1 Биомембраналардың құрылымы, функциялары және молекулалық ұйымдастырылуы. Биологиялық мембраналардың құрылымы, қасиеттері және функциялары

1 Биомембраналардың құрылымы, функциялары және молекулалық ұйымдастырылуы.Биологиялық мембраналардың құрылымы, қасиеттері және функциялары.

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 этаноламин жатады. 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 натрийдің мөлшері жасушадағыға қарағанда жасушааралық сұйықтыкта әр уақытта жоғары болады. Жасуша мембранасының осындай таңдамалы өткізгіштігі жартылай өткізгіштік деп аталады.

2.Мембраналар арасындағы айырмашылықтар

Мембранасыз: рибосомалар, жасуша орталығы,  микротүтіктер

Бірмембраналы: лизосомалар, эндоплазмалық топ, гольджи жиынтығы

3.Қарапайым биологиялық мембрананы ұйымдастыру принципі. Мембраналардың құрылысы және құрастырылуы.

• Қоршаған ортадан бөліп, байланыстырып тұрады. Сондықтан, зат
пен энергия алмасу үнемі жүреді.
• Бөгеттік. Қоршаған ортадан селективті түрде заттарды өткізеді.
Соған байланысты жартылай өткізгіш.
• Матрицалық. Мембранаға ақуыздардың орналасуын, бағытын,
өзара ұтымды әсерлесуін қамтамасыз етеді.
• Механикалық. Мембрананы қоршаған ортадан бөліп тұрады.
Жануарларда – плазматикалық мембрана, өсімдіктерде –
целлюлозды мембрана арқылы өсімдік формасы сақталады.
• Энергетикалық жұмыс – мембрана клеткалар ішінде
компартментті (клетка ішіндегі бөлімдер) құрастырады.
• Биопотенциалдарды өндіру және оларды тарату.
• Рецепторлық.

Мембраның құрылысы: Мембраналардың негізгі қабатын фосфолипидтер 2 қабаты құрайды. Ең алғашқы болып оны дәлелдеген 1902 жылы Овертон деген ғалым. Гидрофильді қабаты – сумен әрккеттессе,гидрофобты қабаты – сумен әрекеттеспейді.

4.Биологиялық мембраналардың маңызды қасиеттері ақуыз липидті мозаика. Биологиялық мембрана — аса күрделі құрылымды зат. Оның құрамында ферменттік ақуыздар,ерекше рецепторлар,электрондарды тасымалдаушы, энергияны өңдеуші
құрылымдар сонымен қатар гликопротеиндер мен гликолипидтер болады.Мембраналық ақуыздар түрлі қызмет (мысалы, гликопротеиндер антиген рөлін) атқарады. Кейбір химиялық реакциялар (мысалы, хлоропластарда жүретін фотосинтездің жарықреакциялары немесе митохондриидағы тотыға фосфорлану процесі) биологиялық мембрананың өзінде жүреді.

5.Плазмолемма функциялары. Гиалоплазма. Физикалық-химиялық қасиеттері, химиялық құрамы. Жасушалық метаболизмге қатысу.Плазмолемма (plasmalemma) немесе ішкі жасушалық мембрана, әр түрлі жасушалық мембрананың ішінде негізгі орын алады. Ол жасушаны сыртқы ортадан тек шектеп қана қоймай,сонымен бірге оның жасушасыз ортамен байланысуын қамтамасыз етеді. Плазмолемманың негізін липопротеиндер кешені – биологиялық мембрана құрайды.Плазмолемма қызметтері. Бұл мембрана әр түрлі негізгі қызметер атқарады:барьерлік (тосқауыл), транспорттық, рецепторлық, адгезиялық (жабысу).

Гиалоплазма (гр. hyalinos — мөлдір, шыны тәрізді; гр. plasmos — плазма) — жануарлар және өсімдік жасушалары цитоплазмасының органеллалар (тұрақты кездесетін құрылымдар - жасушаның тым ұсақ мүшелері) мен қосындылар (тұрақсыз құрылымдар) орналасатын біркелкі қоймалжың заты, жасуша цитоплазмасының негізгі заты. Гиалоплазма жасушаның ішкі ортасын құрайды. Гиалоплазманың құрамына негізінен глобулалы протеиндер кіреді. Олар жалпы жасуша протеиндерінің 20-25% құрайды. Гиалоплазмада қант, азоттық негіздер, амин қышқылдары, липидтер т.б. қосылыстар метаболизмінің ферменттері болады. Гиалоплазмадағы бос рибосомалар мен полисомаларда жасушаның өз керегіне пайдаланылатын протеиндер түзіледі.

Жасушалық мембрана зат алмасу – Жасуша цитоплазмасын сыртқы ортадан немесе Жасуша қабықшасынан (өсімдіктерде) бөліп тұратын.Жасуша органоиды. Оның қалыңдығы 7 – 10 нм. Негізінен Жасуша мен оны қоршаған сыртқы орта арасындағы метаболизмге (зат

Негізгі ұғымдар: липопротеидті мембрана, компоненттер, гликокаликс

Липопротеидтер мембрана (липопротеидтер) - протездік тобы липидпен ұсынылған күрделі белоктар класы. Сонымен, липопротеидтер құрамында бос май қышқылдары, бейтарап майлар, фосфолипидтер, холестеридтер болуы мүмкін.

Гликокаликс — барлық жасушалар плазмолеммаларымен тығыз байланысып, олардың сыртқы жарғақұсті қабатын (орташа қалыңдығы 3-4 нм) құрайды. Гликокаликс — тарамдалған тым жіңішке күрделі көмірсулар — гликопротеидтер мен гликолипидтер жіпшелерінен тұрады.

6.Мембраналық липидтердің түрлері мен функциялары. Мембраналық липидтер 3 негізгі топқа бөлінеді:

Фосфолипидтер құрамы:

• Полярлы (гидрофильді) - (басы және денесі);

• Полярлы емес (гидрофобты) (құйрықшалары)

Гликолипидтер- көмірсулар байланысы ақуыздардан тұрады.

Стероидтар-холестиринфосфолипидтті биқабаттарға енуге қабілетті.

Стероид – холестерин –мембрана тығыздығына әсер етеді. БМ –да холестериннің көбеюі мембрананың тығыздығын арттырып, заттар үшін өтімділігін азайтады.

7.Мембраналық ақуыздардың негізгі түрлері / перифериялық және интегралды ақуыздар/ Интегралдық ақуыздар негізінен плазмалық мембрананың фосфолипидтер билайеріне толық немесе ішінара енгізілген. Бұл белоктардың полярлық және полярлық емес аймақтары бар. Полярлы емес аймақтар оған полярлы емес аймақтар енгізілген кезде, полюстің бастары шығыршықтың бетінен шығады. Әдетте тек полярлы емес аймақтар фосфолипидтердің май қышқылдарының қалдықтарымен гидрофобты байланыс жасай отырып, плазмалық мембрананың гидрофобты өзегімен әрекеттеседі.Бүкіл мембрананы ішкі бетінен сыртқы бетіне дейін созатын интегралды ақуыздар трансмембраналық белоктар деп аталады. Трансмембраналық ақуыздарда липидті қабаттан шыққан екі жақ полярлы немесе гидрофильді аймақтар болып табылады. Ортаңғы аймақтар полярлы емес және олардың бетінде гидрофобты аминқышқылдары бар. Өзара әрекеттесудің үш түрі осы ақуыздарды липидті билайерге енгізуге көмектеседі, атап айтқанда фосфолипид молекулаларының полярлы бастарымен иондық өзара әрекеттесу, фосфолипид молекулаларының гидрофобты құйрықтарымен гидрофобты өзара әрекеттесу және липидтердің, гликолипидтердің немесе олигосахаридтердің белгілі бір аймақтарымен өзара әрекеттесу.

Перифериялық ақуыздар (сырттан келген ақуыздар) билосфера фосфолипидтерінің ішкі және сыртқы жағында болады. Бұл белоктар плазмалық мембранаға тікелей байланыстырылады немесе тікелей билайзердің фосфолипидтерінің полярлы бастарымен өзара әрекеттесуі арқылы немесе интегралдық ақуыздармен жанама әсер етеді. Бұл ақуыздар мембраналық ақуыздардың 20-30% құрайды.Перифериялық ақуыздардың көп бөлігі мембрананың ішкі бетінде немесе цитоплазмалық бетінде кездеседі. Бұл белоктар майлы тізбектермен коваленттік байланыс арқылы немесе олигосахарид арқылы фосфолипидтерге байланысты болады.

Интегралды және перифериялық ақуыздың айырмашылығы неде?

• Перифериялық ақуыздар плазма мембранасының бетінде пайда болады, ал интегралды ақуыздар плазмалық мембрананың липидті қабатына толығымен немесе ішінара батырылады.

• Перифериялық ақуыздар липидті билайермен еркін байланысады және фосфолипидтердің екі қабаты арасындағы гидрофобты өзекпен әрекеттеспейді. Керісінше, интегралды ақуыздар тығыз байланысып, плазма мембранасының гидрофобты өзегімен тікелей байланысады. Осы себептерге байланысты интегралды ақуыз диссоциациясы перифериялық ақуыздарға қарағанда қиынырақ.

• Перифериялық ақуыздарды плазмалық мембранадан оқшаулау үшін жұмсақ емдеу әдісін қолдануға болады, бірақ интегралды ақуыздарды оқшаулау үшін жұмсақ емдеу жеткіліксіз. Гидрофобты байланыстарды бұзу үшін жуғыш заттар қажет. Осылайша, интегралды ақуыздарды плазма мембранасынан оқшаулауға болады.

• Осы екі ақуызды плазма мембранасынан оқшаулағаннан кейін перифериялық ақуыздарды бейтарап сулы буферде ерітуге болады, ал интегралды ақуыздарды бейтарап сулы буферлерде немесе агрегаттарда еріту мүмкін емес.

• Перифериялық ақуыздардан айырмашылығы интегралды ақуыздар ерітілгенде липидтермен байланысады.

• Перифериялық ақуыздардың мысалдары - эритроциттердің спектрлері, цитохром С және митохондрияның АТФ-асе және электроплаз мембраналарындағы ацетилхолинестераза. Интегралды ақуыздардың мысалдары - мембранамен байланысқан ферменттер, дәрілік заттар мен гормондық рецепторлар, антигендер мен родопсин.