Stoplasmik membran yapısı:

Sitoplazmik membrannın 8 nm. kalınlığında ince bir yapısı vardır. Hücreyi dış ortamdan ayırır. Yüksek derecede seçici geçirgen bir özelliğe sahiptir. Hücre duvarının altında, sitoplazmayı saran çok ince bir zar kalınlığında (membran) vardır. Sitoplazmik zar veya sitoplazmik membran ismi verilen bu zarın kalınlığı 6-10 nm arasındadır. Hücreyi dış ortamdan ayırır. Yüksek derecede seçici geçirgen bir özelliğe sahiptir. Sitoplazmik zar ile hücre duvarı (dış membran) arasında "periplazmik boşluk" bulunur (Gram pozitif bakterilerde bulunmaz). Sitoplazmik zar belli noktalardan hücre içerisine doğru uzanarak keseler oluşturur. Buna "mezozom" denir. Sitoplazmik zarın kuru ağırlığının % 50-70 'ini proteinler, % 20-30'unu fosfolipitler teşkil ederler.

Yapılan incelemelerde sitoplazmik zarın fosfolipit-protein ikili tabakası şeklinde olduğu görülmüştür. Fosfolipitlerde hidrofobik karakterde yağ asitleri (iç kısmında) ve hidrofilik karakterde gliseroller (dış kısmında) bulunmaktadır. İntegral proteinler zarda %70-80 oranındadır. Eksintrik proteinler ise zarda %20-30 oranın da bulunurlar. Sitoplasmik membranın tüm yapısı hidrojen bağları ile ve hidrofobik interaksiyonlar ile stabilize edilir. Ayrıca Mg2+ ve Ca2+ gibi katyonlar fosfolipitlerin negatif yüklerine iyonik olarak bağlanarak membranı stabilize etmeye yardımcı olur. 

Sitoplazmik membranın dış yüzeyi çeşitli proteinlerle temastadır. Bu proteinler substratları bağlarlar veya hücre içine büyük moleküllerin taşınmasında rol alırlar (periplasmik proteinler). Sitoplazmik membranın iç yüzü sitoplazmaya bakar ve enerji üretim işine iştirak eden proteinlerle temas halindedir.

       Sitoplazmik membran sıvı mozaik modelindedir. Bu durum ökaryotik hücrelere benzerlik gösterir. Esas farklılık, bakterilerin sitoplazmik zarlarında "sterol" lerin bulunmayışıdır (Mycoplasma'larda sterol vardır). Ökaryotik hücrelerde özel organeller tarafından yapılan görevler, prokaryotlarda sitoplazmik zar tarafından yerine getirilir.

Sitoplasmik membranın görevi

Sitoplazmik membran yanlız hücre içi ile hücre dışını ayırmada bariyer görevi görmez. Bu yapı hücre fonksiyonlarında büyük rol alır, besin geçişini ve artık maddelerin atılmasını sağlar. Sitoplazma sıvı yapıda olup içerisinde tuzlar, şekerler, amino asitler, vitaminler, koenzimler ve pek çok diğer suda eriyebilen maddeler vardır. Sitoplazmanın hidrofobik bölgesi sıkı bariyer oluşturur ve maddelerin geçişini kısıtlar. Bazı küçük polar olmayan ve yağda eriyebilen maddeler hücreye rahatça girip çıkarlar (yağ asitlari, alkol, benzen). Yüklü moleküller ve hidrofilik olanlar membrandan rahatça geçemezler ve özel olarak taşınırlar (organik asitler, amino asitler ve inorganik tuzlar). Küçük H+ iyonu bile membrandan basitçe geçemez çünkü bu solüsyonda hidronyum iyonu halinde bulunur (H3 O'). Su molekülü her zaman serbestçe girip çıkabilir çünkü su molekülü küçük ve yüksüzdür. Yani kısaca sitoplazmik membranın 3 ana temel görevi vardır;

1. Osmotik basıncın ayarlanması ve Permeabilite bariyeri: hücrenin içine ve dışına besinlerin taşınması ve sızıntıyı önler.

2. Proteinlerin bulunduğu kısım: Burada bulunan proteinler taşıma, biyoenerjitik   ve kemotaksis olayında rol alır

3. Sitoplazmik zarda çeşitli görevleri bulunan üniteler enzimler ve diğer  maddeler vardır. Bunların bir kısmı hücre duvarının sentezinde, bir kısmı solunum işleminde, fotosentez olayında görev yaparlar.

4. Periplazmik boşlukta özel hidrolitik enzimler birikir. Bu enzimler hücre duvarım geçerek dışarıda bulunan büyük moleküllü bileşikleri daha küçük ünitelere ayırırlar. Sitoplazmik zardan geçebilecek küçüklüğe kadar parçalanan bu maddeler, yine sitoplazmik zarda bulunan "permeaz" enzimleri vasıtasıyla sitoplazmaya nakledilirler.

5. Hücre çoğalmasında ve mezozomların oluşumunda görev alırlar.

Membranı dayanıklı hale getiren yapılar: Steroller ve haponoidler

Ökaryotik ve prokaryotik hücrelerin membranlarının kimyasal kompozisyonları farklıdır. Ökaryotların membranlarında steroller vardır. Bunlar ökaryotik membran lipitlerinin %5-25 'ı kadardır. Steroller katı düz moleküllerdir. Buna karşılık yağ asitleri ise esnektir. Sterollerin bağlanması ile bu yapılar, stabilize olur ve esnekliği azalır. Membranın sertliği ökaryotlar için hücre stabilitesinin sağlanması, görevlerini iyi yapabilmesi ve aynı zamanda dışarıdan gelebilecek olan mekanik zararı önlemesi açısından önemlidir.

Antibiyotiklerin bir grubu olan polyenler (fılipin, condicidin....) sterollerle etkileştiğinde membranı distabilize eder. Ancak bu prokaryotlarda aynı etkiyi yapmaz. Çünkü onların membranlarında steroller yoktur (Mikoplazmalarda hücre duvarı yok, bunun yerine sterol içeren sitoplazmik membran vardır). Sterollerle moleküler yakınlık gösteren haponoidler (C30 haponoid diploptene) bir çok bakterilerde bulunur. Anaerobik prokaryotlarda  vardır. Bunlar sterollerle aynı görevi yaparlar.

Arkeobakteri membranı

Bakteri ve ökaryotlarda sitoplazmik membranda gliserol ve yağ asidi arasında ester bağları vardır. Arkeobakterilerde ise yağ asitleri yoktur. Bunlarda gliserol ile isoprene olarak adlandırılan ve tekrarlayan hidrokarbon üniteleri (hidrofobik yan zincirler) arasında eter bağları vardır. Gliserol dietherler ve gliserol tetraetherler.    Arkeabakterilerde bulunan en yaygın lipidlerdir. Arkeobakteri membranında lipid bilayer yerine lipid monolayer vardır. Hipertermofılik arkealar bu sayede  yüksek  sıcaklıklarda  gelişebilirler (bilayer  tabaka yüksek ısıda ayrılabilir)

Özet:

Sitoplazmik membran yüksek seçici geçirgendir. Lipid ve proteinden oluşur. Hidrofobik ve hidrofilik kısımları bulunur. Sterol ve haponoidler membranın akışkanlığını azaltırlar. Bakteri ve ökaryotlar dışında arkealarda sitoplazmik membranda eter bağları vardır ve bazılarında monolayer tabakası bulunur.

Membran taşıma (transport) proteinleri:

l. Uniporter: Tek madde taşır (K+)

2. Simporter: Maddeler aynı yönde   taşınır (PO4 ,SO4 , H+)ile birlikte geçer).

3. Antiporter: Maddeler zıt yönde taşınır (Na+ dışarı çıkarken H+ içeri girer.)

Özet:

Sitoplazmik membran difüzyon için büyük bir engel olmasına rağmen taşıma, özel transport olayları ile besinlerin hücre içine girmesini sağlar. Birçok transport reaksiyonu enerji gerektirir. Grup translokasyonunda taşınan maddeler kimyasal değişime uğrarlar, aktif taşımada ise değişime uğramazlar. Birçok aktif taşıma olayında proton motiv güç kaynağıdır.

1. Transport proteinleri neden gereklidir?

2. Simporter in antiporterlardan farkı nedir?

3. Aktif taşımada olan konsantrasyon yoğunluğu neden grup translokasyonunda olmaz?