უჯრედის მემბრანა თხელი, მოქნილი გარსია, რომელიც უჯრედს გარემოსგან გამოყოფს და ნივთიერებების შესვლასა და გამოსვლას არეგულირებს. მისი საფუძველია ფოსფოლიპიდების ორმაგი შრე, რომელშიც სხვადასხვა ცილაა განლაგებული. მემბრანა შერჩევითად გამტარია: ზოგი ნივთიერება ადვილად გადის, ზოგს კი სპეციალური ცილა ან ენერგია სჭირდება.
რა არის უჯრედის მემბრანა?
პლაზმური, ანუ უჯრედის მემბრანა ყველა უჯრედს აქვს. იგი უჯრედის შიდა გარემოს გარე გარემოსგან გამოყოფს და მათ შორის ნივთიერებათა მიმოცვლაში მონაწილეობს. მემბრანა მხოლოდ კედელი არ არის: მისი შემადგენელი მოლეკულები და ცილები უჯრედის ურთიერთქმედებასა და სიგნალების მიღებასაც უზრუნველყოფს.
მცენარეულ უჯრედს მემბრანის გარეთ დამატებით უჯრედის კედელიც აქვს. ეს ორი სტრუქტურა არ უნდა აგვერიოს: კედელი სიმტკიცეს უზრუნველყოფს, ხოლო მემბრანა უშუალოდ უჯრედის შიგთავსს შემოსაზღვრავს და ნივთიერებების გადასვლას არეგულირებს.
ფოსფოლიპიდური ორმაგი შრე
ფოსფოლიპიდის მოლეკულას აქვს წყლის მიმართ მიდრეკილი, ანუ ჰიდროფილური თავი და წყლისგან განმრიდებელი, ჰიდროფობური კუდები. წყლიან გარემოში ეს მოლეკულები ორ ფენად ეწყობა: თავები შიდა და გარე წყლიან გარემოსკენ არის მიმართული, კუდები კი შრის შიგნით ერთმანეთს უყურებს.
ასეთი აგებულება ქმნის ბარიერს, რომელსაც ყველა ნაწილაკი ერთნაირად ვერ კვეთს. მცირე არაპოლარულ მოლეკულებს, მაგალითად ჟანგბადს, შეუძლიათ ლიპიდური შრის გავლა. დამუხტულ იონებსა და ბევრ პოლარულ მოლეკულას გადასასვლელად მემბრანის ცილები სჭირდება.
მემბრანის ცილების ფუნქცია
ზოგი ცილა შრეშია ჩაშენებული, ზოგი კი მის ზედაპირთან არის დაკავშირებული. არხის ცილა გარკვეულ ნაწილაკებს გასასვლელს უქმნის. გადამტანი ცილა ნივთიერებას უკავშირდება და მის გადაადგილებაში მონაწილეობს. სხვა ცილები რეცეპტორებად მოქმედებს და უჯრედს გარედან მიღებული სიგნალის ამოცნობაში ეხმარება.
მემბრანის შემადგენლობა უჯრედების მიხედვით განსხვავდება. ზოგიერთ მემბრანულ ლიპიდსა და ცილას ნახშირწყლების ჯაჭვებიც უკავშირდება. ისინი უჯრედების ამოცნობასა და ურთიერთქმედებაში მონაწილეობს. მემბრანის სხვადასხვა კომპონენტი მოძრავია, ამიტომ მის აღწერისას ხშირად იყენებენ თხევად-მოზაიკურ მოდელს.
შერჩევითი გამტარობა
შერჩევითი გამტარობა ნიშნავს, რომ მემბრანა სხვადასხვა ნივთიერებას განსხვავებულად ატარებს. უჯრედს სჭირდება საჭირო მასალის მიღება და ნარჩენების მოცილება, მაგრამ ნივთიერებათა მოძრაობა ყოველთვის ერთი გზით არ ხდება. ნაწილაკის ზომა, მუხტი და ქიმიური თვისებები მნიშვნელოვნად მოქმედებს მის გადასვლაზე.
მაგალითად, ჟანგბადი პირდაპირ ლიპიდურ შრეში გადაადგილდება, ხოლო გლუკოზის გადასატანად გარკვეულ უჯრედებში გადამტანი ცილა მონაწილეობს. წყალს შეუძლია მემბრანაზე გადაადგილება; ბევრ უჯრედში წყლის სპეციალური არხებიც, აკვაპორინები, ამ პროცესს უწყობს ხელს.
დიფუზია და ოსმოსი
დიფუზიისას ნაწილაკების წმინდა გადაადგილება მაღალი კონცენტრაციის არიდან დაბალი კონცენტრაციის მიმართულებით ხდება. ამ პროცესისთვის უჯრედს უშუალოდ დამატებითი ენერგიის დახარჯვა არ სჭირდება. გამარტივებულ დიფუზიაში ნივთიერებას მემბრანული ცილა ეხმარება, თუმცა მოძრაობა კვლავ შესაბამისი გრადიენტის მიმართულებით მიმდინარეობს.
ოსმოსი წყლის წმინდა გადაადგილებაა შერჩევითად გამტარ მემბრანაზე. წყლის მიმართულების გასაგებად საჭიროა განვიხილოთ, როგორია გახსნილი ნივთიერებების ეფექტური კონცენტრაცია მემბრანის ორივე მხარეს. თუ გარეთ ხსნარი შედარებით განზავებულია, წყალი შეიძლება უჯრედისკენ გადაადგილდეს; საბოლოო შედეგი უჯრედის ტიპსა და გარემოზეა დამოკიდებული.
აქტიური ტრანსპორტი
აქტიური ტრანსპორტი ენერგიას იყენებს ნივთიერების გადასატანად მისი ელექტროქიმიური გრადიენტის საწინააღმდეგოდ. ენერგია შეიძლება უშუალოდ ატფ-ის დაშლისგან მოდიოდეს ან სხვა იონის გრადიენტში იყოს შენახული. ამიტომ აქტიური ტრანსპორტის ყველა შემთხვევა მხოლოდ ატფ-ის პირდაპირ გამოყენებამდე არ დაიყვანება.
ერთ-ერთი მაგალითია ნატრიუმ-კალიუმის ტუმბო, რომელიც ატფ-ის ენერგიას იყენებს ნატრიუმისა და კალიუმის იონების მემბრანაზე გადასატანად. ეს პროცესი უჯრედისთვის მნიშვნელოვანი იონური განსხვავებების შენარჩუნებას ეხმარება. მისი მუშაობა დიფუზიისგან იმით განსხვავდება, რომ ენერგიით არის უზრუნველყოფილი.
მემბრანა და უჯრედის სხვა ნაწილები
მემბრანის უკეთ გასაგებად სასარგებლოა მისი შედარება ციტოპლაზმასთან: ციტოპლაზმა უჯრედის შიდა არეში მდებარეობს, ხოლო მემბრანა ამ შიგთავსის საზღვარს ქმნის. ვრცლად იხილეთ ციტოპლაზმის აგებულება და ფუნქციები.
პროკარიოტულ და ეუკარიოტულ უჯრედებს პლაზმური მემბრანა ორივეს აქვს, თუმცა მათი შიდა აგებულება განსხვავდება. დამატებითი შედარებისთვის წაიკითხეთ პროკარიოტული უჯრედების შესახებ. ნუ აურევთ პლაზმურ მემბრანას ეუკარიოტული ორგანოიდების გარსებში.
როგორ დავიმახსოვროთ განსხვავებები
შეადგინეთ სამი სვეტი: მარტივი დიფუზია, გამარტივებული დიფუზია და აქტიური ტრანსპორტი. თითოეულში მიუთითეთ მოძრაობის მიმართულება, ცილის მონაწილეობა და ენერგიის საჭიროება. შემდეგ შეარჩიეთ მაგალითი და შეამოწმეთ, შეესაბამება თუ არა იგი თქვენს განმარტებას.
სასწავლო ნახატზე მემბრანა შეგიძლიათ ორ ფენად გამოსახოთ, თუმცა გახსოვდეთ, რომ სქემა გამარტივებულია. ნახატზე მონიშნეთ ჰიდროფილური თავები, ჰიდროფობური კუდები და ცილა. ბოლოს ახსენით, რატომ ეხმარება ასეთი განლაგება მემბრანას შიდა და გარე წყლიანი გარემოს გამიჯვნაში.
დიდი ნაწილაკების გადაადგილება
ზოგი დიდი ნაწილაკი ჩვეულებრივი არხით ვერ გადადის. ენდოციტოზის დროს მემბრანის ნაწილი იკეცება და შიგნით წარმოქმნის ბუშტუკს, რომელიც მასალას უჯრედში შეიტანს. არსებობს ენდოციტოზის სხვადასხვა ფორმა; მათ შორისაა ფაგოციტოზი, რომლის დროსაც უჯრედი შედარებით დიდ ნაწილაკს მოიცავს.
ეგზოციტოზისას უჯრედის შიგნით არსებული ბუშტუკი პლაზმურ მემბრანას უერთდება და მის შიგთავსს გარეთ გამოყოფს. ეს მექანიზმი სხვადასხვა ნივთიერების სეკრეციაში მონაწილეობს. ორივე პროცესი მემბრანის დინამიკურ ბუნებას აჩვენებს და ენერგიასთან დაკავშირებულ უჯრედულ პროცესებს მოითხოვს.
რა განსხვავებაა ცხოველურ და მცენარეულ უჯრედებს შორის?
ცხოველურ უჯრედს პლაზმური მემბრანა აქვს, მაგრამ მცენარის მსგავსი ცელულოზური კედელი არ გააჩნია. მცენარის უჯრედში კედელი მემბრანის გარეთ მდებარეობს. წყლის მოძრაობისას კედლის არსებობა უჯრედის ფორმასა და წნევის ცვლილებაზე ახდენს გავლენას. ამიტომ ოსმოსის შედეგი მხოლოდ მემბრანის თვისებით არ განისაზღვრება.
ბიოლოგიური პროცესების სწავლებისას მოდელები გამარტივებას ემსახურება: მემბრანის ნახატზე ნაჩვენები ცილა შეიძლება რეალურ ცილაზე გაცილებით მარტივი იყოს. მთავარია სწორად განვასხვავოთ ლიპიდური შრე, მასთან დაკავშირებული ცილები და ნივთიერების გადაადგილების მიმართულება.
ხშირად დასმული კითხვები
ყველა უჯრედს აქვს მემბრანა?
დიახ. პლაზმური მემბრანა ყველა უჯრედს შემოსაზღვრავს, თუმცა მისი შემადგენლობა შეიძლება განსხვავდებოდეს.
რისგან შედგება მემბრანის ძირითადი შრე?
მისი ძირითადი სტრუქტურაა ფოსფოლიპიდების ორმაგი შრე, რომელთანაც ცილები და სხვა მოლეკულებია დაკავშირებული.
რა განსხვავებაა დიფუზიასა და აქტიურ ტრანსპორტს შორის?
დიფუზია გრადიენტის მიმართულებით მიმდინარეობს უშუალო ენერგეტიკული ხარჯის გარეშე, აქტიური ტრანსპორტი კი გრადიენტის საწინააღმდეგოდ გადასატანად ენერგიას იყენებს.
რა არის ოსმოსი?
ოსმოსი წყლის წმინდა გადაადგილებაა შერჩევითად გამტარ მემბრანაზე.
მცენარის უჯრედის კედელი და მემბრანა ერთია?
არა. მცენარეული უჯრედის კედელი მემბრანის გარეთ მდებარე განსხვავებული სტრუქტურაა.
წყაროები
OpenStax: მემბრანის აგებულება; OpenStax: პასიური ტრანსპორტი; OpenStax: მემბრანის ფუნქციები.
