ЩО ЯВЛЯЄ СОБОЮ МОДЕЛЬ З РІДКОЮ МОЗАЇКОЮ? - БІОЛОГІЯ - 2025

Модель рідинної мозаїки говорить про те, що клітинні мембрани або біомембрани - це динамічні структури, що представляють плинність різних їхніх молекулярних компонентів, які можуть рухатися бічно. Тобто ці компоненти перебувають у русі, а не статичні, як раніше вважалося.

Цю модель підняли С. Джонатан Зінгер та Гарт. Л. Ніколсон у 1972 р. І сьогодні широко прийнятий науковим співтовариством. Всі клітини містяться в клітинній мембрані з особливостями її складу та функції.

Рисунок 1. Діаграма моделі рідинної мозаїки. Джерело: Автор LadyofHats Мар'яна Руїс, переклад Pilar Saenz, через Wikimedia Commons

Ця мембрана визначає межі клітини, дозволяючи існувати відмінності між цитозолом (або внутрішньою клітиною) та зовнішнім середовищем. Крім того, він регулює обмін речовин між клітиною і зовні.

В еукаріотичних клітинах внутрішні мембрани визначають також відділення та органели з різними функціями, такими як мітохондрії, хлоропласти, ядерна оболонка, ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі тощо.

Будова клітинної мембрани

Загальні положення

Клітинна мембрана складається з структури, непроникної для водорозчинних молекул та іонів товщиною від 7 до 9 нанометрів. Він спостерігається на електронних фотомікрографах як суцільна і тонка подвійна лінія, що оточує цитоплазму клітин.

Мембрана складається з фосфоліпідного двошару, з білками, вбудованими по всій його структурі і розташованими на поверхні.

Крім того, він містить молекули вуглеводів на обох поверхнях (внутрішніх і зовнішніх), а у випадку еукаріотичних клітин тварин також є молекули холестерину, що перетинаються всередині шару.

Фосфоліпідний двошаровий

Фосфоліпіди - це амфіпатичні молекули, які мають гідрофільний кінець - кінець воді, а інший - гідрофобний, який відштовхує воду.

Фосфоліпідний двошаровий, який складає клітинну мембрану, має гідрофобні (аполярні) ланцюги, розташовані до внутрішньої сторони мембрани, та гідрофільні (полярні) кінці, розташовані у напрямку зовнішнього середовища.

Таким чином, головки фосфатних груп фосфоліпідів піддаються впливу на зовнішній поверхні мембрани.

Пам’ятайте, що і зовнішнє середовище, і внутрішнє, або цитозол є водними. Це впливає на розташування подвійного шару фосфоліпідів з його полярними частинами, що взаємодіють з водою та її гідрофобними частинами, утворюючи внутрішню матрицю мембрани.

Холестерин

В мембрані еукаріотичних клітин тварин виявляються молекули холестерину, вбудовані в гідрофобні хвости фосфоліпідів.

Ці молекули не зустрічаються в мембранах прокаріотичних клітин, деяких протистів, рослин та грибів.

Цілісні мембранні або трансмембранні білки

У фосфоліпідному двошаровому складі є інтегральні білки мембрани.

Вони взаємодіють нековалентно через свої гідрофобні частини, з ліпідним двошаровим, розташовуючи свої гідрофільні кінці у напрямку до зовнішнього водного середовища.

Конфігурація мембранних білків

Вони можуть мати просту паличкоподібну конфігурацію зі складеною гідрофобною альфа-спіраллю, вбудованою в мембрану внутрішніх мембран, і з гідрофільними ділянками, що поширюються на сторони.

Вони також можуть мати більшу конфігурацію, кульового типу та зі складною третинною чи четвертинною структурою.

Останні зазвичай перетинають клітинну мембрану кілька разів зі своїми сегментами повторних альфа-спіралей, розташованих у зигзазі через ліпідний двошаровий шар.

Пори в мембранах

Деякі з цих кулеподібних білків представлені гідрофільними внутрішніми ділянками, утворюючи канали або пори, через які відбувається обмін полярних речовин із зовнішньої сторони клітини на цитозол і навпаки.

Периферичні білки

На поверхні цитоплазматичної поверхні клітинної мембрани є білки периферичної мембрани, пов'язані з виступаючими частинами деяких цілісних білків.

Ці білки не проникають в гідрофобне ядро ​​ліпідного двошарового.

Вуглеводне покриття

На обох поверхнях мембрани є молекули вуглеводів.

Зокрема, на зовнішній поверхні мембрани представлено велику кількість гліколіпідів. Короткі ланцюги вуглеводів також видно піддаються і ковалентно приєднані до виступаючих частин білка, званих глікопротеїнами.

Плинність клітинної мембрани

Співвідношення насичених проти ненасичених жирних кислот

Плинність мембрани в основному залежить від співвідношення присутніх насичених і ненасичених жирних кислот фосфоліпідів. Ця мембранна плинність зменшується у міру збільшення частки фосфоліпідів насичених жирних кислот щодо ненасичених.

Це пов’язано з тим, що згуртованість між довгими та простими ланцюгами насичених жирних кислот більша, порівняно з згуртованістю між короткими та ненасиченими ланцюгами ненасичених жирних кислот.

Чим більше зв'язок між його молекулярними компонентами, тим менше рідини буде мембрана.

Холестерин

Молекули холестерину взаємодіють через свої жорсткі кільця з вуглеводневими ланцюгами ліпідів, підвищуючи жорсткість мембрани і знижуючи проникність тієї ж.

В мембранах більшості еукаріотичних клітин, де спостерігається відносно висока концентрація холестерину, це перешкоджає зв'язуванню вуглецевих ланцюгів при низьких температурах. Це забезпечує замерзання мембрани при низьких температурах.

Особливості

Різні типи клітинних мембран мають особливості їх кількості та типу білків та вуглеводів, а також у різноманітності існуючих ліпідів.

Ці особливості пов'язані з конкретними функціями стільникового зв'язку.

Існують не тільки конститутивні відмінності між мембранами еукаріотичних і прокаріотичних клітин, а також між органелами, але і між областями однієї мембрани.

Функція клітинної мембрани

Загальні положення

Клітинна мембрана обмежує клітину і дозволяє їй підтримувати стабільний стан цитозолу, відмінний від зовнішнього середовища. Це шляхом активної та пасивної регуляції проходження речовин (води, іонів та метаболітів) один через одного, підтримуючи електрохімічний потенціал, необхідний для функціонування клітин.

Це також дозволяє клітині реагувати на сигнали із зовнішнього середовища за допомогою хімічних рецепторів на мембрані та забезпечує місця кріплення цитоскелетних ниток.

Що стосується еукаріотичних клітин, вона також бере участь у створенні внутрішніх відділень та органел зі специфічними метаболічними функціями.

Функція білків в мембрані

Існують різні мембранні білки зі специфічними функціями, серед яких можна згадати:

• Ферменти, що каталізують (прискорюють) хімічні реакції,
• Мембранні рецептори, що беруть участь у розпізнаванні та зв'язуванні сигнальних молекул (таких як гормони),
• Речовина транспортує білки через мембрану (до цитозолу та від нього назовні клітини). Вони підтримують електрохімічний градієнт завдяки транспортуванню іонів.

Функція зовнішньої оболонки вуглеводів

Вуглеводи або гліколіпіди беруть участь у адгезії клітин один до одного та в процесі розпізнавання та взаємодії клітинної мембрани з молекулами, такими як антитіла, гормони та віруси.

Список літератури

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA та Wiedemann, CG (2003). Клітинна біологія, короткий курс. Друге видання. Вілі-Лісс С. 535.
2. Енгельман, Д. (2005). Мембрани більше мозаїчні, ніж рідинні. Природа 438 (7068), 578–580. doi: 10.1038 / природа04394
3. Ніколсон, Г.Л. (2014). Флюїдно-мозаїчна модель структури мембрани. Досі має значення для розуміння структури, функції та динаміки біологічних мембран після більш ніж 40 років. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Ворон, Дж. (2002). Біологія. Шосте видання. MGH. С. 1239.
5. Singer, SJ і Nicolson, GL (1972). Модель рідинної мозаїки структури клітинних мембран. Науки, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / наук.175.4023.720