Hücre zarları, hücreyi korur ve düzenler. Her hücrenin bir dış plazma zarı vardır; bu zar hem hücreye giren maddeleri, hem de bu maddelerin miktarını düzenler.

Prokaryotlardan farklı olarak, ökaryotik hücreler ayrıca bir de içsel zara sahiptir; bu zar da organelleri kılıflar ve temel hücre bileşenlerinin alışverişini kontrol eder. Her iki zar çeşidi de kapı kollama işlevlerini kolaylaştıracak özelleşmiş bir yapıya sahiptir.

Hücre Zarlarının Bileşenleri

Birkaç istisna dışında, hücre zarları (plazma zarları ve içsel zarlar dahil) gliserofosfolipidlerden yani gliserol, bir fosfat grubu ve iki yağ asidi zincirinden oluşan moleküllerden mürekkeptir. Gliserol, zar lipidleri için omurga görevi gören üç karbonlu bir moleküldür.

Tek bir gliserofosfolipidin içinde, yağ asitleri birinci ve ikinci karbona tutunur; fosfat grubu da gliserol omurganın üçüncü karbonuna tutunur. Fosfata ise değişken kafa grupları tutunur. Bu moleküllerin boşluk-doldurmalı modelleri, silindirik şekillerini açığa çıkarmıştır; bu geometri, gliserofosfolipidlerin geniş yapraklar oluşturacak şekilde yan yana hizâlanmasına olanak tanır (Figür 1).

Gliserofosfolipidler, şimdiye dek hücre zarlarında en bol bulunan lipidler olmuştur. Tüm lipidler gibi suda çözünebilirler ama benzersiz geometrileri onların herhangi bir enerji girdisi olmadan katmanlar (İng. bilayers; çift katmanlar) hâlinde birikmesine neden olur. Bunun nedeni çift yüzlü moleküller olmalarıdır; hidrofilik (su seven) fosfat kafaları ve hidrofobik (sudan kaçınan) hidrokarbon yağ asiti kuyrukları vardır. Suyun içinde, bu moleküller kendiliğinden (spontane biçimde) hizâlanır; kafaları dışa dönerken, kuyrukları da katmanın iç kısmına sıralanır. Böylece, bir hücrenin plazma zarındaki gliserofosfolipidlerin hidrofilik kafaları, hem su-bazlı sitoplazmaya hem de hücrenin dışına bakar.

 

Lipidlere ek olarak, zarlar proteinlerle doludur. Aslında, proteinler çoğu hücresel zarın kütlesinin yaklaşık yarısını oluşturur. Bu proteinlerin çoğu zara gömülüdür ve uçları iki tarafa da çıkıntı yapar; bunlara trans-zar proteinler denir.
Bu proteinlerin, hidrokarbon kuyrukların ortasına yuvalanan kısımları, hidrofobik yüzey özelliklerine sahiptir; çıkıntı yapan kısımlar ise hidrofiliktir (Figür 2).

Fizyolojik sıcaklıklarda, hücre zarları akışkandır; daha soğuk sıcaklıklarda jelimsi duruma gelirler. Zar yapısını ve dinamiğini modelleyen bilimciler zarı, trans-zar proteinlerin lipid katman içinde yanlamasına ilerleyebildiği bir akışkan moziği olarak tanımlar. O hâlde, bir hücresel zarı meydana getiren lipidlerin ve proteinlerin yığınının oluşumu ve işleyişi, doğal biyofiziksel özelliklere dayanır. Canlı hücrelerde ise çoğu proteinin hareket serbestisi yoktur. Genellikle hücrenin dışındaki proteinlere, hücrenin içindeki hücre-iskeleti öğelerine veya bunların her ikisine uzanan yularlar tarafından zarın içindeki yerlerine mıhlanırlar.

Zarlar Ne Yapar?

Hücre zarları bariyer ve muhafızdır. Yarı-geçirgendirler yani lipid katmandan bazı moleküller sızabilirken, bazıları geçemez. Oksijen ve karbon dioksit gibi küçük hidrofobik moleküller ve gazlar, zarlardan hızla geçer. Su ve etanol gibi küçük kutupsal moleküller de zarlardan geçebilir ama bu daha yavaş olur. Öte yandan hücre zarları, iyonlar ve büyük moleküller (örn. şekerler ve amino asitler) gibi yüksek ölçüde yüklü moleküllerin difüzyonunu sınırlar. Bu moleküllerin geçişi, zara gömülü olan belirli ulaştırma (taşınım) proteinlerine dayanır.

Zar taşınım proteinleri, taşıdıkları moleküllere özgü ve seçicidir; genellikle geçişi katalizlemek için enerji kullanırlar. Ayrıca, bu proteinler bazı besinleri derişim gradyanına (derecesine) karşı taşır ki bu da ilave enerji gerektirir. Derişim gradyanlarını sürdürme ve bazen onlara karşı malzeme taşıma becerisi, hücre sağlığı ve sürdürülebilirliği için yaşamsal önemdedir. Zar bariyerleri ve taşınım proteinleri sayesinde, hücre besinleri çevrede bulunandan daha yüksek derişimlerde biriktirebilir ve tersine, atık ürünlerden kurtulabilir (Figur 3). Diğer trans-zar proteinlerin iletişimle ilgili görevleri vardır. Bu proteinler, hormonlar ve bağışıklık aracıları gibi sinyalleri hücre-dışı kısımlarına bağlar. Bağlanma, hücre-içi mesajcı moleküllere bir sinyal ileten proteinde konformasyonel (şekilsel) bir değişikliğe neden olur. Taşınım proteinleri gibi, almaç proteinler de bağlandıkları moleküllere özgü ve seçicidir (Figur 4).

Çepersel zar proteinleri zarla ilişkilidir ama katmanın içinde değildirler. Genellikle zardaki diğer proteinlere bağlıdırlar. Bazı çepersel proteinler, trans-zar proteinler için tutunma bölgeleri sağlayan zarın hemen altında ipliksi bir ağ oluşturur. Diğer çepersel proteinler hücre tarafından salgılanır ve hücre tanınmasında rol oynayan hücre-dışı bir matriks meydana getirir.

Hücre Zarlarının Çeşitliliği

Prokaryotların tersine, ökaryotik hücrelerde hücrenin bütününü saran bir plazma zarın yanı sıra çeşitli organelleri çevreleyen hücre-içi zarlar da bulunur. Böyle hücrelerde plazma zarı, endoplazmik retikulumu (ER), çekirdeksel zarı, Golgi cisimciğini ve lizozomları da kapsayan geniş bir içzar sisteminin parçasıdır. Zar bileşenleri, içzar sistemi boyunca organize bir şekilde değiş-tokuş edilir. Örneğin, ER'nin Golgi cisimciğinin zarları farklı bileşimlerdedir; bu zarlarda bulunan proteinler, moleküler posta kodları gibi olup varış noktalarını belirten sıralayıcı sinyaller içerir. Mitokondriler ve kloroplastlar da zarlarla çevrilidir ama zar yapıları sıradışıdır; özellikle belirtmek gerekirse, bu organellerin herbirinde bir yerine iki tane çevreleyici zar bulunur. Mitokondrilerin ve kloroplastların dış zarlarında gözenekler vardır ve bunlar küçük moleküllerin kolayca geçişine izin verir. İç zar ise elektron taşınım zincirini meydana getiren ve hücre için enerji üretimine yardım eden proteinlerle doludur. Mitokondrilerin ve kloroplastların çift zarlı kılıfları, bazı modern çağ prokaryotlarına benzerdir ve bu organellerin evrimsel kökenlerini yansıttığı düşünülmektedir.

Sonuç

Zarlar, lipidlerden ve proteinlerden oluşur. Hücreler ve hücre-içi organeller için çeşitli engelleyici işlevleri vardır. Zarlar dışarıyı "dışarıda", içeriyi de "içeride" tutar. Sadece belirli moleküllerin girişine izin verir ve bir dizi moleküler olay yoluyla mesaj iletimi yapar.