तरल मोज़ेक मॉडल(Fluid Mosaic Model)
द्रव मोज़ेक मॉडल परिभाषा
द्रव मोज़ेक मॉडल जैविक झिल्लियों को समझने का एक तरीका है, जो अधिकांश प्रायोगिक अवलोकनों के अनुरूप है। यह मॉडल बताता है कि एक झिल्ली के घटक जैसे प्रोटीन या ग्लाइकोलिपिड्स, फॉस्फोलिपिड्स के समुद्र द्वारा बनाए गए द्रव जैसे वातावरण में एक मोबाइल मोज़ेक बनाते हैं। पार्श्व आंदोलनों के लिए प्रतिबंध हैं, और झिल्ली के भीतर उपडोमेन के विशिष्ट कार्य हैं।
द्रव मोज़ेक मॉडल का विकास
दुनिया भर के वैज्ञानिकों के श्रमसाध्य कार्य के माध्यम से इस मॉडल को कई वर्षों में विकसित किया गया था। यह परिकल्पना के साथ शुरू हुआ कि झिल्ली एक लिपिड बाईलेयर से बनी थी, जहां झिल्ली फॉस्फोलिपिड एक दोहरी परत में स्व-संयोजित होती है, जिसमें गैर-ध्रुवीय, हाइड्रोफोबिक पूंछ एक दूसरे का सामना करती हैं। हाइड्रोफिलिक 'हेड' क्षेत्र साइटोसोल और बाह्य क्षेत्र का सामना करते हैं। यह कोशिका झिल्लियों को निकालकर और लिपिड को एक परत में फैलाकर सत्यापित किया गया था। इस मोनोलेयर का समग्र सतह क्षेत्र प्लाज्मा झिल्ली से दोगुना था, इस विचार का समर्थन करते हुए कि लिपिड ने एक बाइलेयर का गठन किया।
हालाँकि, यह केवल शुरुआत थी, क्योंकि यह स्पष्ट हो गया था कि कोशिका झिल्लियों को उनके विभिन्न जैव-भौतिक गुणों को ध्यान में रखते हुए अधिक घटकों से बनाया जाना था। उदाहरण के लिए, शुद्ध लिपिड के विपरीत, कोशिका झिल्ली बहुत आसानी से नहीं जमती है। भारी ध्रुवीय अणुओं के लिए झिल्ली की पारगम्यता की व्याख्या भी नहीं की जा सकी।
लिपिड बाइलेयर मॉडल प्रस्तावित किए जाने के 25 से अधिक वर्षों के बाद, कोशिका झिल्लियों को पहली बार 1950 के दशक में देखा गया था। प्रारंभिक प्रेक्षणों से प्रतीत होता है कि लिपिड झिल्ली को प्रोटीन की पतली चादरों द्वारा दोनों तरफ लेपित किया गया था। हालाँकि, 1972 में, दो वैज्ञानिकों, सिंगर और निकोलसन ने द्रव मोज़ेक मॉडल बनाने के लिए इसे परिष्कृत किया। इसमें फॉस्फोलिपिड बाईलेयर को विभिन्न प्रोटीनों द्वारा छिद्रित बताया गया था जो लिपिड झिल्ली में मोज़ेक जैसा पैटर्न बनाते थे। ये प्रोटीन पूरे झिल्ली को पार कर सकते हैं, या दो लिपिड परतों में से एक के साथ बातचीत कर सकते हैं। कुछ प्रोटीन केवल एक छोटी लिपिड श्रृंखला के माध्यम से ही झिल्ली से जुड़े रह सकते हैं।
झिल्ली तरल होती है, लेकिन इसमें एक अंतर्निहित संरचना भी होती है, जो साइटोस्केलेटन से जुड़ी होती है। झिल्ली बनाने वाले लिपिड मैट्रिक्स की द्रव प्रकृति को पहले एक प्रयोग द्वारा चित्रित किया गया था जहां विभिन्न रचनाओं वली झिल्लियों को कृत्रिम रूप से जोड़ा गया था। दोनों कोशिकाओं के प्रोटीन ने एक घंटे से भी कम समय में खुद को पूरे जुड़े हुए झिल्ली में पुनर्वितरित कर दिया।
छवि इस मॉडल को दर्शाती है, और विभिन्न प्रकार के अभिन्न झिल्ली प्रोटीन के साथ-साथ कोलेस्ट्रॉल, ग्लाइकोप्रोटीन और ग्लाइकोलिपिड्स के साथ लिपिड बाईलेयर को दर्शाती है। छवि साइटोस्केलेटन को झिल्ली की एंकरिंग भी दिखाती है।
अब, उन्नत इमेजिंग तकनीकों के साथ, कुछ झिल्लियों का बहुत गहराई से अध्ययन किया गया है, एक नैनोमीटर से कम के रिज़ॉल्यूशन के लिए। ये छवियां झिल्ली के भीतर विभिन्न पॉलीपेप्टाइड श्रृंखलाओं और लिपिड के सापेक्ष स्थान को भी प्रकट कर सकती हैं।
जैविक झिल्लियों के कार्य और घटक
कोशिका झिल्लियों का मुख्य कार्य कोशिका के भीतरी और बाहरी क्षेत्रों का सीमांकन करना है। कोशिका के भीतर, जीवों की झिल्लियां उपकोशिकीय संरचनाओं के लिए समान कार्य करती हैं।
यह कार्य एक चेतावनी के साथ आता है - सेल को बाहरी वातावरण के साथ सक्रिय रूप से संचार करने, सामग्रियों का आदान-प्रदान करने, साथ ही महत्वपूर्ण पोषक तत्वों को बनाए रखने और हानिकारक पदार्थों को बाहर रखने की आवश्यकता होती है। जैविक झिल्लियों के घटक और संरचना इन भूमिकाओं को पूरा करने और उनकी चयनात्मक पारगम्यता को बनाए रखने में मदद करते हैं।
जैविक झिल्लियाँ, विशेष रूप से कोशिका झिल्लियाँ फॉस्फोलिपिड्स, कोलेस्ट्रॉल और प्रोटीन से बनी होती हैं।
फॉस्फोलिपिड
पहला फास्फोलिपिड बाइलेयर है जो दोनों तरफ जलीय वातावरण को अलग करने वाली एक हाइड्रोफोबिक परत बनाता है। फास्फोलिपिड्स एम्फीपैथिक अणु होते हैं जिनमें एक ध्रुवीय, हाइड्रोफिलिक 'सिर' क्षेत्र होता है जो एक फॉस्फेट समूह द्वारा गठित होता है और गैर-ध्रुवीय हाइड्रोफोबिक 'पूंछ' जिसमें दो लंबी श्रृंखला वाले फैटी एसिड होते हैं। ये दो खंड सहसंयोजक रूप से एक ग्लिसरॉल अणु से जुड़े होते हैं।
छवि एक फॉस्फोलिपिड की रासायनिक संरचना का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व दिखाती है, जिसमें R1 और R2 दो फैटी एसिड श्रृंखलाओं का जिक्र करते हैं। आमतौर पर, दो फैटी एसिड में से एक असंतृप्त होगा, जिसमें दो कार्बन परमाणुओं के बीच कम से कम एक दोहरा बंधन होगा।
जैसा कि छवि में देखा गया है, एक असंतृप्त वसा अम्ल की संरचना में एक गुत्थी होती है। यह एक महत्वपूर्ण विशेषता है जो झिल्ली की तरलता, तन्य शक्ति और पारगम्यता को प्रभावित करती है।
प्रोटीन
इसके अलावा, झिल्ली में तीन प्रकार के प्रोटीन होते हैं। इंटीग्रल मेम्ब्रेन प्रोटीन पूरे मेम्ब्रेन को फैलाते हैं, आमतौर पर अल्फा-हेलीकॉप्स के साथ ट्रांसमेम्ब्रेन क्षेत्र बनाते हैं। ये प्रोटीन चैनल और छिद्र बनाते हैं जो झिल्ली के हाइड्रोफोबिक खंड में बड़े या ध्रुवीय अणुओं के संचलन की अनुमति देते हैं।
इसके अलावा, झिल्ली के एक पत्रक में प्रोटीन एम्बेडेड हो सकते हैं। ये प्रोटीन अक्सर सिग्नलिंग कैस्केड में उपयोग किए जाते हैं, और वाहक अणुओं के रूप में कार्य कर सकते हैं, झिल्ली के एक खंड से एक संकेत को स्थानांतरित कर सकते हैं और इसे दूसरे क्षेत्र में रिले कर सकते हैं। इन झिल्लियों को परिधीय झिल्ली प्रोटीन कहा जाता है। अंत में, कुछ प्रोटीन बहुत हल्के ढंग से झिल्ली से जुड़े होते हैं, जिसमें हाइड्रोफोबिक क्षेत्र में केवल एक छोटी लिपिड पूंछ डाली जाती है।
झिल्ली के प्रोटीन सहसंयोजक रूप से कार्बोहाइड्रेट से जुड़े हो सकते हैं और ग्लाइकोप्रोटीन बनाते हैं। ये पानी के अणुओं के साथ परस्पर क्रिया कर सकते हैं और झिल्ली को स्थिर कर सकते हैं, साथ ही अंतरकोशिकीय संचार के लिए महत्वपूर्ण उपकरण के रूप में काम कर सकते हैं। वे हार्मोन और न्यूरोट्रांसमीटर के लिए रिसेप्टर्स बनाते हैं।
ग्लाइकोप्रोटीन के लिए अन्य महत्वपूर्ण भूमिका एक प्रकार का 'सेल सिग्नेचर' बनाना है। जब प्रतिरक्षा कोशिकाएं इन ग्लाइकोप्रोटीन को पहचानती हैं, तो वे शरीर की कोशिकाओं को रोगजनकों से अलग करने में सक्षम होती हैं। उदाहरण के लिए, ए, बी और ओ प्रकार में रक्त समूहन, लाल रक्त कोशिकाओं की सतह पर मौजूद ग्लाइकोप्रोटीन के प्रकार पर निर्भर करता है।
कोलेस्ट्रॉल
फॉस्फोलिपिड परत में कोलेस्ट्रॉल की उपस्थिति झिल्ली को अलग-अलग तापमान में भी अपनी पारगम्यता और अखंडता बनाए रखने की अनुमति देती है। यह फॉस्फोलिपिड्स के बीच में डाला गया प्रतीत होता है कोलेस्ट्रॉल कम तापमान पर हाइड्रोफोबिक पूंछों के संघनन के साथ-साथ गर्मी के तहत झिल्ली के विस्तार को रोकता है। इस तरह, कार्बन डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन जैसे छोटे अणु हमेशा झिल्ली के पार स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं, जबकि कोशिका बड़े अणुओं के लिए अपनी चयनात्मक पारगम्यता को बरकरार रखती है।
झिल्ली संरचना के लिए अन्य मॉडल
द्रव मोज़ेक मॉडल को 1980 के दशक की शुरुआत में, मॉरिट्सन और ब्लूम नामक दो वैज्ञानिकों द्वारा झिल्ली संरचना के लिए 'गद्दा मॉडल' बनाने के लिए परिष्कृत किया गया था। उन्होंने इस तथ्य का प्रदर्शन किया कि जबकि पहले के प्रयोगों ने सुझाव दिया था कि संपूर्ण झिल्ली द्रव है और प्रोटीन के मुक्त प्रसार की अनुमति देता है, वास्तव में, प्रत्येक झिल्ली के भीतर उपडोमेन हैं।
उदाहरण के लिए, जब एक ट्रांसमेम्ब्रेन प्रोटीन में एक हाइड्रोफोबिक क्षेत्र होता है जो कोशिका झिल्ली की औसत चौड़ाई से थोड़ा अधिक होता है, तो इस प्रोटीन को समायोजित करने के लिए लिपिड बाइलेयर विकृत हो जाता है। यदि कई प्रोटीन हैं जिनके हाइड्रोफोबिक खिंचाव झिल्ली की चौड़ाई से बिल्कुल मेल नहीं खाते हैं, तो लिपिड बाइलेयर अंत में मोटे और पतले क्षेत्रों के साथ गद्दे की तरह दिखाई देगा।
मोटे क्षेत्र संभावित रूप से एक ढलान बनाते हैं जो प्रोटीन को 'नीचे की ओर' खिसकने देता है, जिससे कुछ क्षेत्रों में प्रोटीन एकत्रीकरण होता है। इसी तरह, इन विकृतियों के परिणामस्वरूप उन प्रोटीनों के आसपास विशिष्ट लिपिड जमा हो सकते हैं। लिपिड राफ्ट की उपस्थिति का सुझाव देने वाले पहले के प्रायोगिक डेटा के साथ बंधे ये अवलोकन, और लिपिड के साथ प्रोटीन के अधिमान्य जुड़ाव ने 'गद्दे मॉडल' का समर्थन किया।
झिल्ली संरचना के आधुनिक मॉडल भी लिपिड रचना के प्रभाव को ध्यान में रखते हैं। कोशिका झिल्लियां कई सौ फॉस्फोलिपिड्स से बनती हैं और उनमें से प्रत्येक विभिन्न फैटी एसिड साइड चेन से बना होता है। ये फैटी एसिड अलग-अलग लंबाई के हो सकते हैं और इनमें संतृप्ति की अलग-अलग डिग्री होती है। झिल्ली के गुणों का अध्ययन करने में थर्मोडायनामिक विचार भी हैं, यहां तक कि शारीरिक तापमान पर भी, कोशिका झिल्ली की मोटाई और विभिन्न लिपिड का वितरण बदल सकता है।
अंत में, झिल्लियों में लिपिड राफ्ट्स नामक संरचनाएं भी होती हैं जिनमें विशेष लिपिड होते हैं, और ग्लाइकोलिपिड्स के माध्यम से झिल्ली से जुड़े कोलेस्ट्रॉल और प्रोटीन होते हैं। लिपिड राफ्ट महत्वपूर्ण उपडोमेन हैं, विशेष रूप से सिग्नल ट्रांसडक्शन के लिए।
संबंधित जीव विज्ञान शर्तें
*एम्फ़िपैथिक अणु - ध्रुवीय हाइड्रोफिलिक क्षेत्रों और गैर-ध्रुवीय हाइड्रोफोबिक क्षेत्रों वाले अणु।
*प्रतिजन - कोई भी अणु जो प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया उत्पन्न करने में सक्षम है।
*सिग्नल ट्रांसडक्शन - सेल के बाहरी हिस्से से आंतरिक तक विद्युत या रासायनिक संकेतों के रूप में सूचना का प्रसारण।
*स्फिंगोलिपिड्स - एक अणु के फैटी एसिड डेरिवेटिव जिसे स्फिंगोसिन कहा जाता है। अक्सर झिल्लीदार लिपिड राफ्ट में देखा जाता है।
*ऊष्मप्रवैगिकी - विज्ञान की वह शाखा जो ऊष्मा और मौलिक मात्राओं जैसे ऊर्जा, कार्य, एन्ट्रापी और तापमान के बीच संबंधों से संबंधित है।
