Plasmamembran: Definisjon, struktur og funksjon (med diagram)

Plasmamembranen er en beskyttende barriere som omgir det indre av cellen. Også kalt cellemembran, denne strukturen er semi-porøs og tillater visse molekyler inn og ut av cellen. Det fungerer som en grense ved å holde celleinnholdet inne og forhindre at de søler ut.

Både prokaryote og eukaryote celler har plasmamembraner, men membranene varierer mellom forskjellige organismer. Generelt består plasmamembraner av fosfolipider og proteiner.

Fosfolipider danne basen til plasmamembranen. Den grunnleggende strukturen til en fosfolipid inkluderer en hydrofob (vannfrykt) hale og en hydrofile (vannelskende) hode. Fosfolipidet består av en glyserol pluss en negativt ladet fosfatgruppe, som begge danner hodet, og to fettsyrer som ikke bærer en ladning.

Selv om det er to fettsyrer koblet til hodet, blir de klumpet sammen som en "hale". Disse hydrofile og hydrofobe ender tillater a dobbeltlag å danne seg i plasmamembranen. Dobbeltlaget har to lag fosfolipider arrangert med halene på innsiden og hodene på utsiden.

De flytende mosaikkmodell forklarer funksjonen og strukturen til en cellemembran.

For det første ser membranen ut som en mosaikk fordi den har forskjellige molekyler inni som fosfolipider og proteiner. For det andre er membranen flytende fordi molekylene kan bevege seg. Hele modellen viser at membranen ikke er stiv og kan endres.

Cellemembranen er dynamisk, og molekylene kan bevege seg raskt. Celler kan kontrollere fluiditeten i membranene ved å øke eller redusere antall molekyler av visse stoffer.

Det er viktig å merke seg at forskjellige fettsyrer kan utgjøre fosfolipider. De to hovedtypene er mettet og umettet fettsyrer.

Mettede fettsyrer har ikke dobbeltbindinger og har i stedet maksimalt antall hydrogenbindinger med karbon. Tilstedeværelsen av bare enkeltbindinger i mettede fettsyrer gjør det enkelt å pakke fosfolipider tett sammen.

På den annen side har umettede fettsyrer noen dobbeltbindinger mellom karbon, så det er vanskeligere å pakke dem sammen. Dens dobbeltbindinger gjør knekk i kjedene og påvirker fluiditeten i plasmamembranen. Dobbeltbindinger skaper mer plass mellom fosfolipider i membranen, slik at noen molekyler kan passere lettere.

Mettet fett er mer sannsynlig å være fast ved romtemperatur, mens umettede fettsyrer er flytende ved romtemperatur. Et vanlig eksempel på mettet fett du kan ha på kjøkkenet er smør.

Et eksempel på umettet fett er flytende olje. Hydrogenering er en kjemisk reaksjon som kan få flytende olje til å bli et fast stoff som margarin. Delvis hydrogenering gjør noen av oljemolekylene til mettet fett.

•••Dana Chen | Vitenskap

Du kan dele umettet fett i to flere kategorier: cis-umettet fett og trans-umettet fett. Cis-umettede fettstoffer har to hydrogener på samme side av en dobbeltbinding.

Derimot, transumettet fett har to hydrogener på hver sin side av en dobbeltbinding. Dette har stor innvirkning på formen på molekylet. Cis-umettet fett og mettet fett forekommer naturlig, men trans-umettet fett opprettes i laboratoriet.

Du har kanskje hørt om helseproblemer knyttet til å spise transfett de siste årene. Også kalt transumettet fett, produserer matprodusenter transfett gjennom delvis hydrogenering. Forskning har ikke vist at folk har enzymer nødvendig å metabolisere transfett, så å spise dem kan øke risikoen for å utvikle hjerte- og karsykdommer og diabetes.

Kolesterol er et annet viktig molekyl som påvirker fluiditet i plasmamembranen.

Kolesterol er en steroid som forekommer naturlig i membranen. Den har fire koblede karbonringer og en kort hale, og den er spredt ut tilfeldig gjennom plasmamembranen. Hovedfunksjonen til dette molekylet er å holde fosfolipidene sammen slik at de ikke beveger seg for langt unna hverandre.

Samtidig gir kolesterol noe nødvendig avstand mellom fosfolipider og forhindrer dem i å bli så tett pakket at viktige gasser ikke kommer gjennom. I hovedsak kan kolesterol hjelpe til med å regulere det som går og kommer inn i cellen.

Essensielle fettsyrer, som omega-3, utgjør en del av plasmamembranen og kan også påvirke fluiditeten. Finnes i matvarer som fet fisk, omega-3 fettsyrer er en viktig del av kostholdet ditt. Etter at du har spist dem, kan kroppen din legge omega-3 til cellemembranen ved å innlemme dem i fosfolipid dobbeltlag.

Omega-3 fettsyrer kan påvirke proteinaktiviteten i membranen og modifisere genuttrykk.

Plasmamembranen har forskjellige typer proteiner. Noen er på overflaten av denne barrieren, mens andre er innebygd inne. Proteiner kan fungere som kanaler eller reseptorer for cellen.

Integrerte membranproteiner er plassert inne i fosfolipid-dobbeltlaget. De fleste av dem er transmembrane proteiner, noe som betyr at deler av dem er synlige på begge sider av dobbeltlaget fordi de stikker ut.

Generelt hjelper integrerte proteiner med å transportere større molekyler som glukose. Andre integrerte proteiner fungerer som kanaler for ioner.

Disse proteinene har polære og ikke-polare regioner som ligner de som finnes i fosfolipider. På den annen side er perifere proteiner lokalisert på overflaten av fosfolipid dobbeltlaget. Noen ganger er de festet til integrerte proteiner.

Celler har nettverk av filamenter kalt cytoskjelettet som gir struktur. De cytoskelett eksisterer vanligvis rett under cellemembranen og samhandler med den. Det er også proteiner i cytoskelettet som støtter plasmamembranen.

For eksempel har dyreceller aktinfilamenter som fungerer som et nettverk. Disse filamentene er festet til plasmamembranen gjennom koblingsproteiner. Celler trenger cytoskelettet for strukturell støtte og for å forhindre skade.

I likhet med fosfolipider har proteiner hydrofile og hydrofobe regioner som forutsier deres plassering i cellemembranen.

For eksempel har transmembrane proteiner deler som er hydrofile og hydrofobe, slik at hydrofobe deler kan passere gjennom membranen og samhandle med de hydrofobe halene i fosfolipider.

Plasmamembranen har noen karbohydrater. Glykoproteiner, som er en type protein med et karbohydrat festet, finnes i membranen. Vanligvis er glykoproteiner integrerte membranproteiner. Karbohydratene på glykoproteiner hjelper til med gjenkjenning av celler.

Glykolipider er lipider (fett) med tilknyttede karbohydrater, og de er også en del av plasmamembranen. De har hydrofobe lipidhaler og hydrofile karbohydrathoder. Dette gjør at de kan samhandle med og binde seg til fosfolipid dobbeltlaget.

Generelt hjelper de med å stabilisere membranen og kan hjelpe med cellekommunikasjon ved å fungere som reseptorer eller regulatorer.

En av de viktigste egenskapene til disse karbohydratene er at de fungerer som identifikasjonsmerker på cellemembranen, og dette spiller en rolle i immuniteten. Karbohydratene fra glykoproteiner og glykolipider danner glykokalyksen rundt cellen som er viktig for immunforsvaret. Glykokalyksen, også kalt pericellular matrix, er et belegg som har et uklart utseende.

Mange celler, inkludert humane og bakterielle celler, har denne typen belegg. Hos mennesker er glykokalyksen unik i hver person på grunn av gener, slik at immunforsvaret kan bruke belegget som et identifikasjonssystem. Immuncellene dine kan gjenkjenne belegget som tilhører deg og vil ikke angripe dine egne celler.

Plasmamembranen har andre roller som å hjelpe transport av molekyler og celle-til-celle-kommunikasjon. Membranen tillater sukker, ioner, aminosyrer, vann, gasser og andre molekyler for å komme inn i eller forlate cellen. Ikke bare kontrollerer det passasjen av disse stoffene, men det bestemmer også hvor mange som kan bevege seg.

Polariteten til molekylene er med på å bestemme om de kan komme inn i eller forlate cellen.

For eksempel, ikke-polær molekyler kan gå gjennom fosfolipid dobbeltlaget direkte, men polar de må bruke proteinkanalene for å passere. Oksygen, som er ikke-polært, kan bevege seg gjennom dobbeltlaget, mens sukker må bruke kanalene. Dette skaper selektiv transport av materialer inn og ut av cellen.

Den selektive permeabiliteten til plasmamembraner gir celler mer kontroll. Molekylers bevegelse over denne barrieren er delt inn i to kategorier: passiv transport og aktiv transport. Passiv transport krever ikke at cellen bruker energi til å flytte molekyler, men aktiv transport bruker energi fra adenosintrifosfat (ATP).

Diffusjon og osmose er eksempler på passiv transport. I tilrettelagt for diffusjon, proteiner i plasmamembranen hjelper molekylene til å bevege seg. Generelt involverer passiv transport bevegelse av stoffer fra høy konsentrasjon til lav konsentrasjon.

For eksempel, hvis en celle er omgitt av høy oksygenkonsentrasjon, kan oksygen bevege seg fritt gjennom dobbeltlaget til en lavere konsentrasjon inne i cellen.

Aktiv transport skjer over cellemembranen og involverer vanligvis proteinene innebygd i dette laget. Denne typen transport lar celler arbeide mot konsentrasjonsgradienten, noe som betyr at de kan flytte ting fra lav konsentrasjon til høy konsentrasjon.

Det krever energi i form av ATP.

Plasmamembranen hjelper også celle-til-celle-kommunikasjon. Dette kan involvere karbohydratene i membranen som stikker ut på overflaten. De har bindende nettsteder som åpner for celle signalering. Karbohydratene i en celles membran kan samhandle med karbohydratene på en annen celle.

Plasmamembranens proteiner kan også hjelpe med kommunikasjon. Transmembrane proteiner fungerer som reseptorer og kan binde seg til signalmolekyler.

Siden signalmolekylene har en tendens til å være for store til å komme inn i cellen, hjelper deres interaksjoner med proteinene med å skape en responsvei. Dette skjer når proteinet endres på grunn av interaksjoner med signalmolekylet og starter en kjede av reaksjoner.

I noen tilfeller brukes membranreseptorene på en celle mot organismen for å infisere den. For eksempel kan humant immunsviktvirus (HIV) bruke cellens egne reseptorer til å komme inn og infisere cellen.

HIV har glykoproteinfremspring på utsiden som passer til reseptorene på celleoverflater. Viruset kan binde seg til disse reseptorene og komme inn.

Et annet eksempel på viktigheten av markørproteiner på celleoverflater ses hos mennesker røde blodceller. De hjelper med å avgjøre om du har A, B, AB eller O blodtype. Disse markørene kalles antigener og hjelper kroppen din å gjenkjenne sine egne blodceller.

Eukaryoter ikke har cellevegger, så plasmamembranen er det eneste som hindrer stoffer i å komme inn i eller ut av cellen. Derimot, prokaryoter og planter har begge deler cellevegger og plasmamembraner. Tilstedeværelsen av bare en plasmamembran gjør at eukaryote celler blir mer fleksible.

Plasmamembranen eller cellemembranen fungerer som en beskyttende lag for cellen i eukaryoter og prokaryoter. Denne barrieren har porer, slik at noen molekyler kan komme inn i eller ut av cellene. Fosfolipid dobbeltlaget spiller en viktig rolle som basen til cellemembranen. Du kan også finne kolesterol og proteiner i membranen. Karbohydrater har en tendens til å være festet til proteiner eller lipider, men de spiller en avgjørende rolle i immunitet og cellekommunikasjon.

Cellemembranen er en væskestruktur som beveger seg og endres. Det ser ut som en mosaikk på grunn av de forskjellige innebygde molekylene. Plasmamembranen gir støtte til cellen mens den hjelper til med cellesignalering og transport.