Značilnosti, funkcije in struktura plazmatske membrane



The plazemske membrane, celična membrana, plazmalema ali citoplazmatska membrana je struktura lipidne narave, ki obdaja in omejuje celice in je nepogrešljiva sestavina njene arhitekture. Biomembrane imajo lastnost, da obdajajo določeno strukturo s svojo zunanjostjo. Njegova glavna funkcija je, da služi kot ovira.

Poleg tega nadzoruje tranzit delcev, ki lahko vstopijo in izstopijo. Membranske beljakovine delujejo kot "molekularna vrata" s precej zahtevnimi vratarji. Sestava membrane ima tudi vlogo celičnega prepoznavanja.

Strukturno so dvosloji, ki jih tvorijo naravni fosfolipidi, beljakovine in ogljikovi hidrati. Podobno fosfolipid predstavlja fosfor z glavo in repom. Rep predstavljajo ogljikove verige, netopne v vodi, ki so združene v notranjost.

Nasprotno pa so glave polarne in dajejo vodno celično okolje. Membrane so izjemno stabilne strukture. Sile, ki jih vzdržujejo, so sile van der Waalsa, med fosfolipidi, ki jih sestavljajo; to jim omogoča, da trdno obdajajo rob celic.

Vendar so tudi zelo dinamični in tekoči. Lastnosti membran se razlikujejo glede na analizirano vrsto celic. Na primer, rdeče krvne celice morajo biti elastične za premikanje po krvnih žilah. 

V nasprotju s tem pa ima membrana (mielinska ovojnica) potrebno strukturo za učinkovito preprečevanje prevoda impulzov živcev..

Indeks

  • 1 Splošne značilnosti
    • 1.1 Fluidnost membrane
    • 1.2 Ukrivljenost
    • 1.3 Porazdelitev lipidov
  • 2 Funkcije
  • 3 Struktura in sestava
    • 3.1 Model s tekočim mozaikom
    • 3.2 Vrste lipidov
    • 3.3 Lipidni splavi
    • 3.4 Membranski proteini
  • 4 Reference

Splošne značilnosti

Membrane so zelo dinamične strukture, ki se močno razlikujejo glede na tip celice in sestavo njihovih lipidov. Membrane so modificirane v skladu s temi lastnostmi na naslednji način:

Fluidnost membrane

Membrana ni statična entiteta, obnaša se kot tekočina. Stopnja fluidnosti strukture je odvisna od več faktorjev, vključno z lipidno sestavo in temperaturo, pri kateri so membrane izpostavljene.

Ko so vse vezi, ki obstajajo v ogljikovih verigah, nasičene, se membrana nagiba k obnašanju kot gel in van der Waalsove interakcije so stabilne. Nasprotno pa, kadar obstajajo dvojne vezi, so interakcije manjše in fluidnost narašča

Poleg tega obstaja učinek dolžine verige ogljika. Čim dlje je, tem več interakcij se dogaja z njegovimi sosedi, s čimer se poveča gladkost. S povečevanjem temperature se povečuje tudi fluidnost membrane.

Holesterol ima nepogrešljivo vlogo pri uravnavanju fluidnosti in je odvisen od koncentracij holesterola. Ko so repi dolgi, holesterol deluje kot imobilizator zanje, zmanjšuje fluidnost. Ta pojav se pojavi pri normalni ravni holesterola.

Učinek se spremeni, če so koncentracije holesterola nižje. Pri medsebojnem delovanju z repi lipidov je učinek, ki povzroča, ločevanje le-teh, kar zmanjšuje fluidnost.

Ukrivljenost

Podobno kot pri fluidnosti se ukrivljenost membrane določi z lipidi, ki tvorijo vsako membrano.

Ukrivljenost je odvisna od velikosti glave lipida in repa. Tisti z dolgimi repi in velikimi glavami so ploski; tisti z relativno manjšimi glavami se nagibajo k večji krivulji kot prejšnja skupina.

Ta lastnost je pomembna pri pojavih membrane evaginacije, tvorbe veziklov, mikrovil, med drugim.

Porazdelitev lipidov

Dva "lista", ki tvorita vsako membrano - se spomnimo, da je dvoslojni - nimajo enake sestave lipidov v njem; zato je rečeno, da je porazdelitev asimetrična. To dejstvo ima pomembne funkcionalne posledice.

Poseben primer je sestava plazemske membrane eritrocitov. V teh krvnih celicah najdemo sfingomyelin in fosfatidilholin (ki tvorita membrane z večjo relativno fluidnostjo) z obračanjem zunaj celice..

Lipidi, ki so nagnjeni k tvorjenju bolj tekočih struktur, se soočajo s citosolom. Temu vzorcu ne sledi holesterol, ki je v obeh slojih bolj ali manj homogeno porazdeljen.

Funkcije

Funkcija membrane vsake vrste celic je tesno povezana z njeno strukturo. Vendar pa izpolnjujejo osnovne funkcije.

Biomembrane so odgovorne za omejevanje celičnega okolja. Podobno so v celici membranski predelki.

Na primer, mitohondrije in kloroplasti so obdani z membranami in te strukture so vključene v biokemične reakcije, ki se pojavljajo v teh organelih..

Membrane uravnavajo prehod materialov v celico. Zahvaljujoč tej oviri se lahko vnesejo potrebni materiali, pasivno ali aktivno (s potrebo po ATP). Tudi neželeni ali strupeni materiali ne vstopajo.

Membrane vzdržujejo ionsko sestavo celice na ustreznih ravneh skozi procese osmoze in difuzije. Voda lahko prosto potuje glede na svoj koncentracijski gradient. Soli in metaboliti imajo specifične transporterje in tudi uravnavajo celični pH.

Zaradi prisotnosti proteinov in kanalov na površini membrane lahko sosednje celice medsebojno delujejo in izmenjujejo materiale. Tako se celice združijo in tkiva se oblikujejo.

Nenazadnje, membrane vsebujejo veliko število signalnih beljakovin in med drugim omogočajo interakcijo s hormoni, nevrotransmiterji..

Struktura in sestava

Osnovna komponenta membran so fosfolipidi. Te molekule so amfipatske, imajo polarno in nepolarno območje. Polar jim omogoča medsebojno delovanje z vodo, rep pa je hidrofobna ogljikova veriga.

Povezava teh molekul nastane spontano v dvosloju, pri čemer hidrofobni repi medsebojno vplivajo in glave kažejo na zunaj..

V majhni živalski celici najdemo neverjetno veliko število lipidov, in sicer približno 109 molekul Membrane imajo debelino približno 7 nm. Hidrofobno notranje jedro v skoraj vseh membranah je debelo od 3 do 4 nm.

Model s tekočim mozaikom

Model, ki ga trenutno obdelujejo biomembrane, je znan kot "fluidni mozaik", ki so ga v 70. letih oblikovali raziskovalci Singer in Nicolson. Model predlaga, da se membrane tvorijo ne le lipidov, temveč tudi ogljikovih hidratov in beljakovin. Izraz mozaik se nanaša na omenjeno zmes.

Obraz membrane, ki je obrnjen proti zunanji celici, se imenuje eksoplazmični obraz. V nasprotju s tem je notranja stran citosolna.

Ta ista nomenklatura velja za biomembrane, ki sestavljajo organele, z izjemo, da eksoplazmični obraz v tem primeru kaže na notranjo stran celice in ne na zunanjo površino..

Lipidi, ki sestavljajo membrane, niso statični. Ti imajo sposobnost, da se z določeno stopnjo svobode v določenih regijah premaknejo skozi strukturo.

Membrane so sestavljene iz treh osnovnih vrst lipidov: fosfogliceridov, sfingolipidov in steroidov; vse so amfipatske molekule. V nadaljevanju bomo podrobno opisali vsako skupino:

Vrste lipidov

Prva skupina, sestavljena iz fosfogliceridov, izvira iz glicerol-3-fosfata. Rep, hidrofobnega značaja, je sestavljen iz dveh verig maščobnih kislin. Dolžina verig je spremenljiva: lahko imajo od 16 do 18 ogljikov. Lahko imajo enojne ali dvojne vezi med ogljiki.

Razvrstitev te skupine je podana po vrsti glave, ki jo predstavljajo. Fosfatidilholini so najbolj razširjeni in glava vsebuje holin. V drugih vrstah različne molekule, kot etanolamin ali serin, medsebojno delujejo s fosfatno skupino.

Druga skupina fosfogliceridov so plazmalogeni. Lipidna veriga je vezana na glicerol z estrsko vezjo; po drugi strani pa je ogljikova veriga povezana z glicerolom s pomočjo etrske vezi. So zelo bogate v srcu in v možganih.

Sfingolipidi prihajajo iz sfingozina. Sphingomyelin je bogat sfingolipid. Glikolipide sestavljajo glave iz sladkorjev.

Tretji in zadnji razred lipidov, ki tvorijo membrane, so steroidi. To so obroči, sestavljeni iz ogljikov, združeni v skupine po štiri. Holesterol je steroid, prisoten v membranah in še posebej bogat sesalci in bakterije.

Lipidni splavi

Obstajajo specifične cone membran evkariontskih organizmov, kjer so koncentrirani holesterol in sfingolipidi. Te domene so znane tudi kot splavi lipida.

V teh regijah se nahajajo tudi različni proteini, katerih funkcije so celična signalizacija. Menijo, da lipidne komponente modulirajo proteinske komponente v splavih.

Membranski proteini

V plazemski membrani so zasidrani nizi beljakovin. Te so lahko integralne, zasidrane na lipide ali se nahajajo na obrobju.

Integrali gredo skozi membrano. Zato morajo imeti hidrofilne in hidrofobne proteinske domene, da lahko medsebojno delujejo z vsemi komponentami.

V beljakovinah, ki so zasidrane na lipide, je ogljikova veriga zasidrana v eni od plasti membrane. Protein dejansko ne vstopi v membrano.

Končno, periferne enote ne vplivajo neposredno na hidrofobno območje membrane. Nasprotno, lahko se jih poveže z integralnim proteinom ali s polarnimi glavami. Lahko se nahajajo na obeh straneh membrane.

Odstotek beljakovin v vsaki membrani je zelo različen: od 20% nevronov do 70% v mitohondrijski membrani, ker potrebuje veliko količino beljakovinskih elementov za izvajanje presnovnih reakcij, ki se tam pojavljajo..

Reference

  1. Kraft, M. L. (2013). Organizacija in funkcija plazemske membrane: gibanje mimo lipidnih splavov. Molekularna biologija celice, 24(18), 2765-2768.
  2. Lodish, H. (2002). Molekularna biologija celice. 4. izdaja. Garland Science
  3. Lodish, H. (2005). Celična in molekularna biologija. Ed Panamericana Medical.
  4. Lombard, J. (2014). Nekoč so celične membrane: 175 let raziskav celičnih meja. Biologija neposredno, 9(1), 32.
  5. Thibodeau, G.A., Patton, K.T., & Howard, K. (1998). Struktura in funkcija. Elsevier Španija.