Барлық жануарлар клеткаларының сыртқы қабығы,сондай-ақ олардың ішіндегі толып жатқан органеллалардың қабықтары биологиялық мембраналардан (жарғақшадан) құралады.Осы жарғақша деңгейінде іске асатын көптеген физикалық,физика-химиялық,биохимиялық,электрлік т.б.өзгерістер жиынтығы бүкіл организм атқаратын іс-әрекеттер сипаты мен ерекшеліктерін анықтауда шешуші рөлге ие.Демек,адам мен жануарлардың жалпы физиологиясы туралы әңгіме клетка туралы,оның басты құрылымдарында жүретін процестер туралы баяндаудан бастап алғаны жөн.
Клетка (жасуша)мембранасы қалыңдығы 4-5 нм-дей липидті қосқабаттан тұрады.Онда гликолипидтер,холестерол және фосфолипидтер боладыли. Гликолипидтердің гидрофильді (сулы ортаға бағытталған)бөлімі олто сахоридтерден түзілген. .Гликолипидтер әр уақытта плазмалық мембрананың сыртқы беткейінде орналасады:Холестерол молекулалары сан жағынан фосфолипидтерге тең келеді және соңғылардыңарасында жатады,мембрана тұрақтылығын қамтамасыз етеді.Мембрананың ішкі және сырт қы қабаттарында липидтер біркелкі орналаспаған.Тіпті бір қабаттыңөзінде липидтердің бір түрі ғана шоғырланған учаскелер болады.Мембраналарды жалпы алғанда инертті деп саналатын липидті матриксінің ең басты функционалдық элементтері-белоктар.Әр түрлі мембранадағы олардың үлесі 25-75% арасында.Кейбір белоктар мембраналарының сыртқы және ішкі қабаттарын тұтастай бойлап орналасса,басқалары тек бір қабатта ғана жатады.Белоктың молекулаларының гидрофойты топтары әдетте липидті мембранаға батырылған түрінде,ал оның полярлы гидрофильді топтары мембрана беткейінде сулы фазаға батырылған күйде болады.Клетка көлемінің шамамен алғанда жаршысын органеллалар алып жатады.Олар цитозольден (цитоплазмадан)мембраналар арқылы бөлінген. Клетка ішіндегі органеллалар мембраналардың аумағы плазмалық мембраналардан ең кемі 10 есе артық:Бұл мембраналар жүйесін құрайтындар: эндоплазмалық ретикулум,рибосомалар, Гольджи апараты лизосомалар, терокси сомалар, ядро және митохондриялар Клеткалық мембраналар атқаратын қызметтерді былайша топтауға болады.
- Тосқауылдық қызмет. Мұның мәнісі мемрана арнайы механизимдердің көмегімен еркін диддузияға кездегі келтіре отырып, концентрациялық градиенттер тудыруға қатысады. Ал бұл электрогенез де электр тогын тудыруда (тыныштық потенциалы, әрекет потенциалы, биоэлектрлік толқындарды тарату механизмдерінде) үлкен рөл атқарады.
- Реттеуші қызмет клетка сыртындағы биологиялық белсенді заттар әсерін сезу арқылы клетка ішіндегі орта құрамы мен ондағы рекцияларды нәзік реттеуді іске асыру.Бұдан мембранадағы ферменттік жүйелер белсенділігі өзгереді және соңғы аралық заттар (мессенджерлер) механизмі іске қосылады.
- Мембранадағы рецепторлар табиғаты электрлік емес сыртқы әсерлерді электр сигналдарына (қозу толқындарына) айналдырады.
- Синапостық соңғы тармақтар ұщындағы нейромедиаторларды босатады (өткізеді)
Мембраналардың электірлік сипаттамаларының ішінен оның сиымдылығы (см) мен өткізгіштігін ерекше атау керек.
Сыйымдылық (см) қасиеттерді негізінен фосфолипидті қосқабат анықтайды.Ол гидратталған иондарды өткізбейді, бірақ сөйте тұра өте жұқа (5нм шамасында) болғандықтан,зарядтардың бөлініп орналасуы мен қорлануына және катиондар мен аниондардың электростатикалық өзара әрекеттесуіне жағдай жасайды.Мұнымен қатар, клетка мембранасының сымдылық қасиеттері оның өзінде жүретін электірлік процестердің уақыттық сипаттамаларын айқындаушы себептердің бірі деп есептеледі.
Өткізгіштік (д- проводимость)-электірлік кедергіге кері шама және ол белгілі бір ион үшін жалпы трансмембраналық ток шамасының оның трансмембраналық патенциал айырымын қамтамассыз ететін шамасына қатынасына тең болады.
Фосфолипидті қосқабат (бислой) арқылы әртүрлі заттар диффуздана алады,әрі сүзіп өткізушілік (Р- проницаемость) яғни клетка мембранасының бұл заттарды өткізіп жіберуі қабілеті диффузданатын заттың екі жағындағы концентрацияларының (мөлшерлерінің) айырымына,оның липидтерде ерігіштігіне және клетка мембранасының қасиеттеріне байланысты.
Клетка мембранасы клетка ішіндегі сұйықтықты оның сыртындағыдан (интерстициалдық сұйықтықтан)бөліп тұратындығы белгілі.Ал қан плазмасын бадан капиллярлар қабырғасы бөліп тұрады.Интерстициалдық (клеткааралық) сұйықтық клетка сыртындағы сұйықтықтың бір бөлігі (қалғаны тамырларда болады).Клетка сыртындағы сұйықтықта денедегі барлық судың үштен бірі болады,ал қалған үштен екісі клетка ішіндегі сұйықтықта.Аталған сұйықтықтардағы электролиттердің және коллоидты заттардың концентрациаларында айтарлықтай айырмашылықтар бар.Мәселен,интерстициалдық сұйықтықта клетка ішіндегімен және плазмамен салыстырғанда белоктар,аниондар аз болады да,натрий және хлор иондары артық болады;калий керісінше,клетка ішінде көп.Бұл тайырмашылықтарсол сұйық орталарды бір-бірінен бөліп тұрғантосқауылдар-клетка мембраналарының қасиеттеріне байланысты.Осыған орай түрлі заттардың бір ортадан екінші ортаға өтуі(тасмалы)түсіндіріледі.
Тосқауылдың заттарды өткізуі пассивті және белсенді механизмдерге негізделген.Пассивті механизмге диффузия,сүзілу (фильтрация) және осмос жатады.Бұлар орындалу үшін әдетте энергия шығындалмайды (жұмсалмайды).Белсенді тасымал жүру үшін арнайы энергия көздері қызмет етюді,яғни энергия жұмсалады.
Сұйықтықтағы иондар мен малекулалардың бір ортадан екінші ортаға диффузия арқылы өтуі олаодың сол орталардағы концентрація айырмашылықтарына (градиентеріне) байланысты болады.Мембрана арқылы бұлар концентрациясы көп жақтан олардың концентрациясы аз жағына қарай өтеді.Клетка мембранасы арқылы суда жақсыеритіндер (гидрофильділер)де және онда еруі қиын немесе ерімейтіндер (гидрофобтылар) заттар да өте алады.Гидрофобты,бірақ майда еритін заттар мембрана липидтерінде ері ген күйде диффузданады.Су және онда жақсы еритін заттар мембрананың көмірсутекті облысындағы кинкалар деп аталатын уақытша “жыртықтар” арқылы және гидрофильді учаскілерде тұрақты болатын саңылаулар арқылы өтеді.
Иондар диффузиясы мембранадағы иондық канал- дар деп аталатын маманданған белокты құрылымдар арқылы іске асады.Натрий,калий,калций,хлор,натрий-калций каналдары болады.Жоғарыда сөз еткен жай (қарапайым) диффузияға қарағанда иондардың каналдар арқылы тасымалдануының өз ерекшеліктері бар.Каналдарда арнайы”қақпалар”болатындықтан,олар ашық, жабық және инактивтелген күйлерде бола алады.Каналдардың бір күйден екінші күйге ауысуы мембранағы электрлік потенциалдар айырымының өзгерістерімен немесе физиологиялық белсенді заттардың рецепторлармен өзара әрекеттесуі арқылы басқарылады.Осыған орай иондық каналдарды потенціал-тәелділер және рецептор басқаратындар деп бөледі.Каналдың ион өткізетін селективтік(іріктеуші) сүзгісінің диаметрі тиісті ион үлкендігіне сай келеді.
Біраз заттар (моносахаридтер,амин қышқылдарды) клеткалардың биологиялық мембраналары арқылы жай диффузия көмегімен өте алмайды.Олардың тасылуы жеңілденген диффузия арқылы іске асады.Жеңілденген болатын себебі,ондай заттардың концентрациялық градіент бойынша диффуздануы ерекше белокты молекулалар –тасымалдаушылар қатысуында орындалады.
Na+, K+, CI—, Li+, Ca2+,және Н+ иондарының тасылуын специфкалық тасымалдаушылар атқара алады.Мембраналық тасымалдаудың бұл түріне тән болатын ерекшеліктер : жай диффузияға қарағанда заттар тасылуының тез жүретіндігі,белокты молекуланың құрылысына байланыстылығы,молекулалар санының аз көптігі (қанығу деңгейі),конкуренція (бәсеке),спецификалық ингибиторларға (жеңілденген диффузияны басып әлсірететін қосылыстарға)сезгіштігі.Бұлардың бәрі белоктар –тасымалдаушылар ерекшеліктеріне және олардың мембранадағы санының шектелуі екеніне байланысты.Тасымалданатын заттардың мөлшері белгілі бір шамаға жеткенде мембранадабос тасмалдаушы болмай қалады, яғни олардың бәріне тасмалданатын ион немесе молекула жайғасады да, сод себептен заттар мөлшерінің бадан әрі көбеюі олардың өтетін санының көбеюін тудырмайды.Мұны қанығу құбылысы деп атайды. Кейбір молекулалық құбылыстары ұқсас заттар тасылуы үшін тасмалдаушылардың бір Турін пайдаланады. Мұндайда ол заттар тасмалдаушы үшін “күреседі”.мұны бәсеке (конкуренция) құбылысы дейді.
Жеңілденген диффузияның бірнеше түрі бар.Мембрана арқылы иондардың немесе молекулалардың (мыс глюкоза, амин қышқылдарының немесе молекулалардың эпителиоциттердің базальдық мембранасы арқылы өтуі) тасмалы ол жерде басқа құбылыстардың бар-жоқтығына немесе тасылып –тасылмайтынына қарамай орындала алады.Мұны уницорт деп атайды.
Сим порт кезінде бірнеше қосылыс бір мезгілде, бір бағытта тасылады (қант пен амин қышқылдарының Na+ тәуелді тасылу).
Анти порт- бір заттың бір бағытта өтуімен бір мезгілде келесі заттың кері бағытта тасмалдануы. Мысалы, бұл алмасуды былай жұптауға болады; Na+-Ca2+,Na+-H—, Cl-HCO— т.
Сим порт пен антипорт- котранспорттың түрлері.Бұларда тасмал жылдамдығы оған қатысатын барлық элементтер бақылауында болады.
Осмос- мембрана арқылы еріткіштің (судың) концентрациясы төмен ерітіндіден концентрациясы жоғары ерітіндіге қарай өтуі. Кілетканың көлемі көнесе оның ішіндегі судың шамасына байланысты болады.Кілечка еш уақытта өзін қоршаған ортамен толық теңдік күйде болмайды. Плазмалық мембрана арқылы үздіксіз қозғалыста болатын молекулалармен бондар кілечка ішіндегі заттар концентрациясын өзгертеді, ендеше ондағы осмос қысымы да өзгереді.Осыған орай кілеткадағы судың түсі немесе одан шығуы іске асып отырады. Сондықтан да ол өзінің тиісті көлемін түрақты ұстай алады. Әрине бұл үшін белгілі дәрежеде энергия жұмсалады.Сол себептен де кілечка ішінде оның сыртқы ортасымен салыстырғанда диффузияланбайтын заттар (белоктар, нуклеїн қышқылдар т.б) концентрациясы артық болады.
Жалпы алғанда, қабырғасы қасаң емес клетакалардың көлемін үш фактор анықтайды ;а) олардың ішіндегі мембрана арқылы өте алмайтын заттар мөлшері ә) интерстицидегі мембрана арқылы өте алатын заттар концентрациясы б) кілеткаға енетін (түсетін) және одан шығатын (шығарылатын ) заттар ағыны жылдамдықтардың арақатынасы.
Клетка мембранасының серпінділік қасиеті судың клеткаға түсуіне кедергі келтіретін гидроситатикалық қысымды тудырады. Екі ореада гидроситатикалық қысым айырымы болған жағдайда су оларды бөліп тұрған тосқауылды саңылаулары арқылы сүзіледі.Сүзілу (фильтрация) көптеген физиологиялық просестер барысында байқалады .Мәселен, бүйректегі не фронда алғашқы несеп васалу қанның сұйық бөлімінің сүзілуінен басталады , капиллярларда қан мен ұлпа сұйықтығы арасындағы су алмасу сүзілуге негізделген т.б .
Белсенді тасымал. Бұл арқылы заттар концентрациялық және электрохимиялық градиентке кері бағытта өтеді,яғни диффузиядағы да көп жақтан аз жаққа емес,аз жақтан көп жаққа тасымалданады.Бұл үшін жұмсалатын энергия АҮФ-тің гидролизінен босайды немесе басқа бір иондар концентрацияларының градиентінен (көбінесе натрийдің)пайда болады.Заттардың белсенді тасымалы үшін керек энергия көзі АҮФ гидролизі болған жағдайда тасымалды алғашқы белсенді деп атайды.Бір заттың мембрана арқылы концентрациялық градиентке кері өтуі басқа бір заттың белсенді тасылу процесінен ткған концентрациялық градиентэнергиясының есебінен жүрсе,мұны соңғы белсенді тасымал деп атайды.