Plasma membraan: määratlus, struktuur ja funktsioon (koos skeemiga)

Plasma membraan on kaitsebarjäär, mis ümbritseb raku sisemust. Nimetatakse ka rakumembraan, see struktuur on poorselt poorne ja laseb teatud molekulidel rakku sisse ja välja. See toimib piirina, hoides raku sisu sees ja hoides ära selle laialivalgumise.

Mõlemad prokarüootsed ja eukarüootsed rakud on plasmamembraanid, kuid membraanid on organismide lõikes erinevad. Üldiselt koosnevad plasmamembraanid fosfolipiididest ja valkudest.

Fosfolipiidid moodustavad plasmamembraani aluse. Fosfolipiidi põhistruktuur sisaldab a hüdrofoobne (vettpidav) saba ja a hüdrofiilne (vett armastav) pea. Fosfolipiid koosneb glütseroolist koos negatiivselt laetud fosfaatrühmaga, mis mõlemad moodustavad pea, ja kahest rasvhappest, millel pole laengut.

Ehkki peaga on ühendatud kaks rasvhapet, on need kokku ühendatud ühe "sabana". Need hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed otsad võimaldavad a kahekihiline moodustuda plasmamembraanis. Kakskihil on kaks kihti fosfolipiide, mille saba on siseküljel ja pea väljastpoolt.

The vedeliku mosaiigi mudel selgitab rakumembraani funktsiooni ja struktuuri.

Esiteks näeb membraan välja nagu mosaiik, kuna selle sees on erinevad molekulid nagu fosfolipiidid ja valgud. Teiseks on membraan vedel, kuna molekulid saavad liikuda. Kogu mudel näitab, et membraan ei ole jäik ja on võimeline muutuma.

Rakumembraan on dünaamiline ja selle molekulid saavad kiiresti liikuda. Rakud suudavad kontrollida oma membraanide voolavust, suurendades või vähendades teatud ainete molekulide arvu.

Oluline on märkida, et erinevad rasvhapped võivad moodustada fosfolipiide. Kaks peamist tüüpi on küllastunud ja küllastumata rasvhapped.

Küllastunud rasvhapetel ei ole kaksiksidemeid ja selle asemel on süsinikuga maksimaalselt vesiniksidemeid. Ainult üksiksidemete olemasolu küllastunud rasvhapetes muudab fosfolipiidide tiheda kokku pakkimise lihtsaks.

Teiselt poolt on küllastumata rasvhapetel süsinike vahel mõned kaksiksidemed, seega on neid raskem kokku pakkida. Nende kaksiksidemed tekitavad ahelates kinke ja mõjutavad plasmamembraani voolavust. Kaksiksidemed loovad membraanis fosfolipiidide vahel rohkem ruumi, nii et mõned molekulid saavad sellest kergemini läbi.

Küllastunud rasvad on toatemperatuuril suurema tõenäosusega tahked, küllastumata rasvhapped aga toatemperatuuril vedelad. Köögis leiduvate küllastunud rasvade levinud näide on või.

Küllastumata rasva näide on vedel õli. Hüdrogeenimine on keemiline reaktsioon, mis võib muuta vedelast õlist tahke aine nagu margariin. Osaline hüdrogeenimine muudab osa õlimolekulidest küllastunud rasvadeks.

•••Dana Chen | Teadmine

Küllastumata rasvad saate jagada veel kahte kategooriasse: cis-küllastumata ja trans-küllastumata rasvad. Cis-küllastumata rasvadel on kaks vesinikku kaksiksideme samal küljel.

Kuid, trans-küllastumata rasvad on kaks vesinikku kaksiksideme vastaskülgedel. Sellel on suur mõju molekuli kujule. Cis-küllastumata ja küllastunud rasvad esinevad loomulikult, kuid laboris tekivad trans-küllastumata rasvad.

Võib-olla olete viimastel aastatel kuulnud transrasvade söömisega seotud terviseprobleemidest. Toidutootjad, mida nimetatakse ka trans-küllastumata rasvadeks, loovad transrasvad osalise hüdrogeenimise teel. Uuringud ei ole näidanud, et inimestel on ensüümid vajalik transrasvade metaboliseerimiseks, nii et nende söömine võib suurendada südame-veresoonkonna haiguste ja diabeedi tekkimise riski.

Kolesterool on veel üks oluline molekul, mis mõjutab plasmamembraani voolavust.

Kolesterool on a steroid mis toimub membraanis loomulikult. Sellel on neli seotud süsinikurõngast ja lühike saba ning see on jaotatud juhuslikult kogu plasmamembraani. Selle molekuli põhiülesanne on aidata fosfolipiidid koos hoida, nii et nad ei liiguks üksteisest liiga kaugele.

Samal ajal tagab kolesterool fosfolipiidide vahel vajaliku vahe ja takistab nende nii tihedat pakkimist, et olulised gaasid ei pääse läbi. Põhimõtteliselt võib kolesterool aidata reguleerida seda, mis rakust väljub ja siseneb.

Asendamatud rasvhapped, nagu oomega-3, moodustavad osa plasmamembraanist ja võivad mõjutada ka voolavust. Leitakse sellistest toiduainetest nagu rasvane kala, oomega-3 rasvhapped on teie dieedi oluline osa. Pärast nende söömist võib teie keha rakumembraanile lisada oomega-3, lisades need fosfolipiid kahekihiline.

Oomega-3-rasvhapped võivad mõjutada membraani valgu aktiivsust ja muuta geeniekspressiooni.

Plasma membraanil on erinevat tüüpi valke. Mõned asuvad selle tõkke pinnal, teised aga sees. Valgud võivad toimida raku kanalite või retseptoritena.

Integraalsed membraanivalgud paiknevad kahes kihis fosfolipiidide sees. Enamik neist on transmembraansed valgud, mis tähendab, et nende osad on nähtavad kahekihilisel mõlemal küljel, kuna need jäävad välja.

Üldiselt aitavad integraalsed valgud transportida suuremaid molekule, näiteks glükoosi. Teised integraalsed valgud toimivad ioonide kanalina.

Nendel valkudel on polaarsed ja mittepolaarsed piirkonnad, mis on sarnased fosfolipiidides leiduvate piirkondadega. Teiselt poolt paiknevad perifeersed valgud pinnal kahekihilise fosfolipiidiga. Mõnikord on need kinnitatud integraalsete valkude külge.

Rakkudel on struktuuri tagavad kiudude võrgud, mida nimetatakse tsütoskeletiks. The tsütoskelett eksisteerib tavaliselt otse rakumembraani all ja suhtleb sellega. Tsütoskeletis on ka plasmamembraani toetavad valgud.

Näiteks on loomarakkudel aktiinifilamentid, mis toimivad võrgustikuna. Need kiud kinnitatakse plasmamembraanile ühendvalkude kaudu. Rakud vajavad tsütoskeletti struktuurseks toeks ja kahjustuste vältimiseks.

Sarnaselt fosfolipiididega on valkudel hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed piirkonnad, mis ennustavad nende paiknemist rakumembraanis.

Näiteks on transmembraansetel valkudel hüdrofiilsed ja hüdrofoobsed osad, seega hüdrofoobsed osad võivad läbida membraani ja suhelda hüdrofoobsete sabadega fosfolipiidid.

Plasma membraanil on mõned süsivesikud. Glükoproteiinid, mis on teatud tüüpi valk, millele on lisatud süsivesikuid, eksisteerib membraanis. Tavaliselt on glükoproteiinid lahutamatud membraanivalgud. Glükoproteiinide süsivesikud aitavad rakke ära tunda.

Glükolipiidid on lipiidid (rasvad), millele on lisatud süsivesikuid, ja need on samuti osa plasmamembraanist. Neil on hüdrofoobsed lipiidisabad ja hüdrofiilsed süsivesikute pead. See võimaldab neil suhelda kahekihilise fosfolipiidiga ja sellega seonduda.

Üldiselt aitavad need membraani stabiliseerida ja võivad aidata rakkude suhtlemisel, toimides retseptorite või regulaatoritena.

Nende süsivesikute üks oluline omadus on see, et nad käituvad sarnaselt identifitseerimismärgised rakumembraanil ja see mängib rolli immuunsuses. Glükoproteiinide ja glükolipiidide süsivesikud moodustavad raku ümber immuunsüsteemi jaoks olulise glükokalüksi. Glükokalüks, mida nimetatakse ka peritsellulaarseks maatriksiks, on kate, millel on hägune välimus.

Seda tüüpi kate on paljudel rakkudel, sealhulgas inimese ja bakterite rakkudel. Inimestel on glükokalüks iga inimese jaoks ainulaadne selle tõttu geenid, nii et immuunsüsteem saab katet identifitseerimissüsteemina kasutada. Teie immuunrakud tunnevad ära teile kuuluva katte ja ei ründa teie enda rakke.

Plasma membraanil on muid rolle, näiteks transport molekulide ja rakkude vaheline suhtlus. Membraan võimaldab suhkruid, ioonid, aminohapped, vesi, gaasid ja muud molekulid rakku sisenemiseks või sealt väljumiseks. See mitte ainult ei kontrolli nende ainete läbipääsu, vaid määrab ka selle, kui paljud saavad liikuda.

Molekulide polaarsus aitab kindlaks teha, kas nad saavad rakku siseneda või sealt lahkuda.

Näiteks, mittepolaarne molekulid võivad otse läbi fosfolipiidide kahekihilise, kuid polaarne neist peavad läbimiseks kasutama valgukanaleid. Hapnik, mis on mittepolaarne, võib liikuda läbi kahekihilise, samas kui suhkrud peavad kanaleid kasutama. See loob materjalide valikulise transpordi rakku ja sealt välja.

Plasma membraanide selektiivne läbilaskvus annab rakkudele suurema kontrolli. Molekulide liikumine üle selle barjääri on jagatud kahte kategooriasse: passiivne transport ja aktiivne transport. Passiivne transport ei nõua, et rakk kasutaks molekulide liikumiseks energiat, kuid aktiivne transport kasutab energiat adenosiinitrifosfaat (ATP).

Difusioon ja osmoos on näited passiivsest transpordist. Sisse hõlbustas difusiooni, plasmamembraanis olevad valgud aitavad molekulidel liikuda. Üldiselt hõlmab passiivne transport ainete liikumist suurest kontsentratsioonist madala kontsentratsioonini.

Näiteks kui rakku ümbritseb kõrge hapniku kontsentratsioon, võib hapnik liikuda vabalt läbi kaksikkihi raku sees madalamale kontsentratsioonile.

Aktiivne transport toimub üle rakumembraani ja hõlmab tavaliselt sellesse kihti sisestatud valke. Seda tüüpi transport võimaldab rakkudel töötada kontsentratsiooni gradiendi vastu, mis tähendab, et nad saavad asju liigutada madalast kontsentratsioonist kõrge kontsentratsioonini.

See nõuab energiat ATP kujul.

Plasma membraan aitab ka rakkudevahelist suhtlust. See võib hõlmata membraani süsivesikuid, mis jäävad pinnale välja. Neil on sidumissaite, mis seda võimaldavad raku signaalimine. Ühe raku membraani süsivesikud võivad suhelda teise raku süsivesikutega.

Plasma membraani valgud võivad samuti suhelda aidata. Transmembraansed valgud toimivad retseptoritena ja võivad seonduda signaalmolekulidega.

Kuna signaalimolekulid kipuvad rakku sisenemiseks olema liiga suured, aitavad nende interaktsioonid valkudega luua vastuste raja. See juhtub siis, kui valk muutub signaalmolekuliga suhtlemise tõttu ja käivitab reaktsioonide ahela.

Mõnel juhul kasutatakse raku membraaniretseptoreid organismi vastu selle nakatamiseks. Näiteks võib inimese immuunpuudulikkuse viirus (HIV) rakku sisenemiseks ja selle nakatamiseks kasutada raku enda retseptoreid.

HIV välisküljel on glükoproteiiniprognoosid, mis sobivad rakupindade retseptoritega. Viirus võib seonduda nende retseptoritega ja sattuda selle sisse.

Veel üks näide markervalkude olulisusest rakupindadel on inimesel punased verelibled. Need aitavad kindlaks teha, kas teil on A, B, AB või O veretüüp. Neid markereid nimetatakse antigeenideks ja need aitavad teie kehal oma vererakke ära tunda.

Eukarüoodid neil pole rakuseinu, seega on plasmamembraan ainus, mis takistab ainete sisenemist rakku või sealt väljumist. Kuid, prokarüootid ja taimedel on mõlemad rakuseinad ja plasmamembraanid. Ainult plasmamembraani olemasolu võimaldab eukarüootsetel rakkudel olla paindlikum.

Plasma- või rakumembraan toimib a kaitsekate raku jaoks eukarüootides ja prokarüootides. Sellel barjääril on poorid, nii et mõned molekulid võivad rakkudesse siseneda või neist väljuda. Fosfolipiidne kaksikkiht mängib olulist rolli rakumembraani alusena. Membraanist leiate ka kolesterooli ja valke. Süsivesikud kipuvad kinnituma valkudele või lipiididele, kuid neil on immuunsuses ja rakkude suhtluses otsustav roll.

Rakumembraan on a vedeliku struktuur mis liigub ja muutub. Erinevate sisseehitatud molekulide tõttu näeb see välja nagu mosaiik. Plasma membraan pakub rakule tuge, aidates samal ajal rakkude signaalimisel ja transportimisel.