Membrana plazmowa: definicja, struktura i funkcja (z diagramem)

Błona plazmatyczna stanowi barierę ochronną, która otacza wnętrze komórki. Nazywany również Błona komórkowa, ta struktura jest półporowata i pozwala niektórym cząsteczkom wchodzić i wychodzić z komórki. Służy jako granica, utrzymując zawartość komórki w środku i zapobiegając jej rozlaniu.

Obie komórki prokariotyczne i eukariotyczne mają błony plazmatyczne, ale błony różnią się między różnymi organizmami. Ogólnie rzecz biorąc, błony plazmatyczne składają się z fosfolipidów i białek.

Fosfolipidy tworzą podstawę błony plazmatycznej. Podstawowa struktura fosfolipidu obejmuje hydrofobowy (bojący się wody) ogon i a hydrofilowy (kochająca wodę) głowa. Fosfolipid składa się z glicerolu i ujemnie naładowanej grupy fosforanowej, które tworzą głowę, oraz dwóch kwasów tłuszczowych, które nie niosą ładunku.

Chociaż z głową są połączone dwa kwasy tłuszczowe, są one połączone w jeden „ogon”. Te hydrofilowe i hydrofobowe końce umożliwiają dwuwarstwowy tworzyć się w błonie plazmatycznej. Dwuwarstwa składa się z dwóch warstw fosfolipidów ułożonych ogonami do wewnątrz i głowami na zewnątrz.

płynny model mozaiki wyjaśnia funkcję i strukturę błony komórkowej.

Po pierwsze, błona wygląda jak mozaika, ponieważ zawiera różne cząsteczki, takie jak fosfolipidy i białka. Po drugie, membrana jest płynna, ponieważ cząsteczki mogą się poruszać. Cały model pokazuje, że membrana nie jest sztywna i może się zmieniać.

Błona komórkowa jest dynamiczna, a jej cząsteczki mogą się szybko poruszać. Komórki mogą kontrolować płynność swoich błon poprzez zwiększanie lub zmniejszanie liczby cząsteczek niektórych substancji.

Należy zauważyć, że różne kwasy tłuszczowe mogą tworzyć fosfolipidy. Dwa główne typy to nasycony i nienasycony Kwasy tłuszczowe.

Nasycone kwasy tłuszczowe nie mają podwójnych wiązań, a zamiast tego mają maksymalną liczbę wiązań wodorowych z węglem. Obecność tylko pojedynczych wiązań w nasyconych kwasach tłuszczowych ułatwia ciasne upakowanie fosfolipidów.

Z drugiej strony nienasycone kwasy tłuszczowe mają pewne podwójne wiązania między węglami, więc trudniej jest je upakować. Ich podwójne wiązania tworzą załamania w łańcuchach i wpływają na płynność błony plazmatycznej. Wiązania podwójne tworzą więcej przestrzeni między fosfolipidami w błonie, dzięki czemu niektóre cząsteczki mogą łatwiej przejść.

Tłuszcze nasycone z większym prawdopodobieństwem są w stanie stałym w temperaturze pokojowej, podczas gdy nienasycone kwasy tłuszczowe są płynne w temperaturze pokojowej. Typowym przykładem tłuszczów nasyconych, które możesz mieć w kuchni, jest masło.

Przykładem tłuszczu nienasyconego jest płynny olej. Uwodornienie to reakcja chemiczna, która może spowodować, że płynny olej zamieni się w ciało stałe, takie jak margaryna. Częściowe uwodornienie zamienia niektóre cząsteczki oleju w tłuszcze nasycone.

•••Dana Chen | Nauka

Tłuszcze nienasycone można podzielić na jeszcze dwie kategorie: tłuszcze nienasycone cis i tłuszcze nienasycone trans. Tłuszcze cis-nienasycone mają dwa wodory po tej samej stronie wiązania podwójnego.

Jednak, tłuszcze trans-nienasycone mają dwa wodory po przeciwnych stronach wiązania podwójnego. Ma to duży wpływ na kształt cząsteczki. Tłuszcze cis-nienasycone i tłuszcze nasycone występują naturalnie, ale w laboratorium powstają tłuszcze trans-nienasycone.

Być może w ostatnich latach słyszałeś o problemach zdrowotnych związanych ze spożywaniem tłuszczów trans. Nazywani również tłuszczami nienasyconymi trans, producenci żywności wytwarzają tłuszcze trans poprzez częściowe uwodornienie. Badania nie wykazały, że ludzie mają enzymy niezbędne do metabolizowania tłuszczów trans, więc spożywanie ich może zwiększać ryzyko rozwoju chorób sercowo-naczyniowych i cukrzycy.

Cholesterol to kolejna ważna cząsteczka, która wpływa na płynność błony komórkowej.

Cholesterol to steryd który występuje naturalnie w błonie. Ma cztery połączone pierścienie węglowe i krótki ogon i jest rozmieszczony losowo w całej błonie komórkowej. Główną funkcją tej cząsteczki jest pomoc w utrzymaniu razem fosfolipidów, tak aby nie oddalały się od siebie zbyt daleko.

Jednocześnie cholesterol zapewnia niezbędne odstępy między fosfolipidami i zapobiega ich tak ciasnemu upakowaniu, że ważne gazy nie mogą się przez nie przedostać. Zasadniczo cholesterol może pomóc regulować to, co opuszcza i wchodzi do komórki.

Niezbędne kwasy tłuszczowe, takie jak omega-3, stanowią część błony plazmatycznej i mogą również wpływać na płynność. Znajduje się w żywności, takiej jak tłuste ryby, omega-3 Kwasy tłuszczowe są istotną częścią Twojej diety. Po zjedzeniu ich organizm może dodać kwasy omega-3 do błony komórkowej, włączając je do fosfolipid dwuwarstwowa.

Kwasy tłuszczowe omega-3 mogą wpływać na aktywność białek w błonie i modyfikować ekspresję genów.

Błona plazmatyczna zawiera różne rodzaje białek. Niektóre znajdują się na powierzchni tej bariery, podczas gdy inne są osadzone w środku. Białka mogą działać jako kanały lub receptory dla komórki.

Integralne białka błonowe znajdują się wewnątrz dwuwarstwy fosfolipidowej. Większość z nich to białka transbłonowe, co oznacza, że ​​ich części są widoczne po obu stronach dwuwarstwy, ponieważ wystają.

Ogólnie rzecz biorąc, białka integralne pomagają transportować większe cząsteczki, takie jak glukoza. Inne białka integralne działają jako kanały dla jonów.

Białka te mają regiony polarne i niepolarne podobne do tych występujących w fosfolipidach. Z drugiej strony zlokalizowane są białka peryferyjne na powierzchni dwuwarstwy fosfolipidowej. Czasami są przyłączone do białek integralnych.

Komórki mają sieci włókien zwanych cytoszkieletem, które zapewniają strukturę. cytoszkielet zwykle znajduje się tuż pod błoną komórkową i wchodzi z nią w interakcje. W cytoszkielecie znajdują się również białka podtrzymujące błonę plazmatyczną.

Na przykład komórki zwierzęce mają włókna aktynowe, które działają jak sieć. Filamenty te są przyłączone do błony plazmatycznej za pomocą białek łączących. Komórki potrzebują cytoszkieletu do wsparcia strukturalnego i zapobiegania uszkodzeniom.

Podobnie jak fosfolipidy, białka mają regiony hydrofilowe i hydrofobowe, które przewidują ich umiejscowienie w błonie komórkowej.

Na przykład białka transbłonowe mają części hydrofilowe i hydrofobowe, więc części hydrofobowe mogą przechodzić przez membranę i oddziaływać z hydrofobowymi ogonami fosfolipidy.

Błona plazmatyczna zawiera trochę węglowodanów. Glikoproteiny, które są rodzajem białka z dołączonym węglowodanem, istnieją w błonie. Zwykle glikoproteiny są integralnymi białkami błonowymi. Węglowodany zawarte w glikoproteinach pomagają w rozpoznawaniu komórek.

Glikolipidy to lipidy (tłuszcze) z dołączonymi węglowodanami, a także są częścią błony komórkowej. Posiadają hydrofobowe ogony lipidowe i hydrofilowe główki węglowodanowe. Pozwala im to na interakcję i wiązanie się z dwuwarstwą fosfolipidową.

Ogólnie rzecz biorąc, pomagają stabilizować błonę i mogą pomóc w komunikacji komórkowej, działając jako receptory lub regulatory.

Jedną z ważnych cech tych węglowodanów jest to, że zachowują się jak tagi identyfikacyjne na błonie komórkowej, a to odgrywa rolę w odporności. Węglowodany z glikoprotein i glikolipidów tworzą wokół komórki glikokaliks, który jest ważny dla układu odpornościowego. Glikokaliks, zwany także macierzą okołokomórkową, jest powłoką o niewyraźnym wyglądzie.

Wiele komórek, w tym komórki ludzkie i bakteryjne, ma ten rodzaj powłoki. U ludzi glikokaliks jest unikalny u każdej osoby ze względu na: geny, dzięki czemu układ odpornościowy może wykorzystać powłokę jako system identyfikacji. Twoje komórki odpornościowe mogą rozpoznać powłokę, która należy do Ciebie i nie będą atakować Twoich własnych komórek.

Błona plazmatyczna pełni inne role, takie jak pomaganie w transport molekuł i komunikacji między komórkami. Membrana pozwala na cukry, jony, aminokwasy, woda, gazy i inne cząsteczki dostają się do komórki lub ją opuszczają. Nie tylko kontroluje przepływ tych substancji, ale także określa, ile może się poruszać.

Polarność cząsteczek pomaga określić, czy mogą wejść do komórki, czy wyjść z niej.

Na przykład, niepolarny cząsteczki mogą przejść bezpośrednio przez dwuwarstwę fosfolipidową, ale polarny muszą używać kanałów białkowych, aby przejść. Tlen, który jest niepolarny, może przemieszczać się przez dwuwarstwę, podczas gdy cukry muszą korzystać z kanałów. Powoduje to selektywny transport materiałów do iz komórki.

Selektywna przepuszczalność błon plazmatycznych zapewnia komórkom większą kontrolę. Ruch cząsteczek przez tę barierę dzieli się na dwie kategorie: transport pasywny i transport aktywny. Transport pasywny nie wymaga, aby komórka zużywała jakąkolwiek energię do poruszania molekuł, natomiast transport aktywny wykorzystuje energię z trifosforan adenozyny (ATP).

Dyfuzja i osmoza są przykładami transportu pasywnego. W ułatwiona dyfuzja, białka w błonie komórkowej pomagają molekułom poruszać się. Ogólnie rzecz biorąc, transport pasywny obejmuje przemieszczanie się substancji z wysokiego stężenia do niskiego stężenia.

Na przykład, jeśli komórka jest otoczona tlenem o wysokim stężeniu, wówczas tlen może swobodnie przemieszczać się przez dwuwarstwę do niższego stężenia wewnątrz komórki.

Transport aktywny dzieje się w poprzek błony komórkowej i zwykle obejmuje białka osadzone w tej warstwie. Ten rodzaj transportu pozwala komórkom działać wbrew gradientowi stężeń, co oznacza, że ​​mogą przenosić rzeczy z niskiego stężenia do wysokiego stężenia.

Wymaga energii w postaci ATP.

Błona plazmatyczna pomaga również w komunikacji między komórkami. Może to dotyczyć węglowodanów w błonie, które wystają na powierzchni. Posiadają strony wiążące, które pozwalają na sygnalizacja komórkowa. Węglowodany błony jednej komórki mogą wchodzić w interakcje z węglowodanami innej komórki.

Białka błony plazmatycznej mogą również pomóc w komunikacji. Białka transbłonowe działają jako receptory i mogą wiązać się z cząsteczkami sygnałowymi.

Ponieważ cząsteczki sygnalizacyjne są zwykle zbyt duże, aby dostać się do komórki, ich interakcje z białkami pomagają stworzyć ścieżkę odpowiedzi. Dzieje się tak, gdy białko zmienia się z powodu interakcji z cząsteczką sygnałową i rozpoczyna łańcuch reakcji.

W niektórych przypadkach receptory błonowe na komórce są wykorzystywane przeciwko organizmowi, aby go zainfekować. Na przykład ludzki wirus niedoboru odporności (HIV) może wykorzystywać własne receptory komórki do wnikania do komórki i jej zakażenia.

HIV ma na zewnątrz wypustki glikoproteinowe, które pasują do receptorów na powierzchni komórek. Wirus może związać się z tymi receptorami i dostać się do środka.

Inny przykład znaczenia białek markerowych na powierzchni komórek obserwuje się u ludzi Czerwone krwinki. Pomagają określić, czy masz A, B, AB czy O Grupa krwi. Markery te nazywane są antygenami i pomagają organizmowi rozpoznać własne komórki krwi.

Eukarionty nie mają ścian komórkowych, więc błona plazmatyczna jest jedyną rzeczą, która zapobiega przedostawaniu się substancji do komórki lub jej opuszczaniu. Jednak, prokariota a rośliny mają jedno i drugie ściany komórkowe i błony plazmatyczne. Obecność tylko błony plazmatycznej pozwala komórkom eukariotycznym na większą elastyczność.

Błona plazmatyczna lub błona komórkowa działa jak pokrycie ochronne dla komórki u eukariontów i prokariontów. Ta bariera ma pory, więc niektóre cząsteczki mogą wchodzić lub wychodzić z komórek. Dwuwarstwa fosfolipidowa odgrywa ważną rolę jako podstawa błony komórkowej. W błonie można również znaleźć cholesterol i białka. Węglowodany mają tendencję do przyłączania się do białek lub lipidów, ale odgrywają kluczową rolę w odporności i komunikacji komórkowej.

Błona komórkowa jest płynna struktura który porusza się i zmienia. Wygląda jak mozaika z powodu różnych osadzonych cząsteczek. Błona plazmatyczna zapewnia wsparcie dla komórki, pomagając jednocześnie w sygnalizacji i transporcie komórek.