Структура клеточной мембраны

Только очень тонкий гибкий барьер отделяет содержимое клетки от окружающей среды. Функция клеточной мембраны избирательно позволяет обмен и прохождение определенных молекул, не допуская попадания нежелательных веществ. Части клеточной мембраны также позволяют клетке общаться с другими клетками и окружающей средой. И растения, и животные обладают клеточными мембранами, но структура и организация их клеточных мембран различаются, так как растения, дрожжи и бактерии имеют жесткую клеточную стенку за пределами мембраны для дополнительной поддержки и структуры. Уникальные функции клеточной мембраны определяют ее структуру и свойства.

Двухслойная структура из особых липидных молекул, называемых фосфолипидами, составляет клеточную мембрану. Каждый фосфолипид имеет две цепи жирных кислот, прикрепленных к фосфат-глицериновой головке. Жирные кислоты гидрофобны (ненавидят воду), тогда как головка фосфата гидрофильна (водолюбива). Два слоя фосфолипидов располагаются так, что жирные кислоты находятся внутри слоев или листочков. Согласно «Карнеги-Меллон: структура и функция клеточной мембраны», когда двухслойная мембрана выходит при контакте с водой молекулы фосфолипидов перестраиваются, чтобы хвосты жирных кислот находились подальше от вода.

По клеточной мембране разбросаны два вида белков: интегральные белки и периферические белки. Интегральные белки, состоящие из длинных цепочек аминокислот, проходят через всю мембрану. Некоторые части белка взаимодействуют с внешней средой, а другие части взаимодействуют с внутренним пространством клетки. Следовательно, интегральные белки также называют трансмембранными белками. Интегральные белки выполняют две основные функции. Они действуют как поры, которые пропускают определенные «ионы или питательные вещества в клетку», и они «передают сигналы в клетку и из нее», согласно Джеймсу Бернетту III в статье Карнеги-Меллона.

Напротив, периферические белки прикрепляются только к поверхности мембраны и служат якорями для цитоскелета или внеклеточных волокон.

Углеводная оболочка, известная как гликокаликс, покрывает поверхность клетки. Гликокаликс состоит из коротких олигосахаридов, прикрепленных к определенным типам трансмембранных белков. Согласно «Клетке: структура плазматической мембраны», гликокаликс обеспечивает идентичность клетки. Он в основном предоставляет набор маркеров, которые могут отличать идентичные клетки от чужеродных или вторгающихся клеток. Гликокаликс также служит для защиты поверхности клетки.

Холестерины - это еще один тип липидов, обнаруженных на клеточной мембране. Холестерин, разбросанный по жирным кислотам внутри, предотвращает слишком плотную упаковку хвостов и помогает поддерживать жидкость в мембране.

Впервые предложенная Сингером и Николсоном («Наука», 18 февраля 1972 г.) в качестве модели жидкой мозаики, клеточная мембрана имеет две важные особенности, которые позволяют ей выполнять свои функции. Во-первых, клеточная мембрана представляет собой мозаичную структуру из разных молекул. Каждый тип клетки в многоклеточных и одноклеточных организмах будет иметь уникальный набор и комбинацию белков, углеводов и липидов. В качестве примера Бернетт из Карнеги-Меллона упоминает, что мембрана красных кровяных телец содержит более 50 видов белков.

Второе свойство клеточной мембраны - ее текучесть. По словам Бернетта, фосфолипиды свободно перемещаются и перестраиваются внутри каждого слоя мембраны, но они редко пересекают гидрофобную область и переходят в противоположный слой. Гидрофильные головки всегда находятся на внешней периферии, а гидрофобные хвосты остаются в центре бислоя.

Жидкость мембраны приводит к образованию асимметричных бислоев. Бернетт описывает, что в ответ на изменение окружающей среды или разную температуру внутри и снаружи ячейки может быть больше белки или молекулы углеводов на каждом слое в любой момент времени, обеспечивая селективный проход молекул и ионов через мембрана.

Иллюстрация свойств жидкой мозаики клеточной мембраны представлена ​​в «Карнеги-Меллон: структура и функция клеточной мембраны».