Μεμβράνη πλάσματος: Ορισμός, δομή και λειτουργία (με το διάγραμμα)

Η μεμβράνη πλάσματος είναι ένα προστατευτικό φράγμα που περιβάλλει το εσωτερικό του κυττάρου. Ονομάζεται επίσης το κυτταρική μεμβράνη, αυτή η δομή είναι ημι-πορώδης και επιτρέπει ορισμένα μόρια μέσα και έξω από το κύτταρο. Χρησιμεύει ως όριο διατηρώντας τα περιεχόμενα του κελιού στο εσωτερικό και αποτρέποντάς τους να διαρρεύσουν.

Και τα δυο προκαρυωτικά και ευκαρυωτικά κύτταρα έχουν μεμβράνες πλάσματος, αλλά οι μεμβράνες ποικίλλουν μεταξύ διαφορετικών οργανισμών. Γενικά, οι μεμβράνες πλάσματος αποτελούνται από φωσφολιπίδια και πρωτεΐνες.

Φωσφολιπίδια σχηματίζουν τη βάση της μεμβράνης πλάσματος. Η βασική δομή ενός φωσφολιπιδίου περιλαμβάνει α υδροφόβος (απειλούμενη με νερό) ουρά και α υδρόφιλο (αγαπούν το νερό) κεφάλι. Το φωσφολιπίδιο αποτελείται από μια γλυκερόλη συν μια αρνητικά φορτισμένη φωσφορική ομάδα, η οποία σχηματίζει και το κεφάλι, και δύο λιπαρά οξέα που δεν φέρουν φορτίο.

Ακόμα κι αν υπάρχουν δύο λιπαρά οξέα συνδεδεμένα με το κεφάλι, συνενώνονται μαζί ως «ουρά». Αυτά τα υδρόφιλα και υδρόφοβα άκρα επιτρέπουν α

ο ρευστό μωσαϊκό μοντέλο εξηγεί τη λειτουργία και τη δομή μιας κυτταρικής μεμβράνης.

Πρώτον, η μεμβράνη μοιάζει με μωσαϊκό επειδή έχει διαφορετικά μόρια μέσα όπως φωσφολιπίδια και πρωτεΐνες. Δεύτερον, η μεμβράνη είναι ρευστή επειδή τα μόρια μπορούν να κινηθούν. Ολόκληρο το μοντέλο δείχνει ότι η μεμβράνη δεν είναι άκαμπτη και είναι ικανή να αλλάξει.

Η κυτταρική μεμβράνη είναι δυναμική και τα μόριά της μπορούν να κινηθούν γρήγορα. Κελιά μπορεί να ελέγξει τη ρευστότητα των μεμβρανών τους αυξάνοντας ή μειώνοντας τον αριθμό των μορίων ορισμένων ουσιών.

Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι διαφορετικά λιπαρά οξέα μπορούν να συνθέσουν φωσφολιπίδια. Οι δύο κύριοι τύποι είναι κορεσμένο και ακόρεστα λιπαρά οξέα.

Τα κορεσμένα λιπαρά οξέα δεν έχουν διπλούς δεσμούς και αντ 'αυτού έχουν το μέγιστο αριθμό δεσμών υδρογόνου με άνθρακα. Η παρουσία μοναδικών δεσμών σε κορεσμένα λιπαρά οξέα καθιστά εύκολη τη στενή συσκευασία των φωσφολιπιδίων.

Από την άλλη πλευρά, τα ακόρεστα λιπαρά οξέα έχουν μερικούς διπλούς δεσμούς μεταξύ των ανθράκων, οπότε είναι πιο δύσκολο να τα συσκευάσουμε μαζί. Οι διπλοί δεσμοί τους κάνουν συστροφή στις αλυσίδες και επηρεάζουν τη ρευστότητα της μεμβράνης του πλάσματος. Οι διπλοί δεσμοί δημιουργούν περισσότερο χώρο μεταξύ των φωσφολιπιδίων στη μεμβράνη, έτσι μερικά μόρια μπορούν να περάσουν ευκολότερα.

Τα κορεσμένα λίπη είναι πιο πιθανό να είναι στερεά σε θερμοκρασία δωματίου, ενώ τα ακόρεστα λιπαρά οξέα είναι υγρά σε θερμοκρασία δωματίου. Ένα κοινό παράδειγμα κορεσμένου λίπους που μπορεί να έχετε στην κουζίνα είναι το βούτυρο.

Ένα παράδειγμα ακόρεστου λίπους είναι το υγρό λάδι. Η υδρογόνωση είναι μια χημική αντίδραση που μπορεί να κάνει το υγρό λάδι να μετατραπεί σε στερεό όπως η μαργαρίνη. Η μερική υδρογόνωση μετατρέπει μερικά από τα μόρια ελαίου σε κορεσμένα λίπη.

•••Ντάνα Τσεν | Επιστήμη

Μπορείτε να διαιρέσετε τα ακόρεστα λίπη σε δύο ακόμη κατηγορίες: cis-ακόρεστα λίπη και trans-ακόρεστα λίπη. Τα ακόρεστα λίπη Cis έχουν δύο υδρογόνα στην ίδια πλευρά ενός διπλού δεσμού.

Ωστόσο, trans-ακόρεστα λίπη έχετε δύο υδρογόνα στις αντίθετες πλευρές ενός διπλού δεσμού. Αυτό έχει μεγάλο αντίκτυπο στο σχήμα του μορίου. Cis-ακόρεστα λίπη και κορεσμένα λίπη εμφανίζονται φυσικά, αλλά trans-ακόρεστα λίπη δημιουργούνται στο εργαστήριο.

Μπορεί να έχετε ακούσει για προβλήματα υγείας που σχετίζονται με την κατανάλωση τρανς λιπαρών τα τελευταία χρόνια. Επίσης, ονομάζονται trans-ακόρεστα λίπη, οι κατασκευαστές τροφίμων δημιουργούν trans-λιπαρά μέσω μερικής υδρογόνωσης. Η έρευνα δεν έχει δείξει ότι οι άνθρωποι έχουν ένζυμα απαραίτητο για τον μεταβολισμό των trans λιπαρών, οπότε η κατανάλωσή τους μπορεί να αυξήσει τον κίνδυνο εμφάνισης καρδιαγγειακών παθήσεων και διαβήτη.

Η χοληστερόλη είναι ένα άλλο σημαντικό μόριο που επηρεάζει τη ρευστότητα στη μεμβράνη του πλάσματος.

Η χοληστερόλη είναι ένα στεροειδές που εμφανίζεται φυσικά στη μεμβράνη. Έχει τέσσερις συνδεδεμένους δακτυλίους άνθρακα και μια μικρή ουρά, και απλώνεται τυχαία σε όλη τη μεμβράνη του πλάσματος. Η κύρια λειτουργία αυτού του μορίου είναι να βοηθήσει να συγκρατηθούν τα φωσφολιπίδια έτσι ώστε να μην ταξιδεύουν πολύ μακριά το ένα από το άλλο.

Ταυτόχρονα, η χοληστερόλη παρέχει κάποια απαραίτητη απόσταση μεταξύ των φωσφολιπιδίων και τα εμποδίζει να συσσωρευτούν τόσο σφιχτά που δεν μπορούν να περάσουν σημαντικά αέρια. Ουσιαστικά, η χοληστερόλη μπορεί να βοηθήσει στη ρύθμιση του τι αφήνει και εισέρχεται στο κύτταρο.

Τα βασικά λιπαρά οξέα, όπως τα ωμέγα-3, αποτελούν μέρος της μεμβράνης του πλάσματος και μπορούν επίσης να επηρεάσουν τη ρευστότητα. Βρέθηκε σε τρόφιμα όπως λιπαρά ψάρια, ωμέγα-3 λιπαρά οξέα είναι ένα ουσιαστικό μέρος της διατροφής σας. Αφού τα φάτε, το σώμα σας μπορεί να προσθέσει ωμέγα-3 στην κυτταρική μεμβράνη ενσωματώνοντάς τα στο φωσφολιπίδιο διπλής στιβάδας.

Τα ωμέγα-3 λιπαρά οξέα μπορούν να επηρεάσουν την πρωτεϊνική δραστηριότητα στη μεμβράνη και να τροποποιήσουν την γονιδιακή έκφραση.

Η μεμβράνη πλάσματος έχει διαφορετικούς τύπους πρωτεϊνών. Μερικά βρίσκονται στην επιφάνεια αυτού του φράγματος, ενώ άλλα είναι ενσωματωμένα στο εσωτερικό. Οι πρωτεΐνες μπορούν να δράσουν ως κανάλια ή υποδοχείς για το κύτταρο.

Πρωτεΐνες ολοκληρωμένης μεμβράνης βρίσκονται εντός της διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίων. Οι περισσότερες από αυτές είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, πράγμα που σημαίνει ότι μέρη τους είναι ορατά και στις δύο πλευρές της διπλής στιβάδας, επειδή προεξέχουν.

Γενικά, οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες βοηθούν στη μεταφορά μεγαλύτερων μορίων όπως η γλυκόζη. Άλλες αναπόσπαστες πρωτεΐνες δρουν ως δίαυλοι για τα ιόντα.

Αυτές οι πρωτεΐνες έχουν πολικές και μη πολικές περιοχές παρόμοιες με αυτές που βρίσκονται στα φωσφολιπίδια. Από την άλλη πλευρά, εντοπίζονται περιφερειακές πρωτεΐνες στην επιφάνεια της διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίων. Μερικές φορές συνδέονται με ολοκληρωμένες πρωτεΐνες.

Τα κύτταρα έχουν δίκτυα νημάτων που ονομάζονται κυτταροσκελετός που παρέχουν δομή. ο κυτταροσκελετός συνήθως υπάρχει ακριβώς κάτω από την κυτταρική μεμβράνη και αλληλεπιδρά με αυτήν. Υπάρχουν επίσης πρωτεΐνες στον κυτταροσκελετό που υποστηρίζουν τη μεμβράνη του πλάσματος.

Για παράδειγμα, τα ζωικά κύτταρα έχουν νήματα ακτίνης που δρουν ως δίκτυο. Αυτά τα νήματα συνδέονται με τη μεμβράνη του πλάσματος μέσω πρωτεϊνών σύνδεσης. Τα κύτταρα χρειάζονται τον κυτταροσκελετό για δομική υποστήριξη και για την αποφυγή ζημιών.

Παρόμοια με τα φωσφολιπίδια, οι πρωτεΐνες έχουν υδρόφιλες και υδρόφοβες περιοχές που προβλέπουν την τοποθέτησή τους στην κυτταρική μεμβράνη.

Για παράδειγμα, οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες έχουν μέρη που είναι υδρόφιλα και υδρόφοβα, έτσι υδρόφοβα μέρη μπορούν να περάσουν μέσω της μεμβράνης και να αλληλεπιδράσουν με τις υδρόφοβες ουρές του φωσφολιπίδια

Η μεμβράνη του πλάσματος έχει μερικούς υδατάνθρακες. Γλυκοπρωτεΐνες, που είναι ένας τύπος πρωτεΐνης με υδατάνθρακες συνδεδεμένους, υπάρχουν στη μεμβράνη. Συνήθως, οι γλυκοπρωτεΐνες είναι αναπόσπαστες πρωτεΐνες μεμβράνης. Οι υδατάνθρακες στις γλυκοπρωτεΐνες βοηθούν στην αναγνώριση των κυττάρων.

Γλυκολιπίδια είναι λιπίδια (λίπη) με προσκολλημένους υδατάνθρακες και αποτελούν επίσης μέρος της μεμβράνης του πλάσματος. Έχουν υδρόφοβες ουρές λιπιδίων και υδρόφιλες κεφαλές υδατανθράκων. Αυτό τους επιτρέπει να αλληλεπιδρούν και να συνδέονται με τη φωσφολιπιδική διπλή στιβάδα.

Γενικά, βοηθούν στη σταθεροποίηση της μεμβράνης και μπορούν να βοηθήσουν στην επικοινωνία των κυττάρων ενεργώντας ως υποδοχείς ή ρυθμιστές.

Ένα από τα σημαντικά χαρακτηριστικά αυτών των υδατανθράκων είναι ότι δρουν ετικέτες αναγνώρισης στην κυτταρική μεμβράνη, και αυτό παίζει ρόλο στην ανοσία. Οι υδατάνθρακες από τις γλυκοπρωτεΐνες και τα γλυκολιπίδια σχηματίζουν τον γλυκοκάλιξ γύρω από το κύτταρο που είναι σημαντικό για το ανοσοποιητικό σύστημα. Το glycocalyx, που ονομάζεται επίσης περικυτταρική μήτρα, είναι μια επικάλυψη που έχει ασαφή εμφάνιση.

Πολλά κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων και βακτηριακών κυττάρων, έχουν αυτόν τον τύπο επικάλυψης. Στους ανθρώπους, ο γλυκοκάλυκας είναι μοναδικός σε κάθε άτομο λόγω του γονίδια, έτσι το ανοσοποιητικό σύστημα μπορεί να χρησιμοποιήσει την επικάλυψη ως σύστημα αναγνώρισης. Τα ανοσοκύτταρά σας μπορούν να αναγνωρίσουν την επικάλυψη που σας ανήκει και δεν θα επιτεθούν στα δικά σας κύτταρα.

Η μεμβράνη του πλάσματος έχει άλλους ρόλους όπως η βοήθεια του Μεταφορά μορίων και επικοινωνίας μεταξύ κυττάρων και κυττάρων. Η μεμβράνη επιτρέπει σάκχαρα, ιόντα, αμινοξέα, νερό, αέρια και άλλα μόρια για είσοδο ή έξοδο από το κύτταρο. Όχι μόνο ελέγχει τη διέλευση αυτών των ουσιών, αλλά καθορίζει επίσης πόσες μπορούν να κινηθούν.

Η πολικότητα των μορίων βοηθά στον προσδιορισμό εάν μπορούν να εισέλθουν ή να φύγουν από το κύτταρο.

Για παράδειγμα, μη πολικό Τα μόρια μπορούν να διέλθουν απευθείας από τη διπλή στιβάδα φωσφολιπιδίων, αλλά πολικός αυτοί πρέπει να χρησιμοποιούν τα κανάλια πρωτεΐνης για να περάσουν. Το οξυγόνο, το οποίο είναι μη πολικό, μπορεί να κινηθεί μέσω της διπλής στιβάδας, ενώ τα σάκχαρα πρέπει να χρησιμοποιούν τα κανάλια. Αυτό δημιουργεί επιλεκτική μεταφορά υλικών μέσα και έξω από το κελί.

Η επιλεκτική διαπερατότητα των μεμβρανών πλάσματος δίνει στα κύτταρα μεγαλύτερο έλεγχο. Η κίνηση των μορίων πέρα ​​από αυτό το φράγμα χωρίζεται σε δύο κατηγορίες: παθητικές μεταφορές και ενεργές μεταφορές. Η παθητική μεταφορά δεν απαιτεί από το κύτταρο να χρησιμοποιεί καμία ενέργεια για να μετακινήσει μόρια, αλλά η ενεργή μεταφορά χρησιμοποιεί ενέργεια από τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP).

Διάχυση και ώσμωση είναι παραδείγματα παθητικής μεταφοράς. Σε διευκόλυνση της διάχυσης, οι πρωτεΐνες στη μεμβράνη πλάσματος βοηθούν τα μόρια να κινούνται. Γενικά, η παθητική μεταφορά περιλαμβάνει τη μετακίνηση ουσιών από υψηλή συγκέντρωση σε χαμηλή συγκέντρωση.

Για παράδειγμα, εάν ένα κύτταρο περιβάλλεται από υψηλή συγκέντρωση οξυγόνου, τότε το οξυγόνο μπορεί να κινηθεί ελεύθερα μέσω της διπλής στιβάδας σε χαμηλότερη συγκέντρωση εντός του κυττάρου.

Ενεργή μεταφορά συμβαίνει κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης και συνήθως περιλαμβάνει τις πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες σε αυτό το στρώμα. Αυτός ο τύπος μεταφοράς επιτρέπει στα κύτταρα να λειτουργούν ενάντια στη βαθμίδα συγκέντρωσης, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να μετακινήσουν τα πράγματα από μια χαμηλή συγκέντρωση σε μια υψηλή συγκέντρωση.

Απαιτεί ενέργεια με τη μορφή ATP.

Η μεμβράνη του πλάσματος βοηθά επίσης την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει τους υδατάνθρακες στη μεμβράνη που προεξέχουν στην επιφάνεια. Έχουν δεσμευτικούς ιστότοπους που επιτρέπουν κυτταρική σηματοδότηση. Οι υδατάνθρακες της μεμβράνης ενός κυττάρου μπορούν να αλληλεπιδράσουν με τους υδατάνθρακες σε ένα άλλο κύτταρο.

Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης πλάσματος μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην επικοινωνία. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες δρουν ως υποδοχείς και μπορούν να συνδεθούν με μόρια σηματοδότησης.

Δεδομένου ότι τα μόρια σηματοδότησης τείνουν να είναι πολύ μεγάλα για να εισέλθουν στο κύτταρο, οι αλληλεπιδράσεις τους με τις πρωτεΐνες βοηθούν στη δημιουργία μιας πορείας αποκρίσεων. Αυτό συμβαίνει όταν η πρωτεΐνη αλλάζει λόγω αλληλεπιδράσεων με το μόριο σήματος και ξεκινά μια αλυσίδα αντιδράσεων.

Σε ορισμένες περιπτώσεις, οι υποδοχείς μεμβράνης σε ένα κύτταρο χρησιμοποιούνται ενάντια στον οργανισμό για να τον μολύνουν. Για παράδειγμα, ο ιός ανθρώπινης ανοσοανεπάρκειας (HIV) μπορεί να χρησιμοποιήσει τους υποδοχείς του ίδιου του κυττάρου για να εισέλθει και να μολύνει το κύτταρο.

HIV έχει προεξοχές γλυκοπρωτεϊνών στο εξωτερικό της που ταιριάζουν στους υποδοχείς στις κυτταρικές επιφάνειες. Ο ιός μπορεί να συνδεθεί με αυτούς τους υποδοχείς και να μπει μέσα.

Ένα άλλο παράδειγμα της σημασίας των πρωτεϊνών-δεικτών στις κυτταρικές επιφάνειες παρατηρείται στον άνθρωπο ερυθρά αιμοσφαίρια. Σας βοηθούν να προσδιορίσετε εάν έχετε τα Α, Β, ΑΒ ή Ο ομάδα αίματος. Αυτοί οι δείκτες ονομάζονται αντιγόνα και βοηθούν το σώμα σας να αναγνωρίσει τα δικά του κύτταρα αίματος.

Ευκαρυώτες δεν έχουν κυτταρικά τοιχώματα, επομένως η μεμβράνη του πλάσματος είναι το μόνο πράγμα που εμποδίζει την είσοδο ή την έξοδο από το κύτταρο. Ωστόσο, προκαρυώτες και τα φυτά έχουν και τα δύο κυτταρικά τοιχώματα και μεμβράνες πλάσματος. Η παρουσία μόνο μιας μεμβράνης πλάσματος επιτρέπει στα ευκαρυωτικά κύτταρα να είναι πιο ευέλικτα.

Η μεμβράνη πλάσματος ή η κυτταρική μεμβράνη δρα ως α προστατευτική επίστρωση για το κύτταρο σε ευκαρυώτες και προκαρυώτες. Αυτό το φράγμα έχει πόρους, οπότε ορισμένα μόρια μπορούν να εισέλθουν ή να βγουν από τα κύτταρα. Η διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου παίζει σημαντικό ρόλο ως βάση της κυτταρικής μεμβράνης. Μπορείτε επίσης να βρείτε χοληστερόλη και πρωτεΐνες στη μεμβράνη. Οι υδατάνθρακες τείνουν να συνδέονται με πρωτεΐνες ή λιπίδια, αλλά παίζουν καθοριστικό ρόλο στην ανοσία και την επικοινωνία των κυττάρων.

Η κυτταρική μεμβράνη είναι α ρευστή δομή που κινείται και αλλάζει. Μοιάζει με μωσαϊκό λόγω των διαφορετικών ενσωματωμένων μορίων. Η μεμβράνη του πλάσματος προσφέρει υποστήριξη για το κύτταρο, ενώ βοηθά στη σηματοδότηση και μεταφορά κυττάρων.