Плазмена мембрана: Определение, структура и функция (с диаграма)

Плазмената мембрана е защитна бариера, която заобикаля вътрешността на клетката. Нарича се още клетъчната мембрана, тази структура е полупореста и позволява на определени молекули да влизат и излизат от клетката. Той служи като граница, като задържа съдържанието на клетката вътре и предотвратява изтичането им.

И двете прокариотни и еукариотни клетки имат плазмени мембрани, но мембраните варират при различните организми. По принцип плазмените мембрани се състоят от фосфолипиди и протеини.

Фосфолипиди образуват основата на плазмената мембрана. Основната структура на фосфолипида включва a хидрофобни (страх от вода) опашка и a хидрофилен (водолюбива) глава. Фосфолипидът се състои от глицерол плюс отрицателно заредена фосфатна група, които и двете образуват главата, и две мастни киселини, които не носят заряд.

Въпреки че има две мастни киселини, свързани с главата, те са събрани заедно като една „опашка“. Тези хидрофилни и хидрофобни краища позволяват a двуслой да се образува в плазмената мембрана. Двуслоят има два слоя фосфолипиди, подредени с опашките си от вътрешната страна и главите си от външната страна.

The модел на флуидна мозайка обяснява функцията и структурата на клетъчната мембрана.

Първо, мембраната изглежда като мозайка, защото има различни молекули вътре като фосфолипиди и протеини. Второ, мембраната е течна, защото молекулите могат да се движат. Целият модел показва, че мембраната не е твърда и може да се променя.

Клетъчната мембрана е динамична и нейните молекули могат да се движат бързо. Клетки могат да контролират течливостта на своите мембрани чрез увеличаване или намаляване на броя на молекулите на определени вещества.

Важно е да се отбележи, че различни мастни киселини могат да образуват фосфолипиди. Двата основни типа са наситен и ненаситен мастни киселини.

Наситените мастни киселини нямат двойни връзки и вместо това имат максимален брой водородни връзки с въглерод. Наличието на само единични връзки в наситените мастни киселини улеснява плътното пакетиране на фосфолипидите.

От друга страна, ненаситените мастни киселини имат двойни връзки между въглеродните атоми, така че е по-трудно да ги опаковате заедно. Тяхните двойни връзки правят прегъвания във веригите и влияят на течливостта на плазмената мембрана. Двойните връзки създават повече пространство между фосфолипидите в мембраната, така че някои молекули могат да преминат по-лесно.

Наситените мазнини са по-склонни да бъдат твърди при стайна температура, докато ненаситените мастни киселини са течни при стайна температура. Често срещан пример за наситени мазнини, които може да имате в кухнята, е маслото.

Пример за ненаситена мазнина е течното масло. Хидрогенирането е химическа реакция, която може да накара течното масло да се превърне в твърдо вещество като маргарин. Частичното хидрогениране превръща някои от маслените молекули в наситени мазнини.

•••Дана Чен | Наука

Можете да разделите ненаситените мазнини в още две категории: цис-ненаситени мазнини и транс-ненаситени мазнини. Цис-ненаситените мазнини имат два водорода от една и съща страна на двойна връзка.

Въпреки това, транс-ненаситени мазнини имат два водорода от противоположните страни на двойна връзка. Това оказва голямо влияние върху формата на молекулата. Цис-ненаситените мазнини и наситените мазнини се срещат естествено, но транс-ненаситените мазнини се създават в лабораторията.

Може би сте чували за здравословни проблеми, свързани с яденето на трансмазнини през последните години. Наричани още транс-ненаситени мазнини, производителите на храни създават транс-мазнини чрез частично хидрогениране. Изследванията не показват, че хората имат ензими необходими за метаболизма на транс-мазнините, така че яденето им може да увеличи риска от развитие на сърдечно-съдови заболявания и диабет.

Холестеролът е друга важна молекула, която влияе върху течността в плазмената мембрана.

Холестеролът е a стероид което се среща естествено в мембраната. Той има четири свързани въглеродни пръстена и къса опашка и е разпределен произволно в плазмената мембрана. Основната функция на тази молекула е да спомогне за задържането на фосфолипидите заедно, така че да не пътуват твърде далеч един от друг.

В същото време холестеролът осигурява необходимото разстояние между фосфолипидите и предотвратява тяхното толкова плътно опаковане, че важните газове не могат да преминат. По същество, холестеролът може да помогне за регулиране на това, което излиза и влиза в клетката.

Незаменимите мастни киселини, като омега-3, съставляват част от плазмената мембрана и също могат да повлияят на течността. Намира се в храни като мазна риба, омега-3 мастни киселини са съществена част от вашата диета. След като ги изядете, тялото ви може да добави омега-3 към клетъчната мембрана, като ги включи в фосфолипид двуслой.

Омега-3 мастните киселини могат да повлияят на протеиновата активност в мембраната и да модифицират генната експресия.

Плазмената мембрана има различни видове протеини. Някои са на повърхността на тази бариера, докато други са вградени вътре. Протеините могат да действат като канали или рецептори за клетката.

Интегрални мембранни протеини са разположени във фосфолипидния бислой. Повечето от тях са трансмембранни протеини, което означава, че части от тях се виждат от двете страни на бислоя, защото стърчат.

Като цяло интегралните протеини помагат за транспортирането на по-големи молекули като глюкоза. Други интегрални протеини действат като канали за йони.

Тези протеини имат полярни и неполярни области, подобни на тези, открити във фосфолипидите. От друга страна са разположени периферни протеини на повърхността на фосфолипидния бислой. Понякога те са прикрепени към интегрални протеини.

Клетките имат мрежи от нишки, наречени цитоскелет, които осигуряват структура. The цитоскелет обикновено съществува точно под клетъчната мембрана и взаимодейства с нея. В цитоскелета също има протеини, които поддържат плазмената мембрана.

Например, животинските клетки имат актинови нишки, които действат като мрежа. Тези нишки са прикрепени към плазмената мембрана чрез съединителни протеини. Клетките се нуждаят от цитоскелета за структурна подкрепа и за предотвратяване на увреждане.

Подобно на фосфолипидите, протеините имат хидрофилни и хидрофобни области, които предсказват тяхното поставяне в клетъчната мембрана.

Например, трансмембранните протеини имат части, които са хидрофилни и хидрофобни, така че хидрофобните части могат да преминат през мембраната и да взаимодействат с хидрофобните опашки на фосфолипиди.

Плазмената мембрана има някои въглехидрати. Гликопротеини, които са вид протеин с прикрепен въглехидрат, съществуват в мембраната. Обикновено гликопротеините са интегрални мембранни протеини. Въглехидратите на гликопротеините помагат за разпознаването на клетките.

Гликолипиди са липиди (мазнини) с прикрепени въглехидрати и те също са част от плазмената мембрана. Те имат хидрофобни липидни опашки и хидрофилни глави на въглехидрати. Това им позволява да взаимодействат с фосфолипидния бислой и да се свързват с него.

Като цяло те помагат за стабилизирането на мембраната и могат да помогнат за клетъчната комуникация, като действат като рецептори или регулатори.

Една от важните характеристики на тези въглехидрати е, че те действат подобно идентификационни етикети върху клетъчната мембрана и това играе роля за имунитета. Въглехидратите от гликопротеини и гликолипиди образуват гликокаликса около клетката, който е важен за имунната система. Гликокаликсът, наричан още перицелуларен матрикс, е покритие, което има размит външен вид.

Много клетки, включително човешки и бактериални клетки, имат този тип покритие. При хората гликокаликсът е уникален за всеки човек поради гени, така че имунната система може да използва покритието като система за идентификация. Вашите имунни клетки могат да разпознаят покритието, което ви принадлежи и няма да атакуват вашите собствени клетки.

Плазмената мембрана има и други роли като подпомагане на транспорт на молекули и комуникация между клетки. Мембраната позволява захари, йони, аминокиселини, вода, газове и други молекули за влизане или излизане от клетката. Той не само контролира преминаването на тези вещества, но и определя колко от тях могат да се движат.

Полярността на молекулите помага да се определи дали те могат да влязат или да напуснат клетката.

Например, неполярна молекулите могат да преминат директно през фосфолипидния бислой, но полярна хората трябва да използват протеиновите канали, за да преминат. Кислородът, който е неполярен, може да се движи през двуслоя, докато захарите трябва да използват каналите. Това създава селективен транспорт на материали във и извън клетката.

Селективната пропускливост на плазмените мембрани дава на клетките по-голям контрол. Движението на молекулите през тази бариера е разделено на две категории: пасивен транспорт и активен транспорт. Пасивният транспорт не изисква клетката да използва каквато и да е енергия за движение на молекули, но активният транспорт използва енергия от аденозин трифосфат (АТФ).

Дифузия и осмоза са примери за пасивен транспорт. В улеснена дифузия, протеините в плазмената мембрана помагат на молекулите да се движат. По принцип пасивният транспорт включва движението на вещества от висока концентрация към ниска концентрация.

Например, ако клетката е заобиколена от висока концентрация на кислород, тогава кислородът може да се движи свободно през двуслоя до по-ниска концентрация вътре в клетката.

Активен транспорт се случва в клетъчната мембрана и обикновено включва протеините, вградени в този слой. Този вид транспорт позволява на клетките да работят срещу градиента на концентрацията, което означава, че могат да преместят нещата от ниска концентрация към висока концентрация.

Изисква енергия под формата на АТФ.

Плазмената мембрана също помага на комуникацията между клетките. Това може да включва въглехидратите в мембраната, които стърчат на повърхността. Те имат сайтове за обвързване, които позволяват клетъчна сигнализация. Въглехидратите на мембраната на една клетка могат да взаимодействат с въглехидратите на друга клетка.

Протеините на плазмената мембрана също могат да помогнат при комуникацията. Трансмембранните протеини действат като рецептори и могат да се свържат със сигналните молекули.

Тъй като сигналните молекули са твърде големи, за да влязат в клетката, взаимодействието им с протеините помага да се създаде път на отговори. Това се случва, когато протеинът се променя поради взаимодействия със сигналната молекула и започва верига от реакции.

В някои случаи мембранните рецептори на клетката се използват срещу организма, за да го заразят. Например, човешкият имунодефицитен вирус (ХИВ) може да използва собствените рецептори на клетката, за да влезе и да зарази клетката.

ХИВ има гликопротеинови издатини по външната си страна, които пасват на рецепторите на клетъчните повърхности. Вирусът може да се свърже с тези рецептори и да влезе вътре.

Друг пример за значението на маркерните протеини върху клетъчните повърхности се наблюдава при човека червени кръвни телца. Те помагат да се определи дали имате A, B, AB или O кръвна група. Тези маркери се наричат ​​антигени и помагат на тялото ви да разпознае собствените си кръвни клетки.

Еукариоти нямат клетъчни стени, така че плазмената мембрана е единственото нещо, което пречи на веществата да влязат или излязат от клетката. Въпреки това, прокариоти а растенията имат и двете клетъчни стени и плазмени мембрани. Наличието само на плазмена мембрана позволява на еукариотните клетки да бъдат по-гъвкави.

Плазмената мембрана или клетъчната мембрана действа като a защитно покритие за клетката в еукариоти и прокариоти. Тази бариера има пори, така че някои молекули могат да влизат или излизат от клетките. Двуслоят фосфолипид играе важна роля като основа на клетъчната мембрана. Можете също така да намерите холестерол и протеини в мембраната. Въглехидратите са склонни да се свързват с протеини или липиди, но те играят решаваща роля в имунитета и клетъчната комуникация.

Клетъчната мембрана е a структура на течността което се движи и променя. Прилича на мозайка заради различните вградени молекули. Плазмената мембрана предлага подкрепа за клетката, като същевременно помага при клетъчната сигнализация и транспортиране.