Հիմնական նյութ
Կենսաբանություն
Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 10
Դաս 1: Բջջաթաղանթ (պլազմային թաղանթ)Բջջաթաղանթի կառուցվածքը
Բջջաթաղանթի հեղուկ խճանկարային մոդելը: Բջջաթաղաթի սպիտակուցային, լիպիդային և ածխաջրային բաղադրիչները:
Ներածություն
Քո մարմնի ցանկացած բջիջ պատված է բարակ թաղանթով: Այս թաղանթն ունի բուսայուղի թանձրություն:
Երբ առաջին անգամ կարդացի այս հետաքրքիր փաստը, չթվաց այն շատ վստահելի: Բուսայուղը, թվում է, շատ նուրբ սահման է՝ տարանջատելու համար բջիջը և մնացյալ աշխարհը: Բարեբախտաբար, պարզվում է, որ բջջաթաղանթը, ունենալով բուսայուղի թանձրություն և այլ առանձնահատկություններ, շատ լավ է կատարում իր աշխատանքը:
Ո՞րն է նրա հստակ աշխատանքը: Պլազմային թաղանթը ոչ միայն սահմանում է բջիջների եզրերը, այլև թույլ է տալիս բջջին փոխազդել իր միջավայրի հետ վերահսկվող կերպով: Բջիջները պետք է կարողանան ընդարձակվել, վերցնել և արտազատել տարբեր նյութեր՝ բոլորը հատուկ քանակներով: Ավելին՝ դրանք պետք է կարողանան հաղորդակցվել այլ բջիջների հետ՝ ճանաչելով իրենք իրենց և փոխանակելով տեղեկություն։
Այս դերերը կատարելու համար պլազմային թաղանթը լիպիդների կարիք ունի, որոնք ստեղծում են կիսաթափանցիկ պատնեշ բջջի և շրջապատի միջև: Այն նաև սպիտակուցների կարիք ունի, որոնք ներառված են թաղանթով փոխադրման ապահովման և բջջային հաղորդակցման մեջ: Կան նաև ածխաջրեր (շաքարներ և շաքարային շղթաներ), որոնք զարդարում են թե՛ սպիտակուցները, թե՛ լիպիդները, և օգնում են, որ բջիջները միմյանց ճանաչեն:
Այստեղ մենք ավելի մարամասն կդիտարկենք պլազմային թաղանթի տարբեր բաղադրիչները՝ ուսումնասիրելով դրանց դերերը, բազմազանությունը և համատեղ աշխատանքը՝ բջջի շուրջ ճկուն, զգայուն և ապահով պատնեշ ստեղծելու համար:
Հեղուկ խճանկարի մոդելը
Պլազմային թաղանթի կառուցվածքի ներկայումս ընդունված մոդելը՝ հեղուկ խճանկարի մոդելը, առաջին անգամ առաջարկվել է 1972թ.: Այս մոդելը զարգացել է ժամանակի ընթացքում, բայց այն դեռևս տալիս է շատ բջիջներում թաղանթների կառուցվածքի և գործունեության լավ նկարագիր:
Համաձայն հեղուկ խճանկարի մոդելի՝ պլազմային թաղանթը բաղադրիչների խճանկար է՝ առաջին հերթին՝ ֆոսֆոլիպիդների, խոլեստերինի և սպիտակուցների, որոնք ազատորեն և հոսուն շարժվում են թաղանթի մեջ: Այլ կերպ ասած՝ պլազմային թաղանթի տրամագիրը (որը ներկայացված է ներքևում) պարզապես դինամիկ գործընթացի մեկ վայրկյանի լուսանկար է, որտեղ ֆոսֆոլիպիդները և սպիտակուցները շարունակաբար սահում են և անցնում միմյանց կողքով:
Հետաքրքական է, որ այս հոսունությունը նշանակում է, որ եթե բջջի մեջ շատ բարակ ասեղ մտցնես, թաղանթը պարզապես կսկսի հոսել ասեղի շուրջը, իսկ հենց ասեղը հեռացնես, թաղանթը սահուն կերպով հետ կհավաքվի:
Պլազմային թաղանթի շատ կարևոր բաղադրիչներն են լիպիդները (ֆոսֆոլիպիդները և խոլեստերինը), սպիտակուցները և ածխաջրային խմբերը, որոնք կցված են որոշ լիպիդների և սպիտակուցների:
- Ֆոսֆոլիպիդը գլիցերինից, ճարպաթթվային երկու պոչիկից և ֆոսֆատային խմբի գլխիկից կազմված լիպիդ է: Կենսաբանական թաղանթները սովորաբար կազմված են ֆոսֆոլիպիդների երկու շերտից՝ դեպի ներս ուղղված պոչիկներով: Այս դասավորությունը անվանում են ֆոսֆոլիպիդային երկշերտ:
- Խոլեստերինը մեկ այլ լիպիդ է՝ կազմված իրար միացած ածխածնային չորս օղակներից և տեղակայվում է թաղանթի մեջ՝ ֆոսֆոլիպիդների կողքին։
- Թաղանթի սպիտակուցները կարող են մասամբ տարածվել պլազմային թաղանթի մեջ՝ ամբողջապես հատելով այն կամ ազատորեն կապվելով դրա ներքին կամ արտաքին մակերեսին:
- Ածխաջրային խմբերը տեղակայված են պլազմային թաղանթի միայն արտաքին մակերեսին և կցված են սպիտակուցներին՝ ձևավորելով գլիկոպրոտեիններ, կամ լիպիդներին՝ ձևավորելով գլիկոլիպիդներ:
Տարբեր բջիջների սպիտակուցների, լիպիդների և ածխաջրերի համամասնությունը տարբեր է: Մարդու բջջում սպիտակուցները զբաղեցնում են զանգվածի 50%-ը, լիպիդները՝ մոտ 40%-ը, իսկ մնացած 10%-ը զբաղեցնում են ածխաջրերը:
Ֆոսֆոլիպիդներ
Ֆոսֆոլիպիդները, դասավորվելով երկշերտով, կազմում են պլազմային թաղանթի հիմնական կմախքը: Նրանց այս դերը շատ է սազում, քանի որ ամֆիպատիկ են՝ ունեն և՛ հիդրոֆիլ, և՛ հիդրոֆոբ հատվածներ:
Ֆոսֆոլիպիդի հիդրոֆիլ կամ «ջուր սիրող» հատվածը իր գլխիկն է, որը պարունակում է բացասական լիցքավորված ֆոսֆատային խումբ, ինչպես նաև լրացուցիչ փոքր խումբ (տրամագրում R-ով նշված փոփոխվող մասը), որը նույնպես կարող է լիցքավորված կամ բևեռային լինել: Երկշերտ թաղանթի ֆոսֆոլիպիդների հիդրոֆիլ գլխիկները բջջի և՛ ներսում, և՛ դրսում ուղղված են դեպի հեղուկ (ջրային) մասը։ Քանի որ ջուրը բևեռային մոլեկուլ է, այն ձևավորում է էլեկտրաստատիկ (լիցքի վրա հիմնված) փոխազդեցություններ ֆոսֆոլիպիդային գլխիկների հետ:
Ֆոսֆոլիպիդի հիդրոֆոբ կամ «ջրից վախեցող» հատվածը կազմում են նրա երկար, ոչ բևեռային ճարպաթթվային պոչիկները: Ճարպաթթվային պոչիկները կարող են հեշտությամբ փոխազդել այլ՝ ոչ բևեռային մոլեկուլների հետ, բայց ջրի հետ վատ են փոխազդում: Այդ պատճառով ֆոսֆոլիպիդների համար էներգիապես ավելի նպաստավոր է հավաքել իրենց ճարպաթթվային պոչիկները թաղանթի ներսում, որտեղ նրանք պաշտպանված են շրջապատող ջրից: Այս փոխազդեցությունների արդյունքում ձևավորված ֆոսֆոլիպիդային երկշերտը ստեղծում է լավ պատնեշ բջջի արտաքին և ներքին միջավայրերի միջև, քանի որ ջուրը և այլ բևեռային կամ լիցքավորված միացություններ չեն կարող հեշտությամբ հատել բջջի հիդրոֆոբ հատվածները:
Իրենց ամֆիպատիկ բնույթի պատճառով ֆոսֆոլիպիդները թաղանթային երկշերտ ձևավորելուն չէ, որ լավ հարմարված են: Դա այն է, ինչ նրանք կանեն ինքնաբուխ՝ համապատասխան պայմանների առկայության դեպքում: Ջրում կամ ջրային լուծույթում ֆոսֆոլիպիդները հակված են դասավորելու իրենց հիդրոֆոբ պոչիկները՝ իրար ուղղված, իսկ հիդրոֆիլ գլխիկները՝ դուրս ուղղված: Եթե ֆոսֆոլիպիդներն ունեն փոքր պոչիկներ, ապա դրանք կարող են ձևավորել միցել (փոքր միաշերտ գունդ), մինչդեռ եթե ունեն խոշեր պոչիկներ, ապա կարող են ձևավորել լիպոսոմ (երկշերտ թաղանթից կազմված սնամեջ կաթիլ):
Սպիտակուցներ
Սպիտակուցները բջջաթաղանթի երկրորդ գլխավոր բաղադրիչն են: Թաղանթային սպիտակուցների երկու հիմնական տեսակները ինտեգրալ և ծայրամասային սպիտակուցներն են:
Ինտեգրալ թաղանթային սպիտակուցները, ինչպես դրանց անունն է հուշում, ներառված են թաղանթի մեջ. նրանք ունեն առնվազն մեկ հիդրոֆոբ հատված, որն ամրացնում է դրանց ֆոսֆոլիպիդային երկշերտի հիմքում: Որոշները մասամբ են մխրճվում թաղանթի մեջ, իսկ մյուսները ձգվում են թաղանթի մի մասից մյուսը և երևում են երկու կողմում էլstart superscript, 1, end superscript: Սպիտակուցները, որոնք ձգվում են թաղանթի ամբողջ երկայնքով, կոչվում են տրանսմեմբրանային սպիտակուցներ:
Թաղանթի ներսում հայտանբերված ինտեգրալ սպիտակուցների որոշ մասը հիդրոֆոբ է, իսկ ցիտոպլազմայում և արտաբջջային հեղուկում երևացողները հակված են լինելու հիդրոֆիլ: Տրանսմեմբրանային սպիտակուցները կարող են հատել թաղանթը մեկ անգամ, կամ ունենալ մոտ 12 տարբեր թաղանթապատ հատվածներ: Տիպիկ թաղանթապատ հատվածը կազմված է 20-25 հիդրոֆոբ ամինաթթուներից, որոնք ալֆա պարույրի տեսքով են, սակայն ոչ բոլոր տարնսմեմբրանային սպիտակուցներին է բնորոշ այս մոդելը: Որոշ ինտեգրալ թաղանթային սպիտակուցներ ձևավորում են անցուղիներ, որենք թույլ են տալիս իոններին կամ այլ փոքր մոլեկուլներին անցնել, ինչպես ցույց է տրված ներքևում:
Թաղանթի ծայրամասային սպիտակուցները հայտնաբերվում են թաղանթի ներսում և դրսում՝ կցված կա՛մ ինտեգրալ սպիտակուցներին, կա՛մ ֆոսֆոլիպիդներին: Ի տարբերություն ինտեգրալ թաղանթային սպիտակուցների՝ ծայրամասային թաղանթային սպիտակուցները չեն մխրճվում թաղանթի հիդրոֆոբ հիմքի մեջ և ավելի ազատորեն են կցված:
Ածխաջրեր
Ածխաջրերը պլազմային թաղանթի երրորդ կարևոր բաղադրիչներն են: Դրանք առկա են բջիջների արտաքին մակերեսին և կապված են կա՛մ սպիտակուցներին (ձևավորելով գլիկոպրոտեիններ), կա՛մ լիպիդներին (ձևավորելով գլիկոլիպիդներ): Այս ածխաջրային շղթաները կարող են բաղկացած լինել 2-60 միաշաքարներից և կարող են լինել գծային կամ ճյուղավորված:
Թաղանթային սպիտակուցների հետ միասին այս ածխաջրերը ձևավորում են առանձնահատուկ բջջային ցուցանիշներ, ինչպիսիք են մոլեկուլային նույնականացման քարտերը, որոնք թույլ են տալիս բջիջներին ճանաչել միմյանց: Այս ցուցանիշները շատ կարևոր են իմունային համակարգում, քանի որ թույլ են տալիս, որ իմունային բջիջները տարբերեն մարմնի բջիջները, որոնց վրա չպետք է հարձակվեն, և օտար բջիջները կամ հյուսվածքները, որոնց վրա պետք է հարձակվեն:
Թաղանթի հոսունություն
Ֆոսֆոլիպիդների ճարպաթթվային պոչիկների կառուցվածքը կարևոր է թաղանթի հատկանիշները որոշելիս, մասնավորապես՝ որքան հոսուն է այն:
Հագեցած ճարպաթթուները չունեն կրկնակի կապեր (հագեցած են ջրածիններով), հետևաբար հարաբերականորեն ուղիղ են: Չհագեցած ճարպաթթուները, ընդհակառակը, պարունակում են մեկ կամ ավելի կրկնակի կապեր՝ հաճախ պատճառ դառնալով թեքման կամ ճյուղավորման (չհագեցած պոչիկի թեքումը կարող ես տեսնել այս հոդվածի սկզբում պատկերված ֆոսֆոլիպիդի կառուցվածքում): Երբ ջերմաստիճանը նվազում է, ֆոսֆոլիպիդների հագեցած և չհագեցած ճարպաթթուների պոչիկները իրենց ցուցաբերում են տարբեր կերպ:
- Սառը ջերմաստիճանում հագեցած ճարպաթթուների ուղիղ պոչիկները կարող են ամուր փաթեթավորվել՝ ստեղծելով խիտ և բավականին կոշտ թաղանթ:
- Չհագեցած ճարպաթթվային պոչիկներով ֆոսֆոլիպիդները չեն կարող հավաքվել իրար մոտ, քանի որ պոչիկներն ունեն թեքված կառուցվածք: Այդ պատճառով էլ չհագեցած ֆոսֆոլիպիդներ պարունակող թաղանթը կմնա հոսուն ավելի ցածր ջերմաստիճաններում, քան հագեցած ճարպաթթուներից կազմվածը:
Բջջաթաղանթների մեծամասնությունը պարունակում է ֆոսֆոլիպիդների խառնուրդ՝ որոշները երկու հագեցած (ուղիղ) պոչիկներով, մյուսները՝ մեկ հագեցած և մեկ չհագեցած (թեքված) պոչիկներով: Շատ օրգանիզմներ, ինչպիսիք են ձկները, կարող են ֆիզիոլոգիապես հարմարվել ցուրտ պայմաններին՝ փոխելով չհագեցած ճարպաթթուների մասնաբաժինը թաղանթներում: Հագեցած և չհագեցած ճարպաթթուների մասին ավելին իմանալու համար տես լիպիդների մասին հոդվածը:
Կենդանիներն ունեն լրացուցիչ թաղանթային բաղադրիչ, որն օգնում է պահպանելու հոսունությունը: Խոլեստերինը, որը լիպիդի մեկ այլ տեսակ է և տեղավորված է թաղանթի ֆոսֆոլիպիդների մեջ, օգնում է փոքրացնելու ջերմաստիճանի ազդեցությունը հոսունության վրա:
Ցածր ջերմաստիճաններում խոլեստերինը բարձրացնում է հոսունությունը՝ կանխելով միմյանց շուրջ ֆոսֆոլիպիդների փաթեթավորումը, իսկ բարձր ջերմաստիճաններում այն նվազեցնում է հոսունությունըstart superscript, 3, comma, 4, end superscript: Այս ձևով խոլեստերինն ընդլայնում է ջերմաստիճանների միջակայքը, որի պայմաններում թաղանթը մնում է գործնական, առողջ հեղուկ վիճակում։
Պլազմային թաղանթի բաղադրիչները
| Բաղադրիչ | Տեղակայման վայր |
|---|---|
| Ֆոսֆոլիպիդներ | Թաղանթի հիմնական կառուցվածք |
| Խոլեստերին | Տեղակայված է թաղանթային ֆոսֆոլիպիդների հիդրոֆոբ պոչիկների արանքում |
| Ինտեգրալ սպիտակուցներ | Մխրճված են ֆոսֆոլիպիդային երկշերտում, կարող են կամ չեն կարող ձգվել երկու թաղանթների միջով |
| Ծայրամասային սպիտակուցներ | Ֆոսֆոլիպիդային երկշերտի ներքին կամ արտաքին մակերեսին են, բայց ոչ դրա հիդրոֆոբ միջուկում |
| Ածխաջրեր | Կցված են թաղանթի արտաբջջային հատվածի սպիտակուցներին կամ լիպիդներին (ձևավորելով գլիկոպրոտեիններ և գլիկոլիպիդներ) |
Աղյուսակը ձևափոխվել է OpenStax Biology-ից։
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։