Plazmová membrána: definícia, štruktúra a funkcia (so schémou)

Plazmatická membrána je ochranná bariéra, ktorá obklopuje vnútro bunky. Tiež sa nazýva bunková membrána, táto štruktúra je polopórovitá a umožňuje určité molekuly dovnútra a von z bunky. Slúži ako hranica, pretože udržuje obsah bunky vo vnútri a zabraňuje jej rozliatiu.

Oboje prokaryotické a eukaryotické bunky majú plazmatické membrány, ale membrány sa medzi rôznymi organizmami líšia. Všeobecne plazmatické membrány pozostávajú z fosfolipidov a proteínov.

Fosfolipidy tvoria základ plazmatickej membrány. Základná štruktúra fosfolipidu zahrnuje a hydrofóbne (bojazlivý) chvost a a hydrofilný (vodou milujúca) hlava. Fosfolipid pozostáva z glycerolu plus negatívne nabitej fosfátovej skupiny, ktoré obidve tvoria hlavu, a dvoch mastných kyselín, ktoré nie sú nabité.

Aj keď sú s hlavou spojené dve mastné kyseliny, sú spojené ako jeden „chvost“. Tieto hydrofilné a hydrofóbne konce umožňujú a dvojvrstva tvoriť v plazmatickej membráne. Dvojvrstva má dve vrstvy fosfolipidov usporiadané s chvostmi zvnútra a hlavami zvonka.

The model tekutej mozaiky vysvetľuje funkciu a štruktúru bunkovej membrány.

Po prvé, membrána vyzerá ako mozaika, pretože má vo vnútri rôzne molekuly ako fosfolipidy a proteíny. Po druhé, membrána je tekutá, pretože molekuly sa môžu pohybovať. Celý model ukazuje, že membrána nie je tuhá a je schopná sa meniť.

Bunková membrána je dynamická a jej molekuly sa môžu rýchlo pohybovať. Bunky môže regulovať tekutosť svojich membrán zvyšovaním alebo znižovaním počtu molekúl určitých látok.

Je dôležité si uvedomiť, že fosfolipidy môžu tvoriť rôzne mastné kyseliny. Dva hlavné typy sú nasýtený a nenasýtený mastné kyseliny.

Nasýtené mastné kyseliny nemajú dvojité väzby a namiesto toho majú maximálny počet vodíkových väzieb s uhlíkom. Prítomnosť iba jednoduchých väzieb v nasýtených mastných kyselinách uľahčuje pevné spojenie fosfolipidov.

Na druhej strane nenasýtené mastné kyseliny majú medzi uhlíkmi nejaké dvojité väzby, takže je ťažšie ich spojiť. Ich dvojité väzby tvoria zlomy v reťazcoch a ovplyvňujú tekutosť plazmatickej membrány. Dvojité väzby vytvárajú viac priestoru medzi fosfolipidmi v membráne, takže niektoré molekuly môžu ľahšie prechádzať.

Nasýtené tuky sú pri izbovej teplote pravdepodobnejšie tuhé, zatiaľ čo nenasýtené mastné kyseliny sú pri izbovej teplote tekuté. Bežným príkladom nasýtených tukov, ktoré môžete mať v kuchyni, je maslo.

Príkladom nenasýtených tukov je tekutý olej. Hydrogenácia je chemická reakcia, ktorá môže spôsobiť, že sa z kvapalného oleja stane tuhá látka ako margarín. Čiastočná hydrogenácia premení niektoré molekuly oleja na nasýtené tuky.

•••Dana Chen | Vedenie

Nenasýtené tuky môžete rozdeliť do dvoch ďalších kategórií: cis-nenasýtené tuky a trans-nenasýtené tuky. Cis-nenasýtené tuky majú dva vodíky na tej istej strane dvojitej väzby.

Avšak trans-nenasýtené tuky mať dva vodíky na opačných stranách dvojitej väzby. To má veľký vplyv na tvar molekuly. Cis-nenasýtené tuky a nasýtené tuky sa vyskytujú prirodzene, ale trans-nenasýtené tuky sa vytvárajú v laboratóriu.

Možno ste už v posledných rokoch počuli o zdravotných problémoch spojených s konzumáciou trans-tukov. Výrobcovia potravín, ktorí sa tiež nazývajú trans-nenasýtené tuky, vytvárajú trans-tuky čiastočnou hydrogenáciou. Výskum nepreukázal, že ľudia majú enzýmy nevyhnutné na metabolizáciu trans-tukov, takže ich konzumácia môže zvýšiť riziko vzniku kardiovaskulárnych chorôb a cukrovky.

Cholesterol je ďalšou dôležitou molekulou, ktorá ovplyvňuje tekutosť plazmatickej membrány.

Cholesterol je a steroid ktoré sa prirodzene vyskytujú v membráne. Má štyri spojené uhlíkové krúžky a krátky chvost a je náhodne rozložený po celej plazmatickej membráne. Hlavnou funkciou tejto molekuly je pomôcť udržať fosfolipidy pohromade tak, aby necestovali príliš ďaleko od seba.

Cholesterol zároveň poskytuje určité potrebné medzery medzi fosfolipidmi a zabraňuje ich tak silnému zabaleniu, že dôležité plyny nemôžu preniknúť. Cholesterol v podstate môže pomôcť regulovať to, čo opúšťa a vstupuje do bunky.

Esenciálne mastné kyseliny, ako sú omega-3, tvoria časť plazmatickej membrány a môžu tiež ovplyvniť tekutosť. Nachádza sa v potravinách ako mastné ryby, omega-3 mastné kyseliny sú nevyhnutnou súčasťou vašej stravy. Keď ich zjete, vaše telo môže pridávať omega-3 do bunkovej membrány ich začlenením do fosfolipid dvojvrstva.

Omega-3 mastné kyseliny môžu ovplyvňovať aktivitu proteínov v membráne a meniť génovú expresiu.

Plazmatická membrána má rôzne typy bielkovín. Niektoré sú na povrchu tejto bariéry, zatiaľ čo iné sú vložené dovnútra. Proteíny môžu pôsobiť ako kanály alebo receptory pre bunku.

Integrované membránové proteíny sú umiestnené vo vnútri fosfolipidovej dvojvrstvy. Väčšina z nich sú transmembránové proteíny, čo znamená, že ich časti sú viditeľné na oboch stranách dvojvrstvy, pretože vyčnievajú.

Integrované proteíny všeobecne pomáhajú transportovať väčšie molekuly, ako je glukóza. Ostatné integrálne proteíny pôsobia ako kanály pre ióny.

Tieto proteíny majú polárne a nepolárne oblasti podobné tým, ktoré sa nachádzajú vo fosfolipidoch. Na druhej strane sa nachádzajú periférne proteíny na povrchu fosfolipidovej dvojvrstvy. Niekedy sú pripojené k integrálnym proteínom.

Bunky majú siete vlákien nazývaných cytoskelet, ktoré poskytujú štruktúru. The cytoskelet obvykle existuje priamo pod bunkovou membránou a interaguje s ňou. V cytoskelete sú tiež proteíny, ktoré podporujú plazmatickú membránu.

Napríklad živočíšne bunky majú aktínové vlákna, ktoré pôsobia ako sieť. Tieto vlákna sú pripojené k plazmatickej membráne cez spojovacie proteíny. Bunky potrebujú cytoskeleton na podporu štruktúry a na zabránenie poškodenia.

Podobne ako fosfolipidy majú proteíny hydrofilné a hydrofóbne oblasti, ktoré predpovedajú ich umiestnenie v bunkovej membráne.

Napríklad transmembránové proteíny majú časti, ktoré sú hydrofilné a hydrofóbne, takže hydrofóbne časti môžu prechádzať membránou a interagovať s hydrofóbnymi chvostmi fosfolipidy.

Plazmatická membrána obsahuje určité množstvo sacharidov. Glykoproteíny, ktoré sú typom proteínu s pripojeným uhľohydrátom, existujú v membráne. Glykoproteíny sú zvyčajne integrálnymi membránovými proteínmi. Sacharidy na glykoproteínoch pomáhajú pri rozpoznávaní buniek.

Glykolipidy sú lipidy (tuky) s pripojenými sacharidmi a sú tiež súčasťou plazmatickej membrány. Majú hydrofóbne lipidové konce a hydrofilné sacharidové hlavy. To im umožňuje interagovať s fosfolipidovou dvojvrstvou a viazať sa na ňu.

Vo všeobecnosti pomáhajú stabilizovať membránu a môžu pomôcť pri bunkovej komunikácii tým, že pôsobia ako receptory alebo regulátory.

Jednou z dôležitých vlastností týchto sacharidov je, že sa správajú podobne identifikačné štítky na bunkovej membráne, a to hrá úlohu v imunite. Sacharidy z glykoproteínov a glykolipidov tvoria glykokalyx okolo bunky, čo je dôležité pre imunitný systém. Glykokalyx, tiež nazývaný pericelulárna matrica, je povlak, ktorý má fuzzy vzhľad.

Mnoho buniek, vrátane ľudských a bakteriálnych, má tento typ povlaku. U ľudí je glykokalyx jedinečný pre každú osobu kvôli gény, takže imunitný systém môže použiť povlak ako identifikačný systém. Vaše imunitné bunky dokážu rozpoznať povlak, ktorý vám patrí, a nebudú útočiť na vaše vlastné bunky.

Plazmatická membrána má aj iné úlohy, napríklad pomáha preprava molekúl a komunikáciu medzi bunkami. Membrána umožňuje cukry, ióny, aminokyseliny, voda, plyny a iné molekuly, ktoré vstupujú do bunky alebo ju opúšťajú. Nielen, že riadi prechod týchto látok, ale určuje aj to, koľko sa ich môže pohybovať.

Polarita molekúl pomáha určiť, či môžu vstúpiť do bunky alebo ju opustiť.

Napríklad, nepolárny molekuly môžu prechádzať cez fosfolipidovú dvojvrstvu priamo, ale polárny na prenos musia byť použité proteínové kanály. Nepolárny kyslík sa môže pohybovať cez dvojvrstvu, zatiaľ čo kanály musia využívať cukry. Takto sa vytvára selektívny transport materiálov do a z bunky.

Selektívna permeabilita plazmatických membrán dáva bunkám väčšiu kontrolu. Pohyb molekúl cez túto bariéru je rozdelený do dvoch kategórií: pasívna preprava a aktívna preprava. Pasívny transport nevyžaduje, aby bunka na pohyb molekúl použila akúkoľvek energiu, ale aktívny transport využíva energiu z adenozíntrifosfát (ATP).

Difúzia a osmóza sú príklady pasívnej dopravy. V uľahčená difúzia„, proteíny v plazmatickej membráne pomáhajú molekulám v pohybe. Pasívny transport vo všeobecnosti zahŕňa pohyb látok z vysokej koncentrácie na nízku koncentráciu.

Napríklad, ak je bunka obklopená vysokou koncentráciou kyslíka, potom sa kyslík môže voľne pohybovať cez dvojvrstvu na nižšiu koncentráciu vo vnútri bunky.

Aktívna preprava deje sa cez bunkovú membránu a zvyčajne zahŕňa proteíny zabudované v tejto vrstve. Tento typ transportu umožňuje bunkám pracovať proti koncentračnému gradientu, čo znamená, že môžu pohybovať vecami z nízkej koncentrácie do vysokej koncentrácie.

Vyžaduje energiu vo forme ATP.

Plazmatická membrána tiež pomáha komunikácii medzi bunkami. To môže zahŕňať sacharidy v membráne, ktoré vyčnievajú na povrchu. Majú záväzné stránky, ktoré to umožňujú bunková signalizácia. Sacharidy membrány jednej bunky môžu interagovať so sacharidmi druhej bunky.

Pri komunikácii môžu pomôcť aj proteíny plazmatickej membrány. Transmembránové proteíny pôsobia ako receptory a môžu sa viazať na signálne molekuly.

Pretože signalizačné molekuly majú tendenciu byť príliš veľké na to, aby sa dostali do bunky, ich interakcie s proteínmi pomáhajú vytvárať cestu reakcií. To sa stane, keď sa proteín zmení v dôsledku interakcií so signálnou molekulou a začne reťazec reakcií.

V niektorých prípadoch sa membránové receptory bunky používajú proti organizmu na jeho infikovanie. Napríklad vírus ľudskej imunodeficiencie (HIV) môže na vstup a infikovanie bunky použiť vlastné receptory bunky.

HIV má na vonkajšej strane glykoproteínové projekcie, ktoré zapadajú do receptorov na bunkových povrchoch. Vírus sa môže viazať na tieto receptory a dostať sa dovnútra.

Ďalším príkladom dôležitosti markerových proteínov na bunkových povrchoch je človek červené krvinky. Pomáhajú určiť, či máte A, B, AB alebo O krvná skupina. Tieto markery sa nazývajú antigény a pomáhajú vášmu telu rozpoznávať svoje vlastné krvinky.

Eukaryoty nemajú bunkové steny, takže plazmatická membrána je jediná vec, ktorá bráni látkam vstúpiť do bunky alebo ju opustiť. Avšak prokaryoty a rastliny majú oboje bunkové steny a plazmatické membrány. Prítomnosť iba plazmatickej membrány umožňuje, aby boli eukaryotické bunky pružnejšie.

Plazmatická membrána alebo bunková membrána pôsobia ako a ochranný povlak pre bunku u eukaryotov a prokaryotov. Táto bariéra má póry, takže niektoré molekuly môžu vstúpiť do buniek alebo z nich vystúpiť. Fosfolipidová dvojvrstva hrá dôležitú úlohu ako základ bunkovej membrány. V membráne nájdete aj cholesterol a bielkoviny. Sacharidy majú tendenciu byť viazané na bielkoviny alebo lipidy, ale hrajú rozhodujúcu úlohu v imunite a bunkovej komunikácii.

Bunková membrána je a tekutá štruktúra že sa hýbe a mení. Vyzerá to ako mozaika kvôli rôznym vloženým molekulám. Plazmatická membrána ponúka bunke podporu a pomáha pri bunkovej signalizácii a preprave.