Plasmaatilise membraani omadused, funktsioonid ja struktuur



The plasma membraan, rakumembraan, plasmemma või tsütoplasma membraan on rakkude struktuur, mis ümbritseb ja piirab rakke, mis on selle arhitektuuri hädavajalik komponent. Biomembraanidel on omadus sulgeda teatud struktuur oma välispinnaga. Selle peamine ülesanne on olla barjäärina.

Lisaks kontrollib see sisenevate ja sealt väljuvate osakeste transiiti. Membraanvalgud toimivad "molekulaarsete ustena", millel on üsna nõudlikud väravad. Membraani koostisel on samuti roll raku äratundmisel.

Struktuuriliselt on need kaksikkihid, mis on moodustunud looduslikult esinevate fosfolipiidide, valkude ja süsivesikute poolt. Analoogselt kujutab fosfolipiid fosforit, millel on pea ja saba. Saba moodustavad vees lahustumatud süsinikahelad, mis on rühmitatud sissepoole.

Vastupidi, pea on polaarne ja annab vesise rakukeskkonna. Membraanid on äärmiselt stabiilsed. Neid hooldavad jõud on van der Waals, nende moodustavad fosfolipiidid; see võimaldab neil kindlalt ümbritseda rakkude serva.

Kuid nad on ka üsna dünaamilised ja vedelad. Membraanide omadused varieeruvad sõltuvalt analüüsitud rakutüübist. Näiteks peavad veresoonte liikumiseks olema punased verelibled. 

Seevastu neuronites on membraanil (müeliinist mantel) vajalik struktuur, mis võimaldab tõhusalt närviimpulsside juhtimist.

Indeks

  • 1 Üldised omadused
    • 1.1 Membraani voolavus
    • 1.2 Kumerus
    • 1.3 Lipiidide jaotumine
  • 2 Funktsioonid
  • 3 Struktuur ja koostis
    • 3.1 Vedeliku mosaiikmudel
    • 3.2 Lipiidide tüübid
    • 3.3 Lipiidide parved
    • 3.4 Membraanvalgud
  • 4 Viited

Üldised omadused

Membraanid on üsna dünaamilised struktuurid, mis varieeruvad suuresti sõltuvalt rakutüübist ja nende lipiidide koostisest. Membraane muudetakse vastavalt nendele omadustele järgmiselt:

Membraani voolavus

Membraan ei ole staatiline üksus, see toimib nagu vedelik. Struktuuri voolavusaste sõltub mitmest tegurist, sealhulgas lipiidide koostisest ja temperatuurist, milles membraanid on avatud.

Kui kõik süsinikahelates eksisteerivad sidemed on küllastunud, kaldub membraan käituma nagu geel ja van der Waalsi interaktsioonid on stabiilsed. Vastupidiselt, kui on kaksiksidemeid, on interaktsioonid väiksemad ja voolavus suureneb

Lisaks on süsinikuahela pikkuse mõju. Mida kauem see on, seda suurem on vastastikune mõju oma naabritega, suurendades seega sujuvust. Temperatuuri tõustes suureneb ka membraani voolavus.

Kolesteroolil on hädavajalik roll voolavuse reguleerimisel ja see sõltub kolesterooli kontsentratsioonist. Kui sabad on pikad, toimib kolesterool nende immobilisaatorina, vähendades voolavust. See nähtus esineb normaalse kolesterooli taseme juures.

Mõju muutub, kui kolesterooli kontsentratsioon on madalam. Lipiidide sabadega suhtlemisel on nende põhjustatud mõju nende eraldamine, vähendades voolavust.

Kumerus

Nagu voolavus, määrab membraani kõverus lipiidid, mis moodustavad iga membraani.

Kumerus sõltub lipiidi ja saba pea suurusest. Pikad sabad ja suured pead on tasased; suhteliselt väiksema peaga inimesed kalduvad kõverama palju rohkem kui eelmine rühm.

See omadus on oluline membraani evagineerimise, vesikulaaride moodustumise, mikrovilli nähtuste puhul.

Lipiidide jaotumine

Kahel "lehel", mis moodustavad iga membraani, me mäletame, et see on kahekihiline, ei sisalda seesama lipiidide koostist; seetõttu on öeldud, et jaotus on asümmeetriline. Sellel asjaolul on olulised funktsionaalsed tagajärjed.

Konkreetseks näiteks on erütrotsüütide plasmamembraani koostis. Nendes vererakkudes leitakse sfingomüeliin ja fosfatidüülkoliin (mis moodustavad suurema suhtelise voolavusega membraanid) raku välispinna poole..

Lipiidid, mis kipuvad moodustama rohkem vedelaid struktuure, seisavad tsütosooli ees. Sellele mudelile ei järgne kolesterool, mis jaotub mõlemas kihis enam-vähem homogeenselt.

Funktsioonid

Iga rakutüübi membraani funktsioon on tihedalt seotud selle struktuuriga. Kuid nad täidavad põhifunktsioone.

Biomembraanid vastutavad rakukeskkonna piiritlemise eest. Sarnaselt on rakus ka membraane.

Näiteks ümbritsevad mitokondrid ja kloroplastid membraane ja need struktuurid on seotud nendes organellides esinevate biokeemiliste reaktsioonidega..

Membraanid reguleerivad materjalide liikumist rakku. Tänu sellele tõkkele võivad vajalikud materjalid siseneda kas passiivselt või aktiivselt (vajadusel ATP). Samuti ei sisene soovimatud või mürgised materjalid.

Membraanid säilitavad raku ioonse koostise sobival tasemel osmoosi ja difusiooni protsesside kaudu. Vesi võib vabalt liikuda sõltuvalt kontsentratsiooni gradientist. Sooladel ja metaboliitidel on spetsiifilised transporterid ning samuti reguleeritakse rakkude pH-d.

Tänu valkude ja kanalite olemasolule membraani pinnal võivad naaberrakud omavahel suhelda ja materjale vahetada. Sel viisil kogunevad rakud kokku ja kuded moodustuvad.

Lõpuks kannavad membraanid märkimisväärsel hulgal signaaliülekandvalke ja võimaldavad muu hulgas koostoimeid hormoonidega, neurotransmitteritega..

Struktuur ja koostis

Membraanide põhikomponent on fosfolipiidid. Need molekulid on amfipaatilised, neil on polaarne ja apolaarne tsoon. Polaar võimaldab neil veega suhelda, saba on hüdrofoobne süsinikahel.

Nende molekulide seostumine toimub kahekihilises spontaanselt, kusjuures hüdrofoobsed sabad toimivad üksteisega ja pead suunavad väljapoole..

Väikeses loomarakus leiame uskumatult suure hulga lipiide, suurusjärgus 109 molekulid Membraanide paksus on ligikaudu 7 nm. Hüdrofoobne sisemine südamik on peaaegu kõigis membraanides paksusega 3 kuni 4 nm.

Vedeliku mosaiikmudel

Mudelit, mida praegu biomembraanid käsitsevad, tuntakse nn vedeliku mosaiikina, mille 70-ndatel aastatel on teadlased Singer ja Nicolson. Mudel pakub välja, et membraanid ei moodusta mitte ainult lipiide, vaid ka süsivesikuid ja valke. Termin mosaiik viitab nimetatud segule.

Kile välisküljele asetatud membraani nägu nimetatakse eksoplasmaatiliseks. Seevastu sisemine külg on tsütosool.

Sama nomenklatuuri kohaldatakse organellide moodustavate biomembraanide suhtes, välja arvatud see, et eksoplasmaatiline nägu viitab sellel juhul raku sisemusele ja mitte väljastpoolt.

Membraane moodustavad lipiidid ei ole staatilised. Neil on võime liikuda, teataval määral teatud piirkondades, struktuuri kaudu.

Membraanid koosnevad kolmest põhilisest lipiidide tüübist: fosfoglütseriidid, sfingolipiidid ja steroidid; nad on kõik amfipaatilised molekulid. Järgnevalt kirjeldame üksikasjalikult iga rühma:

Lipiidide tüübid

Esimene rühm, mis koosneb fosfoglütseriididest, pärineb glütserool-3-fosfaadist. Hüdrofoobse iseloomuga saba koosneb kahest rasvhapete ahelast. Kettide pikkus on varieeruv: neil võib olla 16 kuni 18 süsinikku. Neil võivad olla süsinikuaatomite vahel üksikud või kaksiksidemed.

Selle rühma alamklassifikatsioon on antud pea kohal, mida nad esindavad. Fosfatidüülkoliinid on kõige suuremad ja pea sisaldab koliini. Teistes tüüpides mõjutavad fosfaatrühmaga erinevad molekulid, nagu etanoolamiin või seriin.

Teine fosforlütseriidide rühm on plasmogeenid. Lipiidahel on seotud estriksidemega glütserooliga; omakorda on süsinikahel, mis on seotud eetrisidemega glütserooliga. Nad on südames ja ajus üsna rikkalikud.

Sfingolipiidid pärinevad sfingosiinist. Sphingomüeliin on rikkalik sfingolipiid. Glükolipiidid koosnevad suhkrutest moodustatud peadest.

Kolmas ja viimane lipiidide klass, mis moodustavad membraane, on steroidid. Need on süsinikust moodustatud rõngad, mis on ühendatud neljas rühmas. Kolesterool on membraanides esinev steroid, eriti imetajatel ja bakteritel.

Lipiidide parved

Eukarüootsete organismide membraanide spetsiifilised tsoonid on kolesterooli ja sfingolipiidide kontsentreerimisel. Neid domeene tuntakse ka kui parved lipiid.

Nendes piirkondades on neil ka erinevad valgud, mille funktsioonid on raku signaalimine. Arvatakse, et lipiidikomponendid moduleerivad valgu komponente parvedes.

Membraanvalgud

Plasma membraanis on anorgaanilised valkude seeria. Need võivad olla lahutamatud, kinnitatud lipiidide külge või asuvad perifeerias.

Integraalid läbivad membraani. Seetõttu peavad nad omama hüdrofiilseid ja hüdrofoobseid valgu domeene, et nad saaksid kõigi komponentidega suhelda.

Valgudes, mis on kinnitatud lipiidide külge, on süsinikahel ankurdatud membraani ühte kihti. Valk ei sisene membraani.

Lõpuks, perifeersed ei toimu otseselt membraani hüdrofoobse tsooniga. Vastupidi, neid saab ühendada integreeritud valgu või polaarpeade abil. Need võivad paikneda membraani mõlemal küljel.

Valkude osakaal igas membraanis varieerub suurel määral: alates 20% neuronitest kuni 70% mitokondrite membraanini, kuna see vajab sealsetes metaboolsetes reaktsioonides palju valguelemente..

Viited

  1. Kraft, M. L. (2013). Plasmamembraani korraldus ja funktsioon: möödunud lipiidiparvede liikumine. Raku molekulaarbioloogia, 24(18), 2765-2768.
  2. Lodish, H. (2002). Raku molekulaarbioloogia. 4. väljaanne. Garland Science
  3. Lodish, H. (2005). Rakuline ja molekulaarbioloogia. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lombard, J. (2014). Aeg-ajalt rakumembraanid: 175 aastat rakupiiriuuringut. Bioloogia otsene, 9(1), 32.
  5. Thibodeau, G. A., Patton, K.T., & Howard, K. (1998). Struktuur ja funktsioon. Elsevier Hispaania.