ПЛАЗМАТИЧНА МЕМБРАНА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦІЇ ТА СТРУКТУРА - БІОЛОГІЯ - 2025

Плазматична мембрана, клітинна мембрана, плазмалемма або цитоплазматична мембрана, є ліпідна структура , яка оточує і розмежовує клітини, будучи незамінним компонентом їх архітектури. Біомембрани мають властивість огороджувати певну структуру її зовнішністю. Основна його функція - служити бар'єром.

Крім того, він контролює транзит частинок, які можуть входити і виходити. Мембранні білки діють як "молекулярні ворота" з досить вимогливими воротарями. Склад мембрани також відіграє роль у розпізнаванні клітин.

Структурно вони являють собою двошарові складені з природно розташованих фосфоліпідів, білків та вуглеводів. Аналогічно фосфоліпід являє собою люмінофор з головою і хвостом. Хвіст складається з вуглецевих ланцюгів, нерозчинних у воді, вони групуються всередину.

Натомість головки полярні і віддають у водне клітинне середовище. Мембрани - надзвичайно стійкі структури. Сили, які їх підтримують, - сили ван дер Ваальса, серед фосфоліпідів, що їх складають; це дозволяє їм міцно оточити край комірок.

Однак вони також досить динамічні та текучі. Властивості мембран змінюються залежно від типу клітини, що аналізується. Наприклад, еритроцити повинні бути еластичними для переміщення по кровоносних судинах.

Навпаки, в нейронах мембрана (мієлінова оболонка) має необхідну структуру, що дозволяє ефективно проводити нервовий імпульс.

Загальна характеристика

Автор Jpablo cad, з Wikimedia Commons

Мембрани - це досить динамічні структури, які сильно змінюються залежно від типу клітини та складу її ліпідів. Мембрани модифікуються відповідно до цих характеристик наступним чином:

Мембранна плинність

Мембрана не є статичним утворенням, вона поводиться як рідина. Ступінь текучості структури залежить від декількох факторів, серед яких ліпідний склад і температура, на яку піддаються дії мембран.

Коли всі зв’язки, що існують у вуглецевих ланцюгах, насичені, мембрана має тенденцію поводитися як гель, а взаємодії ван дер Ваальса стабільні. Навпаки, коли є подвійні зв’язки, взаємодії менші, а плинність збільшується.

Крім того, є ефект довжини вуглецевого ланцюга. Чим довше це, тим більше взаємодій відбувається з сусідами, тим самим збільшується безперебійність. Зі збільшенням температури плинність мембрани також збільшується.

Холестерин відіграє незамінну роль у регуляції плинності та залежить від концентрації холестерину. Коли черги довгі, холестерин діє як іммобілайзер, зменшуючи текучість. Це явище відбувається при нормальному рівні холестерину.

Ефект змінюється, коли рівень холестерину нижчий. Взаємодіючи з ліпідними хвостами, ефектом, який він викликає, є їх відділення, зниження текучості.

Кривизна

Як і плинність, кривизна мембрани визначається ліпідами, що складають кожну конкретну мембрану.

Викривлення залежить від розміру ліпідної голови та хвоста. Ті, у кого довгі хвости і великі голови, плоскі; ті, у кого відносно менші голови, як правило, вигнуті набагато більше, ніж у попередньої групи.

Ця властивість важлива при явищах випаровування мембран, утворенні везикул, мікроворсинок тощо.

Поширення ліпідів

Два "аркуші", які складають кожну мембрану - пам’ятайте, що це двошаровий - не мають однакового складу ліпідів всередині; з цієї причини кажуть, що розподіл асиметричний. Цей факт має важливі функціональні наслідки.

Конкретний приклад - склад плазматичної мембрани еритроцитів. У цих клітинах крові виявляються сфінгомієлін та фосфатиділхолін (які утворюють мембрани з більшою відносною плинністю), звернені до зовнішньої сторони клітини.

Ліпіди, які мають тенденцію до утворення більш рідких структур, стикаються з цитозолом. За цією схемою не дотримується холестерин, який розподіляється більш-менш однорідно в обох шарах.

Особливості

Функція мембрани кожного типу клітин тісно пов'язана з її будовою. Однак вони виконують основні функції.

Біомембрани відповідають за розмежування клітинного середовища. Аналогічно, всередині клітини є мембранні відділення.

Наприклад, мітохондрії та хлоропласти оточені мембранами, і ці структури беруть участь у біохімічних реакціях, що відбуваються в цих органелах.

Мембрани регулюють проходження матеріалів у клітинку. Завдяки цьому бар'єру необхідні матеріали можуть надходити як пасивно, так і активно (при потребі в АТФ). Також небажані або токсичні матеріали не потрапляють.

Мембрани підтримують іонічний склад клітини на належному рівні через процеси осмосу та дифузії. Вода може вільно текти в залежності від її градієнта концентрації. Солі та метаболіти мають специфічні транспортери, а також регулюють клітинний рН.

Завдяки наявності білків і каналів на поверхні мембрани сусідні клітини можуть взаємодіяти і обмінюватися матеріалами. Таким чином клітини об’єднуються і утворюються тканини.

Нарешті, мембрани містять значну кількість сигнальних білків і дозволяють взаємодія з гормонами, нейромедіаторами, серед інших.

Будова та склад

Основний компонент мембран - фосфоліпіди. Ці молекули амфіпатичні, вони мають полярну і аполярну зону. Полярний дозволяє їм взаємодіяти з водою, тоді як хвіст - це гідрофобний вуглецевий ланцюг.

Асоціація цих молекул відбувається спонтанно в двошаровому, при цьому гідрофобні хвости взаємодіють між собою, а голови спрямовані назовні.

У клітині невеликої тварини ми знаходимо неймовірно велику кількість ліпідів, порядку 10 ⁹ молекул. Мембрани товщиною приблизно 7 нм. Гідрофобне внутрішнє ядро ​​майже у всіх мембранах займає товщину від 3 до 4 нм.

Рідкий мозаїчний візерунок

Сучасна модель біомембран відома як "рідка мозаїка", сформульована в 1970-х роках дослідниками Сінгера та Ніколсона. Модель пропонує мембрани виготовляти не тільки з ліпідів, але і з вуглеводів та білків. Термін мозаїка відноситься до цієї суміші.

Обличчя мембрани, що стикається із зовнішньою стороною клітини, називається екзоплазматичним обличчям. На відміну від цього, внутрішнє обличчя є цитозольним.

Ця ж номенклатура застосовується до біомембран, що складають органели, за винятком того, що екзоплазматичне обличчя в цьому випадку вказує на внутрішню частину клітини, а не на зовнішню сторону.

Ліпіди, що складають оболонки, не є статичними. Вони мають можливість переміщатися, з певним ступенем свободи в конкретних регіонах, через структуру.

Мембрани складаються з трьох основних типів ліпідів: фосфогліцериди, сфінголіпіди та стероїди; всі - це амфіпатичні молекули. Ми детально опишемо кожну групу нижче:

Види ліпідів

Перша група, що складається з фосфогліцеридів, походить з гліцерину-3-фосфату. Хвіст, гідрофобний за своєю природою, складається з двох ланцюгів жирних кислот. Довжина ланцюгів мінлива: вони можуть мати від 16 до 18 вуглецю. Вони можуть мати одинарні або подвійні зв’язки між вуглецями.

Підкласифікація цієї групи задається типом голови, який вони представляють. Фосфатидилхоліни є найпоширенішими, а голова містить холін. В інших типах різні молекули, такі як етаноламін або серин, взаємодіють з фосфатною групою.

Іншою групою фосфогліцеридів є плазмалогени. Ліпідний ланцюг пов'язаний з гліцерином ефірною зв'язком; у свою чергу, є вуглецевий ланцюг, пов'язаний з гліцерином через ефірну зв'язок. Їх досить багато в серці та мозку.

Сфінголіпіди походять від сфінгозину. Сфінгомієлін - рясний сфінголіпід. Гліколіпіди складаються з головок із цукрів.

Третій і останній клас ліпідів, що складають мембрани, - це стероїди. Вони являють собою кільця, виготовлені з вуглецю, об'єднані в групи з чотирьох. Холестерин - стероїд, присутній у мембранах і особливо багатий вмістом ссавців та бактерій.

Ліпідні плоти

Існують конкретні ділянки мембран еукаріотичних організмів, де зосереджені холестерин та сфінголіпіди. Ці домени також відомі як ліпідні плоти.

У цих регіонах вони також містять різні білки, функціями яких є сигналізація клітин. Вважається, що ліпідні компоненти модулюють білкові компоненти на плотах.

Мембранні білки

Серія білків закріплена всередині плазматичної мембрани. Вони можуть бути цілісними, прикріпленими до ліпідів або розташовуватися на периферії.

Інтеграли проходять через мембрану. Тому вони повинні мати гідрофільні та гідрофобні білкові домени для взаємодії з усіма компонентами.

У білках, які прикріплені до ліпідів, вуглецевий ланцюг закріплюється в одному з шарів мембрани. Білок насправді не потрапляє в мембрану.

Нарешті, периферія не взаємодіє безпосередньо з гідрофобною зоною мембрани. Швидше, вони можуть бути приєднані за допомогою цілісного білка або полярних голів. Вони можуть розташовуватися по обидва боки мембрани.

Відсоток білків у кожній мембрані коливається в широких межах: від 20% у нейронах до 70% у мітохондріальній мембрані, оскільки для проведення метаболічних реакцій, які там відбуваються, потрібна велика кількість білкових елементів.

Список літератури

1. Крафт, ML (2013). Організація та функція плазматичної мембрани: переміщення повз ліпідні плоти. Молекулярна біологія клітини, 24 (18), 2765-2768.
2. Лодиш, Х. (2002). Молекулярна біологія клітини. 4-е видання. Наука про гірлянди
3. Лодиш, Х. (2005). Клітинна та молекулярна біологія. Panamerican Medical Ed.
4. Ломбард, Дж. (2014). Колись клітинні мембрани: 175 років дослідження меж клітин. Біологія пряма, 9 (1), 32.
5. Тібодо, Джорджія, Паттон, КТ і Говард, К. (1998). Будова та функції. Elsevier Іспанія.