмі деп аталады. Понг кезінде тасымалдаушы белок қосылатын бөлік сыртқа ашылады, ал ПИНГ кезінде белоктың конформациялық өзгеруіне байланысты бөлік жабылады және клетканың ішіне ашылады.

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.

.ОСМОС. Жасушалық мембрана кейбір заттарды, мысалы суды жақсы өткізсе, кейбір заттарды нашар өткізеді. Осындай мембрананы жартылай өткізетін мембрана дейді. Жартылай өткізетін мембранадан су, негізінен, осмос арқылы өтеді. Осмос деп жартылай өткізетін мембрана арқылы еріген заттың аз орнынан таралымы көп орнына қарай қозғалған су молекулаларын айтады. Осы қозғалысқа келтретін күшті осмостық қысым дейді. Осмостық қысым ертіндісінің және температурасына тәуелді. Оны Вант-Гоффтың теңдеуімен түсіндіруге болады.Мұндағы R-универсал газ тұрақтысы, С-ерітіндінің таралымы, і-изотониялық коэффициент, Т-абсолют температура.Белсенді (активті) тасымалдау деп заттың электрохимиялық потенциалы аз орнынан оның көп орнына қарай тасмалдануын айтады. Мембранада белсенді зат тасмалдау өздігінен жүре алмайды. Ол аденозин- трифосфат (АТФ) қышқылының гидролиздену процесімен қатар жүреді, яғни бұл тасмал АТФ-те жинақталған энергияны шығындау есебінен жүзеге асады Белсенді тасымалдану жүйесінің көмегімен құрылған заттың концентрация градиенті мембранада химиялық және электрохимиялық потенциалдар айырымын түзейді, осының әсерінен олардың концентрация градиентіне қарсы басқа заттардың тасымалдануы жүзеге асырылады. Мұндай транспорт белсенді тасымал деп аталады. Белсенсіз тасымалданудың басқа түрі (енжар) – градиентті концентрациялы диффузия болып саналады, яғни жоғары концентрация аймағынан төменгі концентрация аймағына. Осы тасымалдану түрімен клеткаға кіші молекулалар (салмағы 150 Да дан көп емес) енеді, және де оттегі, көмірқышқыл газ және азот енеді. Бұл заттар туннелді мембраналық белоктар арқылы өтеді. Мұндай молекулаларда арнайы типті заттарды өткізетін канал болады. Белсенсіз диффузия зарядсыз иондар немесе молекулаларға тән қасиет. Белсенсіз диффузияның тағы ьір түрі липидті биқабатта заттардың ыдырауы болып саналады. Клеткаға осылай спирттер глицерол енеді. Жасушаның екі жағындағы зат таралымының өзгерісі (градиенті) диффузия құбылысымен түсіндіріледі. Диффузия деп молекулалардың хаостық жылулық қозғалысының әсерінен заттың таралымы көп орыннан таралымы аз орынына қарай өздігінен өтуін айтады.

Белсенді тасымалдау-концентрация градиентіне қарсы мембрана арқылы иондар мен молекулалардың энергия шығындау арқылы тасымалдануы. Бұл қозғалыс бір бағытта ғана жүреді. Белсенді тасымал үшін энергия көзі тыныс алу кезінде түзілетін АТФ қосылысы болып табылады. Тыныс алу процесі болмаса белсенді тасымалдың жүруі мүмкін емес себебі энергия болмайды. Жасуша ішіндегі және жасуша сыртындағы сұйықтарда Na⁺ К⁺ Cl^- иондары көп кездеседі. Көптеген жасушалардың ішінде К⁺ концтрациясы сыртына қарағанда жоғары болады.

Активті транспорт арнайы тасымалдағыш ақуыздар арқылы жүзеге асады. Бұл ақуыздардың жеңілденген диффузиядағы ақуызздардан айырмашылығы энергиияны көп қажет етеді. Плазмалық мембрананың көп бөлігінде жасуша ішінен натрийді шығаратын натрий Na⁺ насосы орналасады. Жануар жасушасында натрий насосымен қатар К+ ионын сырттан ішке қарай өткізетін калий насосы болады. Бұл екеуі бірігіп калий- натрий насосы деп аталады. Осы насос арқылы жасушаға 2 К⁺ кірсе 3 Na⁺ ионы шығып отырады.Натрий –калий насосы калий және натрий иондарын тасымалдау жағдайында жұмыс жасайды.Егер де сыртқы қабатта калий ионы болмаса, жасушадан натрий иондарының белсенді тасмалдануы болмайды Каналдардың аса маңызды қасиеті - оның селективтілігі - талғап өткізгіштігі. Әр канал негізінен тек бір заттың ғана иондарын өткізеді, мысалы, натрий каналдары тек натрий иондарын, ал калий каналдары тек калий иондарын өткізеді.Канал өткізгіштігінің талғампаздығы тасымалданатын ион радиусымен және ионның химиялық құрылысымен анықталадыНатрий –калий насосының маңызы:Жасушадағы осмостық реттелуді қамтамасыз етеді. Егер жасушаның ішінде натрийдің концентрациясы көбейсе осмостық күштердің әсерінен жасушада көп су жиналып жасуша ісініп жарылып кетуі мүмкін. Мыс: эритоцит жасушалар. Жасуша қабырғалары қатты болып келетін саңырауқұлақ , бактериялар және өсімдіктерде мұндай насос қажет емес. Ал жануарлар жасушасы үшін жүйке және бұлшықет жасушаларында электрлік белсенділікті қамтамасыз етеді. Калийдің концентрациясының жоғары болуы ақуыз синтезі. Гликолиз , фотосинтез т,б маңызды үрдістер үшін өте қажет.Активті транспорт барлық жасушаларда жүреді, кейбіреуінде өте маңызды роль атқарады. Әсіресе ішекті , бүйрек каналдарын астарлайтын эпителийі жасушаларында өте маңызды. Аш ішекте қортылып біткен ас оны астарлап жатқан эпителийі жасушалары арқылы сіңіріліп қан тжасушаларына өтуі керек. Оның қанға өтіп бауырға тасымалдануы диффузия арқылы жүзеге асады бірақ бұл процесс өте баяу өтетеін болғандықтан, белсенді тасымал толықтырады.

Белсенді тасымалдау кезінде АТФ ыдырау қуаты пайдаланылса, оны біріншілей белсенді тасымал дейді. Белсенді тасымалдану жүйесінің көмегімен құрылған заттың концентрация градиенті мембранада химиялық және электрохимиялық потенциалдар айырымын түзейді, осының әсерінен олардың концентрация градиентіне қарсы басқа заттардың тасымалдануы жүзеге асырылады. Мұндай транспорт екіншілей белсенді тасымал деп аталады.

Басқа иондардың концентрация градиенті есебінен жүретін тасымал - екіншілей белсенді тасымал

Плазмалық мембрана арқылы макромолекулалар да тасымалданады. Клетканың үлкен молекуланы қоршап алуы, эндоцитоз, ал осы молекуланы клеткадан шығару экзоцитоз деп аталады. Осы тасымалдау түрлеріне ортақ нәрсе, ол тасымалдайтын заттарын плазмалық мембранамен қоршайды және көпіршік немесе везикула түрде болады. Везикуланың пайда болу механизмі және оның келешектегі тағдыры эндоцитоз типіне байланысты.

Эндоцитоз екіге бөлінеді: фагоцитоз және пинноцитоз Эндоцитоз - екі топқа бөлінеді: фагоцитоз және пиноцитоз. Пиноцитоз құбылысы барлық клеткаға тән қасиет болып саналады. Бұл кезде клеткаға сұйық және кішігірім түйіршіктер енеді.Фагоцитоз кезінде клеткаға үлкен бөлшектер енеді (жұтылады): вирустар, бактериялар, клеткалар немесе олардың сынықтары. Фагоцитоз арнаулы макрофагтар және гранулоциттар арқылы іске асады.