মেরুকৃত ঝিল্লি

একটি মেরুকৃত ঝিল্লি (Polarized membrane) হল লিপিড দিয়ে গঠিত একটি ঝিল্লি, যার একদিকে ধনাত্মক বৈদ্যুতিক আধান এবং অন্যদিকে ঋণাত্মক আধান থাকে। এটি জীবন্ত কোষে বিশ্রাম বিভব সৃষ্টি করে। একটি ঝিল্লি মেরুকৃত কি না তা নির্ধারিত হয় ঝিল্লির ভেতরে ও বাইরে থাকা প্রোটন এবং আয়নের বণ্টন দেখে। এই আয়নগুলো আয়ন চ্যানেলের মধ্য দিয়ে "নিষ্ক্রিয়ভাবে" অথবা আয়ন পাম্পের সাহায্যে "সক্রিয়ভাবে" চলাচল করে, যার ফলে কর্ম বিভব সৃষ্টি হয়।
মেরুকৃত ঝিল্লিগুলো ফসফোলিপিডের একটি দ্বিস্তর দিয়ে তৈরি। এর মধ্যে প্রোথিত ঝিল্লি প্রোটিনগুলো আণবিক পরিবহন ও ঝিল্লির স্থায়িত্বে সাহায্য করে। অন্যদিকে, লিপিড মূলত গঠন তৈরি করে এবং ঝিল্লি প্রোটিনের শ্রেণিবিন্যাসে ভূমিকা রাখে। ফসফোলিপিডের উভয়মুখী বৈশিষ্ট্যের কারণেই ঝিল্লির এই দ্বিস্তর গঠিত হয়। এই ফসফোলিপিডগুলোর শীর্ষভাগে থাকে একটি পানিআকর্ষি অঞ্চল, যেখানে একটি ফসফেট নানা কার্যকরী মূলকের সাথে যুক্ত থাকে। এই শীর্ষভাগটি কোষের বাইরের দিকে, অর্থাৎ বহিঃকোষীয় জায়গার দিকে এবং কোষের ভেতরের দিকে, অর্থাৎ সাইটোসলিক অঞ্চলের দিকে মুখ করে থাকে। পানিবিকর্ষী ফসফোলিপিডের লেজের অংশটি কার্বন অণুর একটি শৃঙ্খল দিয়ে গঠিত, যা হাইড্রোজেনের সাথে যুক্ত। এই লেজ দু'ধরনের হতে পারে: সম্পৃক্ত অথবা অসম্পৃক্ত যৌগ।
কোষীয় ঝিল্লির মেরুকরণ তৈরি এবং বজায় রাখা হয় ঝিল্লিতে থাকা ঝিল্লি প্রোটিনের মাধ্যমে, বিশেষ করে চ্যানেল প্রোটিন এবং আয়ন পাম্পের সাহায্যে। এগুলো আয়নের "সক্রিয়" ও "নিষ্ক্রিয়" পরিবহনের মাধ্যমে কাজ করে এবং এভাবে তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্ট বজায় রাখে। নির্দিষ্ট আয়নগুলোকে কোষের ভেতরে ও বাইরে পাম্প করার মাধ্যমে এই প্রোটিনগুলো ঝিল্লির একপাশে ধনাত্মক এবং অন্যপাশে ঋণাত্মক আধান তৈরি করে।
এই তড়িৎ-রাসায়নিক প্রবণতা তৈরির মূল হাতিয়ার হলো সোডিয়াম-পটাশিয়াম পাম্প (Na⁺/K⁺ ATPase)। এটি "সক্রিয়" পরিবহনের মাধ্যমে প্রতিবার কাজ করার সময় দুটি পটাশিয়াম (K⁺) আয়ন কোষের ভেতরে প্রবেশ করায় এবং তিনটি সোডিয়াম (Na⁺) আয়ন কোষের বাইরে পাঠায়। এটি একটি পি-শ্রেণির প্রোটিন, অর্থাৎ এটি কাজ করার সময় ফসফোরিলেটেড হয় এবং শক্তির উৎস হিসেবে অ্যাডেনোসিন ট্রাইফসফেট (ATP) ব্যবহার করে।
আয়ন চ্যানেলগুলোও মেরুকরণ তৈরিতে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এগুলো নির্দিষ্ট করে কোন আয়নগুলো ঝিল্লি পার হতে পারবে। ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত আয়ন চ্যানেলগুলো ঝিল্লি বিভবের পরিবর্তন অনুযায়ী সক্রিয় বা নিষ্ক্রিয় হয়। এর ফলে বিভিন্ন আয়ন তাদের ঘনত্বের পার্থক্য অনুসারে নির্দিষ্ট চ্যানেল দিয়ে প্রবাহিত হতে পারে। স্নায়ুতন্ত্রে কর্ম বিভবের বিস্তার ও সংকেত প্রেরণের ক্ষেত্রে এই চ্যানেলগুলো খুবই গুরুত্বপূর্ণ। কারণ, আয়ন চ্যানেলের সাময়িক সক্রিয়করণ ও নিষ্ক্রিয়করণই সংকেত প্রেরণ সম্ভব করে তোলে।
মেরুকৃত ঝিল্লিগুলো কোষের বিভাজন, কোষ থেকে কোষে যোগাযোগ এবং সংকেত প্রেরণে মূল ভূমিকা পালন করে। কোষগুলো সক্রিয়ভাবে তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্ট তৈরি ও বজায় রাখার পাশাপাশি কোষের ভেতরের ও বাইরের পরিবেশ নিয়ন্ত্রণের জন্য মেরুকৃত ঝিল্লি ব্যবহার করে। মেরুকরণ বিভিন্ন ধরনের কোষের জন্যই গুরুত্বপূর্ণ হলেও, নিউরনে এটি বিশেষভাবে প্রয়োজনীয়।
কেন্দ্রীয় ও প্রান্তীয় স্নায়ুতন্ত্রের নিউরনে মেরুকৃত ঝিল্লিগুলো কর্ম বিভবের বিস্তার ও সংকেত প্রেরণে সহায়তা করে। আগেই বলা হয়েছে, এই মেরুকরণ সোডিয়াম-পটাশিয়াম পাম্প এবং অন্যান্য আয়ন চ্যানেলের সমন্বিত প্রচেষ্টায় বজায় থাকে, যা তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্ট অক্ষুণ্ন রাখে। এই কর্ম বিভবগুলো নিউরনকে নিউরোট্রান্সমিটার মুক্ত করতে সংকেত দেয়। এর ফলে অন্য নিউরনে আরও মেরুকরণ হয় অথবা সরাসরি কোনো প্রতিক্রিয়া সৃষ্টি হয়।
লাইসোসোমে কোষের ভেতরের ভারসাম্য (হোমিওস্ট্যাসিস) বজায় রাখতেও মেরুকৃত ঝিল্লি কাজ করে। লাইসোসোমগুলো হল কোষের অঙ্গাণু যেগুলো খুবই অম্লীয় প্রকৃতির এবং এতে প্রোটিয়েজ নামক এনজাইম থাকে। এই এনজিমগুলো ব্যবহার হয়ে যাওয়া অঙ্গাণু বা বিভিন্ন জৈবিক যৌগ ভাঙতে সাহায্য করে। লাইসোসোমের ভেতরের এই অম্লীয় পরিবেশ বজায় রাখে প্রোটন পাম্পগুলো। এগুলো সক্রিয়ভাবে হাইড্রোজেন আয়ন লাইসোসোমের ভেতরে পাম্প করে। আয়নের এই চলাচলের ফলে লাইসোসোমের ঝিল্লির ভেতর ও বাইরে বিভবের পার্থক্য তৈরি হয়, অর্থাৎ এটি একটি মেরুকৃত ঝিল্লিতে পরিণত হয় যার একটি ঋণাত্মক বিশ্রাম বিভব থাকে।
প্লাজমা ঝিল্লিগুলো বিশ্রামকালীন ঝিল্লি বিভব তৈরি ও রক্ষা করার মাধ্যমে তড়িৎ-রাসায়নিক মেরুকরণ দেখায়। যেসব কোষের প্লাজমা ঝিল্লি মেরুকৃত, তাদের অবশ্যই সোডিয়াম (Na), পটাশিয়াম (K), ক্যালসিয়াম (Ca) এবং ক্লোরাইড (Cl) এর মতো নির্দিষ্ট আয়নগুলোকে সঠিকভাবে বণ্টন ও নিয়ন্ত্রণ করতে হবে। এই মেরুকরণ তৈরি ও বজায় রাখার জন্য ঝিল্লিতে অবস্থিত চ্যানেল প্রোটিন, যেমন সোডিয়াম-পটাশিয়াম পাম্প, সোডিয়াম ও পটাশিয়াম আয়নের চলাচল নিয়ন্ত্রণের মাধ্যমে তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্ট সক্রিয়ভাবে রক্ষা করে। নিউরনে থাকা ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত আয়ন চ্যানেলগুলো ঝিল্লি বিভবের সাময়িক পরিবর্তন ঘটাতে দেয়, যার ফলে কর্ম বিভব তৈরি হয় এবং/অথবা নিউরোট্রান্সমিটার নিঃসৃত হয়ে সংকেত প্রেরিত হয়।
মানবদেহের সব কোষেই থাকা মাইটোকন্ড্রিয়ার অভ্যন্তরীণ ঝিল্লিতে বিশ্রাম ঝিল্লি বিভব থাকা প্রয়োজন। অ্যাডেনোসিন ট্রাইফসফেট (ATP) তৈরি করতে হলে এই বিভব থাকা জরুরি। এই ঝিল্লির মেরুকরণ তৈরি হয় হাইড্রোজেন আয়ন মাইটোকন্ড্রিয়ায় পরিবহনকারী প্রোটন পাম্পগুলোর একটি ধারাবাহিক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে। হাইড্রোজেন আয়নের এই চলাচল জারণ ফসফোরাইলেশনের সময় শক্তি সঞ্চয়ের একটি মুখ্য উপাদান। একই প্রক্রিয়া ব্যবহার করে লাইসোসোমকে অম্লীয় করা হয় এবং এর ভেতরের পরিবেশ অম্লীয় রাখা হয়।
উত্তেজনাযোগ্য কোষ, অর্থাৎ যেসব কোষ বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি ও প্রেরণের ক্ষমতা রাখে, তাদের ঝিল্লি অত্যন্ত পরিবর্তনশীল তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্টসহ মেরুকৃত হয়। নিউরন এবং পেশী তন্তুর কোষ উত্তেজনাযোগ্য কোষের প্রধান উদাহরণ। নিউরোনাল কোষগুলো ভোল্টেজ-নিয়ন্ত্রিত আয়ন চ্যানেল সক্রিয় করার মাধ্যমে বৈদ্যুতিক সংকেত তৈরি করে। অন্যদিকে, পেশী তন্তুর কোষগুলো একই পদ্ধতি ব্যবহার করে পেশী সংকোচন নিয়ন্ত্রণ করে।
মেরুকৃত ঝিল্লি শুধু মানুষ বা স্তন্যপায়ী প্রাণীর জন্যই নয়। উদ্ভিদের ক্লোরোপ্লাস্টের ভেতরে থাকা থাইলাকয়েড ঝিল্লি সালোকসংশ্লেষণ প্রক্রিয়ার জন্য প্রয়োজনীয় তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে ও বজায় রাখে। আলোক-নির্ভর বিক্রিয়াগুলো মাইটোকন্ড্রিয়ায় থাকার মতো একটি প্রোটন গ্রেডিয়েন্ট তৈরি করে, যা ATP সংশ্লেষণে ব্যবহৃত হয়। আলোক-নির্ভর বিক্রিয়ায় উৎপন্ন এই মেরুকরণই পরে ক্যালভিন চক্রে ATP এবং NADPH তৈরির কাজে লাগে।
গবেষক ও বিজ্ঞানীরা মেরুকৃত ঝিল্লির বৈশিষ্ট্য ও আচরণ বোঝার জন্য বিভিন্ন কৌশল ব্যবহার করেন। এই পদ্ধতি ও যন্ত্রপাতিগুলো একটি কোষের ঝিল্লি জুড়ে নির্দিষ্ট আয়নের চলাচল, পৃথক আয়ন চ্যানেলের কার্যকলাপ এবং তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্টের সঠিক পরিমাপের সুযোগ দেয়। গবেষণার এই ক্ষেত্রটি উত্তেজনাযোগ্য কোষের কার্যপ্রণালী বোঝার জন্য অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ এবং জৈবপ্রযুক্তি ও চিকিৎসা বিজ্ঞানে উদ্ভাবনের পথ তৈরি করে।
প্যাচ-ক্ল্যাম্প রেকর্ডিং বৈজ্ঞানিক জগতে একটি যুগান্তকারী আবিষ্কার, কারণ এটি বাস্তব সময়ে একটি বা কয়েকটি আয়ন চ্যানেলের বৈশিষ্ট্য পরিমাপ করতে দেয়। এই কৌশলে একটি কাচের মাইক্রোপিপেট ব্যবহার করা হয়, যার অগ্রভাগ খুবই সূক্ষ্ম। এটিকে কোষঝিল্লির পৃষ্ঠে শক্তভাবে আটকে দেওয়া হয় (গিগাওহম সিল তৈরি)। এই গিগাওহম সিল ঝিল্লির একটি অতি ক্ষুদ্র অংশ জুড়ে কারেন্টের প্রবাহ পরিমাপের সুযোগ দেয়। ভোল্টেজ ক্ল্যাম্প হল প্যাচ ক্ল্যাম্প রেকর্ডিংয়ের একটি রূপ, যেখানে ঝিল্লিকে একটি নির্দিষ্ট বিভবে রাখা হয় এবং সেই বিভব বজায় রাখতে কত কারেন্ট লাগে তা মাপা হয়। এই তথ্য কর্ম বিভবের সময় কোন কোন কারেন্ট সক্রিয় হয় তা চিহ্নিত করতে সাহায্য করে।
আয়ন সংবেদনশীল ফ্লুরোসেন্ট রঞ্জক (dyes) নির্দিষ্ট আয়নের (যেমন ক্যালসিয়াম বা পটাশিয়াম) তড়িৎ-রাসায়নিক গ্রেডিয়েন্টের স্থানিক ও অস্থায়ী চিত্র দিতে পারে। এই ফ্লুরোসেন্ট রঞ্জকগুলো নির্দিষ্ট আয়নের ঘনত্বের উপর নির্ভর করে তাদের তীব্রতা বদলায়। যেহেতু আয়নের ঘনত্ব সরাসরি ঝিল্লি বিভবের সাথে সম্পর্কিত, তাই এগুলো দরকারি। ফ্লুও-৪ হল একটি ক্যালসিয়াম ইমেজিং ফ্লুরোসেন্ট রঞ্জক, যা জীবন্ত কোষের ভেতরের ক্যালসিয়াম ঘনত্ব পর্যবেক্ষণে ব্যবহৃত হয়। শেখার সময় নিউরোনাল নেটওয়ার্কের বৃদ্ধি ও পরিপক্কতা পরিমাপে এই ট্র্যাকিং বিশেষভাবে সহায়ক। কারণ, ক্যালসিয়াম একটি প্রধান সংকেত প্রদানকারী ও নিয়ন্ত্রক অণু।