Plasmamembraan: definitie, structuur en functie (met diagram)

Het plasmamembraan is een beschermende barrière die het binnenste van de cel omringt. Ook wel de celmembraan, deze structuur is semi-poreus en laat bepaalde moleculen de cel in en uit. Het dient als een grens door de inhoud van de cel binnen te houden en te voorkomen dat ze naar buiten stromen.

Beide prokaryotische en eukaryote cellen hebben plasmamembranen, maar de membranen variëren tussen verschillende organismen. Over het algemeen bestaan ​​plasmamembranen uit fosfolipiden en eiwitten.

fosfolipiden vormen de basis van het plasmamembraan. De basisstructuur van een fosfolipide omvat a hydrofoob (watervrezende) staart en a hydrofiel (waterminnend) hoofd. Het fosfolipide bestaat uit een glycerol plus een negatief geladen fosfaatgroep, die beide de kop vormen, en twee vetzuren die geen lading dragen.

Ook al zijn er twee vetzuren verbonden met het hoofd, ze worden op één hoop gegooid als één 'staart'. Deze hydrofiele en hydrofobe uiteinden zorgen voor een dubbellaags

De vloeibaar mozaïek model verklaart de functie en structuur van een celmembraan.

Ten eerste lijkt het membraan op een mozaïek omdat het verschillende moleculen bevat, zoals fosfolipiden en eiwitten. Ten tweede is het membraan vloeibaar omdat de moleculen kunnen bewegen. Het hele model laat zien dat het membraan niet stijf is en kan veranderen.

Het celmembraan is dynamisch en de moleculen ervan kunnen snel bewegen. Cellen kunnen de vloeibaarheid van hun membranen regelen door het aantal moleculen van bepaalde stoffen te vergroten of te verkleinen.

Het is belangrijk op te merken dat verschillende vetzuren fosfolipiden kunnen vormen. De twee belangrijkste soorten zijn: verzadigd en onverzadigd vetzuren.

Verzadigde vetzuren hebben geen dubbele bindingen en hebben in plaats daarvan het maximale aantal waterstofbruggen met koolstof. De aanwezigheid van slechts enkele bindingen in verzadigde vetzuren maakt het gemakkelijk om fosfolipiden stevig samen te pakken.

Aan de andere kant hebben onverzadigde vetzuren enkele dubbele bindingen tussen koolstoffen, dus het is moeilijker om ze samen te pakken. Hun dubbele bindingen veroorzaken knikken in de kettingen en beïnvloeden de vloeibaarheid van het plasmamembraan. De dubbele bindingen creëren meer ruimte tussen fosfolipiden in het membraan, waardoor sommige moleculen er makkelijker doorheen kunnen.

Verzadigde vetten zijn eerder vast bij kamertemperatuur, terwijl onverzadigde vetzuren vloeibaar zijn bij kamertemperatuur. Een veelvoorkomend voorbeeld van een verzadigd vet dat je in de keuken hebt, is boter.

Een voorbeeld van een onverzadigd vet is vloeibare olie. Hydrogenering is een chemische reactie die ervoor kan zorgen dat vloeibare olie verandert in een vaste stof zoals margarine. Gedeeltelijke hydrogenering verandert een deel van de oliemoleculen in verzadigde vetten.

•••Dana Chen | Wetenschap

Je kunt onverzadigde vetten onderverdelen in nog twee categorieën: cis-onverzadigde vetten en trans-onverzadigde vetten. Cis-onverzadigde vetten hebben twee waterstofatomen aan dezelfde kant van een dubbele binding.

Echter, trans-onverzadigde vetten hebben twee waterstofatomen aan weerszijden van een dubbele binding. Dit heeft grote invloed op de vorm van het molecuul. Cis-onverzadigde vetten en verzadigde vetten komen van nature voor, maar trans-onverzadigde vetten worden in het laboratorium aangemaakt.

Misschien heb je de afgelopen jaren gehoord over gezondheidsproblemen in verband met het eten van transvetten. Ook wel trans-onverzadigde vetten genoemd, voedselproducenten creëren transvetten door gedeeltelijke hydrogenering. Onderzoek heeft niet aangetoond dat mensen de enzymen nodig zijn om transvetten te metaboliseren, dus het eten ervan kan het risico op het ontwikkelen van hart- en vaatziekten en diabetes verhogen.

Cholesterol is een ander belangrijk molecuul dat de vloeibaarheid in het plasmamembraan beïnvloedt.

Cholesterol is een steroïde dat van nature in het membraan voorkomt. Het heeft vier gekoppelde koolstofringen en een korte staart, en het is willekeurig verspreid over het plasmamembraan. De belangrijkste functie van dit molecuul is om de fosfolipiden bij elkaar te houden, zodat ze niet te ver van elkaar af reizen.

Tegelijkertijd zorgt cholesterol voor de nodige afstand tussen fosfolipiden en voorkomt het dat ze zo dicht opeengepakt worden dat belangrijke gassen er niet doorheen kunnen. In wezen kan cholesterol helpen reguleren wat de cel verlaat en binnenkomt.

Essentiële vetzuren, zoals omega-3 vetzuren, maken deel uit van het plasmamembraan en kunnen ook de vloeibaarheid beïnvloeden. Gevonden in voedingsmiddelen zoals vette vis, omega-3 vetzuren zijn een essentieel onderdeel van uw dieet. Nadat je ze hebt gegeten, kan je lichaam omega-3 vetzuren aan het celmembraan toevoegen door ze op te nemen in de fosfolipide dubbellaags.

Omega-3-vetzuren kunnen de eiwitactiviteit in het membraan beïnvloeden en genexpressie wijzigen.

Het plasmamembraan heeft verschillende soorten eiwitten. Sommige bevinden zich op het oppervlak van deze barrière, terwijl andere binnenin zijn ingebed. Eiwitten kunnen fungeren als kanalen of receptoren voor de cel.

Integrale membraaneiwitten bevinden zich in de fosfolipide dubbellaag. De meeste zijn transmembraaneiwitten, wat betekent dat delen ervan aan beide zijden van de dubbellaag zichtbaar zijn omdat ze uitsteken.

Over het algemeen helpen integrale eiwitten om grotere moleculen zoals glucose te transporteren. Andere integrale eiwitten fungeren als kanalen voor ionen.

Deze eiwitten hebben polaire en niet-polaire gebieden die vergelijkbaar zijn met die in fosfolipiden. Aan de andere kant zijn perifere eiwitten gelokaliseerd op het oppervlak van de fosfolipide dubbellaag. Soms zijn ze gehecht aan integrale eiwitten.

Cellen hebben netwerken van filamenten, het cytoskelet genaamd, die voor structuur zorgen. De cytoskelet bestaat meestal direct onder het celmembraan en interageert ermee. Er zijn ook eiwitten in het cytoskelet die het plasmamembraan ondersteunen.

Dierlijke cellen hebben bijvoorbeeld actinefilamenten die als een netwerk fungeren. Deze filamenten zijn via connectoreiwitten aan het plasmamembraan bevestigd. Cellen hebben het cytoskelet nodig voor structurele ondersteuning en om schade te voorkomen.

Net als fosfolipiden hebben eiwitten hydrofiele en hydrofobe gebieden die hun plaatsing in het celmembraan voorspellen.

Transmembraaneiwitten hebben bijvoorbeeld delen die hydrofiel en hydrofoob zijn, dus de hydrofobe delen kunnen door het membraan gaan en interageren met de hydrofobe staarten van de fosfolipiden.

Het plasmamembraan bevat enkele koolhydraten. Glycoproteïnen, die een soort eiwit zijn waaraan een koolhydraat is bevestigd, bestaat in het membraan. Gewoonlijk zijn glycoproteïnen integrale membraanproteïnen. De koolhydraten op glycoproteïnen helpen bij celherkenning.

Glycolipiden zijn lipiden (vetten) met daaraan gehechte koolhydraten, en ze maken ook deel uit van het plasmamembraan. Ze hebben hydrofobe lipidestaarten en hydrofiele koolhydraatkoppen. Hierdoor kunnen ze interageren met en binden aan de fosfolipide dubbellaag.

Over het algemeen helpen ze het membraan te stabiliseren en kunnen ze helpen bij celcommunicatie door als receptoren of regulatoren te werken.

Een van de belangrijke kenmerken van deze koolhydraten is dat ze werken als identificatielabels op het celmembraan, en dit speelt een rol bij de immuniteit. De koolhydraten uit glycoproteïnen en glycolipiden vormen de glycocalyx rond de cel die belangrijk is voor het immuunsysteem. De glycocalyx, ook wel de pericellulaire matrix genoemd, is een coating die er wazig uitziet.

Veel cellen, waaronder menselijke en bacteriële cellen, hebben dit type coating. Bij mensen is de glycocalyx uniek in elke persoon vanwege: genen, zodat het immuunsysteem de coating kan gebruiken als identificatiesysteem. Je immuuncellen kunnen de coating die van jou is herkennen en zullen je eigen cellen niet aanvallen.

Het plasmamembraan heeft andere functies, zoals het helpen van de vervoer van moleculen en cel-tot-cel communicatie. Het membraan laat suikers, ionen, aminozuren, water, gassen en andere moleculen om de cel binnen te gaan of te verlaten. Het controleert niet alleen de doorgang van deze stoffen, maar bepaalt ook hoeveel er kunnen bewegen.

De polariteit van de moleculen helpt bepalen of ze de cel kunnen binnenkomen of verlaten.

Bijvoorbeeld, niet-polair moleculen kunnen direct door de fosfolipide dubbellaag gaan, maar polair die moeten de eiwitkanalen gebruiken om te passeren. Zuurstof, die niet-polair is, kan door de dubbellaag bewegen, terwijl suikers de kanalen moeten gebruiken. Dit zorgt voor selectief transport van materialen in en uit de cel.

De selectieve permeabiliteit van plasmamembranen geeft cellen meer controle. De beweging van moleculen over deze barrière is verdeeld in twee categorieën: passief transport en actief transport. Passief transport vereist niet dat de cel energie gebruikt om moleculen te verplaatsen, maar actief transport gebruikt energie van adenosinetrifosfaat (ATP).

Diffusie en osmose zijn voorbeelden van passief transport. In gefaciliteerde diffusie, helpen eiwitten in het plasmamembraan de moleculen te bewegen. Over het algemeen omvat passief transport het verplaatsen van stoffen van een hoge concentratie naar een lage concentratie.

Als een cel bijvoorbeeld is omgeven door een hoge concentratie zuurstof, kan de zuurstof vrij door de dubbellaag bewegen naar een lagere concentratie in de cel.

Actief transport gebeurt over het celmembraan en omvat meestal de eiwitten die in deze laag zijn ingebed. Door dit type transport kunnen cellen tegen de concentratiegradiënt in werken, wat betekent dat ze dingen van een lage concentratie naar een hoge concentratie kunnen verplaatsen.

Het vereist energie in de vorm van ATP.

Het plasmamembraan helpt ook cel-tot-cel communicatie. Hierbij kan het gaan om de koolhydraten in het membraan die aan het oppervlak uitsteken. Ze hebben bindingssites die zorgen voor: cel signalering. De koolhydraten van het membraan van een cel kunnen interageren met de koolhydraten op een andere cel.

De eiwitten van het plasmamembraan kunnen ook helpen bij de communicatie. Transmembraaneiwitten werken als receptoren en kunnen binden aan signaalmoleculen.

Omdat de signaalmoleculen de neiging hebben om te groot te zijn om de cel binnen te gaan, helpen hun interacties met de eiwitten om een ​​reactiepad te creëren. Dit gebeurt wanneer het eiwit verandert door interacties met het signaalmolecuul en een keten van reacties start.

In sommige gevallen worden de membraanreceptoren op een cel tegen het organisme gebruikt om het te infecteren. Het humaan immunodeficiëntievirus (hiv) kan bijvoorbeeld de eigen receptoren van de cel gebruiken om de cel binnen te dringen en te infecteren.

hiv heeft glycoproteïne-uitsteeksels aan de buitenkant die passen bij de receptoren op celoppervlakken. Het virus kan zich aan deze receptoren binden en binnendringen.

Een ander voorbeeld van het belang van markereiwitten op celoppervlakken wordt gezien bij mensen rode bloedcellen. Ze helpen bepalen of je de A, B, AB of O. hebt bloedtype. Deze markers worden antigenen genoemd en helpen uw lichaam zijn eigen bloedcellen te herkennen.

Eukaryoten hebben geen celwanden, dus het plasmamembraan is het enige dat voorkomt dat stoffen de cel binnenkomen of verlaten. Echter, prokaryoten en planten hebben beide gevangenismuren en plasmamembranen. De aanwezigheid van alleen een plasmamembraan zorgt ervoor dat eukaryote cellen flexibeler zijn.

Het plasmamembraan of celmembraan werkt als een beschermlaag voor de cel in eukaryoten en prokaryoten. Deze barrière heeft poriën, dus sommige moleculen kunnen de cellen binnenkomen of verlaten. De fosfolipide dubbellaag speelt een belangrijke rol als basis van het celmembraan. Ook cholesterol en eiwitten vind je in het membraan. Koolhydraten zijn meestal gehecht aan eiwitten of lipiden, maar ze spelen een cruciale rol in de immuniteit en celcommunicatie.

Het celmembraan is een vloeibare structuur dat beweegt en verandert. Het ziet eruit als een mozaïek vanwege de verschillende ingebedde moleculen. Het plasmamembraan biedt ondersteuning voor de cel en helpt bij celsignalering en -transport.