Plasmamembran: definition, struktur og funktion (med diagram)

Plasmamembranen er en beskyttende barriere, der omgiver det indre af cellen. Også kaldet celle membran, denne struktur er semi-porøs og tillader visse molekyler ind og ud af cellen. Det tjener som en grænse ved at holde celleindholdet inde og forhindre dem i at spildes ud.

Begge prokaryote og eukaryote celler har plasmamembraner, men membranerne varierer mellem forskellige organismer. Generelt består plasmamembraner af phospholipider og proteiner.

Fosfolipider danner basen af ​​plasmamembranen. Den basale struktur af et phospholipid inkluderer en hydrofob (vandfrygtig) hale og en hydrofil (vandelskende) hoved. Phospholipiden består af en glycerol plus en negativt ladet phosphatgruppe, som begge danner hovedet og to fedtsyrer, der ikke bærer en ladning.

Selvom der er to fedtsyrer forbundet med hovedet, klumpes de sammen som en "hale". Disse hydrofile og hydrofobe ender tillader a dobbeltlag dannes i plasmamembranen. Dobbeltlaget har to lag fosfolipider arrangeret med deres haler på indersiden og deres hoveder på ydersiden.

Det flydende mosaikmodel forklarer funktionen og strukturen af ​​en cellemembran.

For det første ser membranen ud som en mosaik, fordi den har forskellige molekyler indeni som fosfolipider og proteiner. For det andet er membranen flydende, fordi molekylerne kan bevæge sig. Hele modellen viser, at membranen ikke er stiv og kan ændre sig.

Cellemembranen er dynamisk, og dens molekyler kan bevæge sig hurtigt. Celler kan kontrollere fluiditeten i deres membraner ved at øge eller formindske antallet af molekyler af visse stoffer.

Det er vigtigt at bemærke, at forskellige fedtsyrer kan udgøre phospholipider. De to hovedtyper er mættet og umættet fedtsyrer.

Mættede fedtsyrer har ikke dobbeltbindinger og har i stedet det maksimale antal hydrogenbindinger med kulstof. Tilstedeværelsen af ​​kun enkeltbindinger i mættede fedtsyrer gør det let at pakke fosfolipider tæt sammen.

På den anden side har umættede fedtsyrer nogle dobbeltbindinger mellem carbonatomer, så det er sværere at pakke dem sammen. Deres dobbeltbindinger knækker i kæderne og påvirker plasmamembranens fluiditet. Dobbeltbindingerne skaber mere plads mellem fosfolipider i membranen, så nogle molekyler kan passere lettere.

Mættede fedtstoffer er mere tilbøjelige til at være faste ved stuetemperatur, mens umættede fedtsyrer er flydende ved stuetemperatur. Et almindeligt eksempel på et mættet fedt, du måtte have i køkkenet, er smør.

Et eksempel på et umættet fedt er flydende olie. Hydrogenering er en kemisk reaktion, der kan få flydende olie til at blive et faststof som margarine. Delvis hydrogenering forvandler nogle af oliemolekylerne til mættede fedtstoffer.

•••Dana Chen | Videnskabelig

Du kan opdele umættede fedtstoffer i yderligere to kategorier: cis-umættede fedtstoffer og trans-umættede fedtstoffer. Cis-umættede fedtstoffer har to hydrogener på samme side af en dobbeltbinding.

Imidlertid, trans-umættede fedtstoffer har to hydrogener på hver sin side af en dobbeltbinding. Dette har stor indflydelse på formen af ​​molekylet. Cis-umættede fedtstoffer og mættede fedtstoffer forekommer naturligt, men trans-umættede fedtstoffer oprettes i laboratoriet.

Du har måske hørt om sundhedsmæssige problemer i forbindelse med at spise transfedt i de senere år. Også kaldet trans-umættet fedt, fødevareproducenter skaber transfedt gennem delvis hydrogenering. Forskning har ikke vist, at folk har enzymer nødvendigt at metabolisere transfedt, så at spise dem kan øge risikoen for at udvikle hjerte-kar-sygdomme og diabetes.

Kolesterol er et andet vigtigt molekyle, der påvirker fluiditeten i plasmamembranen.

Kolesterol er en steroid der forekommer naturligt i membranen. Den har fire sammenkædede kulstofringe og en kort hale, og den spredes tilfældigt gennem plasmamembranen. Hovedfunktionen for dette molekyle er at hjælpe med at holde phospholipiderne sammen, så de ikke rejser for langt væk fra hinanden.

Samtidig giver kolesterol en vis nødvendig afstand mellem phospholipider og forhindrer dem i at blive så tæt pakket, at vigtige gasser ikke kan komme igennem. I det væsentlige kan kolesterol hjælpe med at regulere, hvad der forlader og kommer ind i cellen.

Essentielle fedtsyrer, såsom omega-3'er, udgør en del af plasmamembranen og kan også påvirke fluiditeten. Findes i fødevarer som fede fisk, omega-3 fedtsyrer er en vigtig del af din diæt. Når du har spist dem, kan din krop tilføje omega-3'er til cellemembranen ved at inkorporere dem i phospholipid dobbeltlag.

Omega-3 fedtsyrer kan påvirke proteinaktiviteten i membranen og ændre genekspression.

Plasmamembranen har forskellige typer proteiner. Nogle er på overfladen af ​​denne barriere, mens andre er indlejret inde. Proteiner kan fungere som kanaler eller receptorer for cellen.

Integrerede membranproteiner er placeret inde i phospholipid dobbeltlaget. De fleste af dem er transmembrane proteiner, hvilket betyder, at dele af dem er synlige på begge sider af dobbeltlaget, fordi de stikker ud.

Generelt hjælper integrerede proteiner med at transportere større molekyler såsom glukose. Andre integrerede proteiner fungerer som kanaler for ioner.

Disse proteiner har polære og ikke-polære regioner, der ligner dem, der findes i phospholipider. På den anden side er perifere proteiner placeret på overfladen af phospholipid dobbeltlaget. Nogle gange er de knyttet til integrerede proteiner.

Celler har netværk af filamenter kaldet cytoskelet, der giver struktur. Det cytoskelet findes normalt lige under cellemembranen og interagerer med den. Der er også proteiner i cytoskeletet, der understøtter plasmamembranen.

For eksempel har dyreceller actinfilamenter, der fungerer som et netværk. Disse filamenter er bundet til plasmamembranen gennem konnektorproteiner. Celler har brug for cytoskelet til strukturel støtte og for at forhindre beskadigelse.

Svarende til phospholipider har proteiner hydrofile og hydrofobe regioner, der forudsiger deres placering i cellemembranen.

For eksempel har transmembrane proteiner dele, der er hydrofile og hydrofobe, så den hydrofobe dele kan passere gennem membranen og interagere med de hydrofobe haler af fosfolipider.

Plasmamembranen har nogle kulhydrater. Glykoproteiner, som er en type protein med et kulhydrat bundet, findes i membranen. Normalt er glykoproteiner integrerede membranproteiner. Kulhydraterne på glykoproteiner hjælper med cellegenkendelse.

Glykolipider er lipider (fedtstoffer) med tilknyttede kulhydrater, og de er også en del af plasmamembranen. De har hydrofobe lipidhaler og hydrofile kulhydrathoveder. Dette giver dem mulighed for at interagere med og binde til phospholipid dobbeltlaget.

Generelt hjælper de med at stabilisere membranen og kan hjælpe med cellekommunikation ved at fungere som receptorer eller regulatorer.

Et af de vigtige træk ved disse kulhydrater er, at de fungerer ligesom identifikationskoder på cellemembranen, og dette spiller en rolle i immuniteten. Kulhydraterne fra glycoproteiner og glycolipider danner glycocalyx omkring cellen, der er vigtig for immunsystemet. Glycocalyx, også kaldet den pericellulære matrix, er en belægning, der har en fuzzy udseende.

Mange celler, inklusive humane og bakterieceller, har denne type belægning. Hos mennesker er glycocalyx unik i hver person på grund af gener, så immunsystemet kan bruge belægningen som et identifikationssystem. Dine immunceller kan genkende den belægning, der tilhører dig og vil ikke angribe dine egne celler.

Plasmamembranen har andre roller såsom at hjælpe transport af molekyler og celle-til-celle-kommunikation. Membranen tillader sukker, ioner, aminosyrervand, gasser og andre molekyler for at komme ind i eller forlade cellen. Ikke alene styrer det passagen af ​​disse stoffer, men det bestemmer også, hvor mange der kan bevæge sig.

Molekylernes polaritet hjælper med at bestemme, om de kan komme ind i eller forlade cellen.

For eksempel, ikke-polær molekyler kan gå gennem phospholipid dobbeltlaget direkte, men polar de skal bruge proteinkanalerne til at passere. Ilt, som ikke er polært, kan bevæge sig gennem dobbeltlaget, mens sukker skal bruge kanalerne. Dette skaber selektiv transport af materialer ind og ud af cellen.

Den selektive permeabilitet af plasmamembraner giver celler mere kontrol. Molekylers bevægelse over denne barriere er opdelt i to kategorier: passiv transport og aktiv transport. Passiv transport kræver ikke, at cellen bruger nogen energi til at flytte molekyler, men aktiv transport bruger energi fra adenosintrifosfat (ATP).

Diffusion og osmose er eksempler på passiv transport. I letter diffusion, proteiner i plasmamembranen hjælper molekylerne med at bevæge sig. Generelt involverer passiv transport bevægelse af stoffer fra en høj koncentration til en lav koncentration.

For eksempel, hvis en celle er omgivet af en høj iltkoncentration, kan iltet bevæge sig frit gennem dobbeltlaget til en lavere koncentration inde i cellen.

Aktiv transport sker på tværs af cellemembranen og involverer normalt proteinerne indlejret i dette lag. Denne type transport giver celler mulighed for at arbejde mod koncentrationsgradienten, hvilket betyder at de kan flytte ting fra en lav koncentration til en høj koncentration.

Det kræver energi i form af ATP.

Plasmamembranen hjælper også celle-til-celle-kommunikation. Dette kan involvere kulhydrater i membranen, der stikker ud på overfladen. De har bindende websteder, der giver mulighed for cellesignalering. Kulhydraterne i en celles membran kan interagere med kulhydraterne på en anden celle.

Plasmamembranens proteiner kan også hjælpe med kommunikation. Transmembrane proteiner fungerer som receptorer og kan binde til signalmolekyler.

Da signalmolekylerne har tendens til at være for store til at komme ind i cellen, hjælper deres interaktioner med proteinerne med at skabe en reaktionsvej. Dette sker, når proteinet ændres på grund af interaktioner med signalmolekylet og starter en kæde af reaktioner.

I nogle tilfælde bruges membranreceptorerne på en celle mod organismen til at inficere den. For eksempel kan human immundefektvirus (HIV) bruge cellens egne receptorer til at komme ind i og inficere cellen.

HIV har glykoproteinfremspring på dets ydre, der passer til receptorer på celleoverflader. Virussen kan binde sig til disse receptorer og komme ind.

Et andet eksempel på vigtigheden af ​​markørproteiner på celleoverflader ses hos mennesker røde blodlegemer. De hjælper med at afgøre, om du har A, B, AB eller O blodtype. Disse markører kaldes antigener og hjælper din krop med at genkende sine egne blodlegemer.

Eukaryoter ikke har cellevægge, så plasmamembranen er det eneste, der forhindrer stoffer i at komme ind i eller forlade cellen. Imidlertid, prokaryoter og planter har begge dele cellevægge og plasmamembraner. Tilstedeværelsen af ​​kun en plasmamembran gør det muligt for eukaryote celler at være mere fleksible.

Plasmamembranen eller cellemembranen fungerer som en beskyttende belægning for cellen i eukaryoter og prokaryoter. Denne barriere har porer, så nogle molekyler kan komme ind eller ud af cellerne. Det phospholipide dobbeltlag spiller en vigtig rolle som basen af ​​cellemembranen. Du kan også finde kolesterol og proteiner i membranen. Kulhydrater har tendens til at være bundet til proteiner eller lipider, men de spiller en afgørende rolle i immunitet og cellekommunikation.

Cellemembranen er en væskestruktur der bevæger sig og ændrer sig. Det ligner en mosaik på grund af de forskellige indlejrede molekyler. Plasmamembranen giver støtte til cellen, mens den hjælper med cellesignalering og transport.