Plazma membrana: definicija, struktura i funkcija (sa dijagramom)

Plazma membrana je zaštitna barijera koja okružuje unutrašnjost stanice. Naziva se i stanična membrana, ova je struktura poluporozna i omogućuje određenim molekulama ulazak i izlazak iz stanice. Služi kao granica zadržavajući sadržaj stanice unutra i sprječavajući ih da se izlijevaju.

Oba prokariotske i eukariotske stanice imaju plazma membrane, ali se membrane razlikuju među različitim organizmima. Općenito se plazma membrane sastoje od fosfolipida i proteina.

Fosfolipidi čine bazu plazmatske membrane. Osnovna struktura fosfolipida uključuje a hidrofobni (strah od vode) rep i a hidrofilni (vodoljubiva) glava. Fosfolipid se sastoji od glicerola plus negativno nabijene fosfatne skupine, koje čine glavu, i dvije masne kiseline koje nemaju naboj.

Iako su dvije masne kiseline povezane s glavom, one su povezane u jedan "rep". Ti hidrofilni i hidrofobni krajevi omogućuju a dvosloj da nastane u plazemskoj membrani. Dvosloj ima dva sloja fosfolipida raspoređenih s repovima iznutra i glavama s vanjske strane.

The model fluidnog mozaika objašnjava funkciju i strukturu stanične membrane.

Prvo, membrana izgleda poput mozaika jer u sebi ima različite molekule poput fosfolipida i proteina. Drugo, membrana je tekućina jer se molekule mogu kretati. Cijeli model pokazuje da membrana nije kruta i da se može mijenjati.

Stanična membrana je dinamična i njezine se molekule mogu brzo kretati. Stanice mogu kontrolirati fluidnost svojih membrana povećavajući ili smanjujući broj molekula određenih tvari.

Važno je napomenuti da različite masne kiseline mogu stvarati fosfolipide. Dvije su glavne vrste zasićen i nezasićen masne kiseline.

Zasićene masne kiseline nemaju dvostruke veze i umjesto toga imaju maksimalan broj vodikovih veza s ugljikom. Prisutnost samo jednostrukih veza u zasićenim masnim kiselinama olakšava čvrsto pakiranje fosfolipida.

S druge strane, nezasićene masne kiseline imaju dvostruke veze između ugljika, pa ih je teže spakirati. Njihove dvostruke veze stvaraju vijuge u lancima i utječu na fluidnost plazmatske membrane. Dvostruke veze stvaraju više prostora između fosfolipida u membrani, tako da neke molekule mogu lakše proći.

Zasićene masti imaju veću vjerojatnost da budu čvrste na sobnoj temperaturi, dok su nezasićene masne kiseline tekuće na sobnoj temperaturi. Uobičajeni primjer zasićenih masnoća koje imate u kuhinji je maslac.

Primjer nezasićene masti je tekuće ulje. Hidrogeniranje je kemijska reakcija zbog koje se tekuće ulje može pretvoriti u krutinu poput margarina. Djelomična hidrogenacija pretvara neke molekule ulja u zasićene masti.

•••Dana Chen | Znanstveno

Nezasićene masti možete podijeliti u još dvije kategorije: cis-nezasićene masti i trans-nezasićene masti. Cis-nezasićene masti imaju dva vodika na istoj strani dvostruke veze.

Međutim, trans-nezasićene masti imaju dva vodika na suprotnim stranama dvostruke veze. To ima velik utjecaj na oblik molekule. Cis-nezasićene masti i zasićene masti javljaju se prirodno, ali trans-nezasićene masti stvaraju se u laboratoriju.

Možda ste posljednjih godina čuli za zdravstvene probleme povezane s jedenjem transmasti. Također zvane trans-nezasićene masti, proizvođači hrane stvaraju trans-masti djelomičnom hidrogenacijom. Istraživanja nisu pokazala da ljudi imaju enzimi neophodne za metabolizmu transmasti, pa njihovo jedenje može povećati rizik od razvoja kardiovaskularnih bolesti i dijabetesa.

Kolesterol je još jedna važna molekula koja utječe na fluidnost u plazemskoj membrani.

Kolesterol je steroidni koji se prirodno javlja u membrani. Ima četiri povezana ugljikova prstena i kratki rep, a nasumično je raspoređen po plazemskoj membrani. Glavna je funkcija ove molekule da pomogne držati fosfolipide na okupu kako ne bi putovali predaleko jedni od drugih.

Istodobno, kolesterol osigurava potreban razmak između fosfolipida i sprječava ih da postanu toliko čvrsto upakirani da važni plinovi ne mogu proći. U osnovi, kolesterol može pomoći u regulaciji onoga što odlazi i ulazi u stanicu.

Esencijalne masne kiseline, poput omega-3, čine dio plazme i mogu utjecati i na fluidnost. Nalazi se u hrani poput masne ribe, omega-3 masne kiseline su važan dio vaše prehrane. Nakon što ih pojedete, vaše tijelo može dodati omega-3 staničnoj membrani ugrađujući ih u fosfolipid dvosloj.

Omega-3 masne kiseline mogu utjecati na aktivnost proteina u membrani i modificirati ekspresiju gena.

Plazma membrana ima različite vrste proteina. Neki su na površini ove barijere, dok su drugi ugrađeni unutra. Proteini mogu djelovati kao kanali ili receptori za stanicu.

Integralni membranski proteini nalaze se unutar fosfolipidnog dvosloja. Većina njih su transmembranski proteini, što znači da su njihovi dijelovi vidljivi s obje strane dvosloja jer strše.

Općenito, cjeloviti proteini pomažu u transportu većih molekula poput glukoze. Ostali integralni proteini djeluju kao kanali za ione.

Ti proteini imaju polarna i nepolarna područja slična onima koja se nalaze u fosfolipidima. S druge strane, nalaze se periferni proteini na površini fosfolipidnog dvosloja. Ponekad su vezani za integralne proteine.

Stanice imaju mreže niti nazvane citoskelet koje pružaju strukturu. The citoskelet obično postoji točno ispod stanične membrane i komunicira s njom. U citoskeletonu postoje i proteini koji podupiru plazemsku membranu.

Na primjer, životinjske stanice imaju aktinske niti koji djeluju kao mreža. Ti su filamenti pričvršćeni na plazemsku membranu putem proteina konektora. Stanicama je citoskelet potreban za strukturnu potporu i za sprečavanje oštećenja.

Slično fosfolipidima, proteini imaju hidrofilna i hidrofobna područja koja predviđaju njihovo smještanje u staničnu membranu.

Na primjer, transmembranski proteini imaju dijelove koji su hidrofilni i hidrofobni, pa hidrofobni dijelovi mogu proći kroz membranu i stupiti u interakciju s hidrofobnim repovima fosfolipidi.

Plazma membrana ima malo ugljikohidrata. Glikoproteini, koji su vrsta proteina s vezanim ugljikohidratima, postoje u membrani. Obično su glikoproteini integralni membranski proteini. Ugljikohidrati na glikoproteinima pomažu u prepoznavanju stanica.

Glikolipidi su lipidi (masti) s vezanim ugljikohidratima, a također su dio plazmatske membrane. Imaju hidrofobne lipidne repove i hidrofilne glave ugljikohidrata. To im omogućuje interakciju i vezanje za fosfolipidni dvosloj.

Općenito, pomažu stabilizirati membranu i mogu pomoći u staničnoj komunikaciji djelujući kao receptori ili regulatori.

Jedna od važnih značajki ovih ugljikohidrata je da se ponašaju poput identifikacijske oznake na staničnoj membrani, a to igra ulogu u imunitetu. Ugljikohidrati iz glikoproteina i glikolipidi tvore glikokaliks oko stanice važan za imunološki sustav. Glikokaliks, koji se naziva i pericelularni matriks, prevlaka je nejasnog izgleda.

Mnoge stanice, uključujući stanice čovjeka i bakterija, imaju ovu vrstu obloge. U ljudi je glikokaliks jedinstven u svakoj osobi zbog geni, tako da imunološki sustav može koristiti premaz kao identifikacijski sustav. Vaše imunološke stanice mogu prepoznati omotač koji vam pripada i neće napadati vaše vlastite stanice.

Plazma membrana ima i druge uloge kao što je pomoć prijevoz molekula i komunikacija stanica-stanica. Membrana omogućuje šećere, ioni, aminokiseline, vode, plinova i drugih molekula za ulazak ili izlazak iz stanice. Ne samo da kontrolira prolaz tih tvari, već određuje i koliko se njih može kretati.

Polarnost molekula pomaže odrediti mogu li ući ili napustiti stanicu.

Na primjer, nepolarni molekule mogu izravno proći kroz fosfolipidni dvosloj, ali polarni za prolazak se moraju koristiti proteinski kanali. Kisik, koji je nepolaran, može se kretati kroz dvosloj, dok šećeri moraju koristiti kanale. To stvara selektivni transport materijala u i iz stanice.

Selektivna propusnost plazmatskih membrana daje stanicama veću kontrolu. Kretanje molekula preko ove barijere podijeljeno je u dvije kategorije: pasivni prijevoz i aktivni prijevoz. Pasivni transport ne zahtijeva da stanica koristi energiju za kretanje molekula, ali aktivni transport koristi energiju iz adenozin trifosfat (ATP).

Difuzija i osmoza primjeri su pasivnog prijevoza. U olakšana difuzija, proteini u plazemskoj membrani pomažu molekulama u kretanju. Općenito, pasivni transport uključuje kretanje tvari od visoke koncentracije do niske koncentracije.

Na primjer, ako je stanica okružena visokom koncentracijom kisika, tada se kisik može slobodno kretati kroz dvosloj do niže koncentracije unutar stanice.

Aktivni transport događa se preko stanične membrane i obično uključuje proteine ​​ugrađene u ovaj sloj. Ova vrsta transporta omogućuje stanicama da rade protiv gradijenta koncentracije, što znači da stvari mogu premjestiti iz niske koncentracije u visoku koncentraciju.

Potrebna je energija u obliku ATP-a.

Plazma membrana također pomaže komunikaciji između stanica. To može uključivati ​​ugljikohidrate u membrani koji strše na površini. Imaju vezna mjesta koja to omogućuju stanična signalizacija. Ugljikohidrati membrane jedne stanice mogu komunicirati s ugljikohidratima druge stanice.

Proteini plazmatske membrane također mogu pomoći u komunikaciji. Transmembranski proteini djeluju kao receptori i mogu se vezati za signalne molekule.

Budući da signalne molekule imaju tendenciju da budu prevelike da uđu u stanicu, njihove interakcije s proteinima pomažu stvoriti put odgovora. To se događa kada se protein promijeni zbog interakcije sa signalnom molekulom i pokrene lanac reakcija.

U nekim slučajevima, membranski receptori na stanici koriste se protiv organizma da ga zaraze. Na primjer, virus humane imunodeficijencije (HIV) može koristiti vlastite receptore stanice da uđe i zarazi stanicu.

HIV na svojoj vanjskoj strani ima glikoproteinske izbočine koje odgovaraju receptorima na staničnim površinama. Virus se može vezati za te receptore i ući unutra.

Sljedeći primjer važnosti proteina markera na staničnim površinama vidi se kod ljudi crvene krvne stanice. Oni pomažu utvrditi imate li A, B, AB ili O krvna grupa. Ti se biljezi nazivaju antigenima i pomažu vašem tijelu da prepozna vlastite krvne stanice.

Eukarioti nemaju stanične stijenke, pa je plazemska membrana jedino što sprečava ulazak ili izlazak tvari iz stanice. Međutim, prokarioti a biljke imaju oboje stanične stijenke i plazmatske membrane. Prisutnost samo plazmatske membrane omogućuje eukariotskim stanicama fleksibilnije.

Plazma membrana ili stanična membrana djeluje kao zaštitni premaz za stanicu kod eukariota i prokariota. Ova barijera ima pore, pa neke molekule mogu ući ili izaći iz stanica. Dvoslojni fosfolipid igra važnu ulogu kao baza stanične membrane. U membrani također možete pronaći kolesterol i proteine. Ugljikohidrati se obično vežu za proteine ​​ili lipide, ali oni igraju presudnu ulogu u imunitetu i staničnoj komunikaciji.

Stanična membrana je a struktura tekućine koji se kreće i mijenja. Izgleda poput mozaika zbog različitih ugrađenih molekula. Plazma membrana nudi podršku stanici, pomažući u staničnoj signalizaciji i transportu.