Plazemska membrana: opredelitev, struktura in funkcija (z diagramom)

Plazemska membrana je zaščitna pregrada, ki obdaja notranjost celice. Imenuje se tudi celična membrana, ta struktura je polporna in omogoča določene molekule v celici in iz nje. Služi kot meja, tako da vsebino celice zadrži znotraj in preprečuje, da bi se razlila.

Oboje prokariontske in evkariontske celice imajo plazemske membrane, vendar se membrane med različnimi organizmi razlikujejo. Na splošno so plazemske membrane sestavljene iz fosfolipidov in beljakovin.

Fosfolipidi tvorijo osnovo plazemske membrane. Osnovna struktura fosfolipida vključuje a hidrofobna (vodoplašen) rep in a hidrofilna (vodoljubna) glava. Fosfolipid je sestavljen iz glicerola in negativno nabite fosfatne skupine, ki tvorita glavo, in dveh maščobnih kislin, ki nimajo naboja.

Čeprav sta dve maščobni kislini povezani z glavo, sta združeni kot en "rep". Ti hidrofilni in hidrofobni konci omogočajo a dvoplast da nastane v plazemski membrani. Dvoplast ima dve plasti fosfolipidov, razporejenih z repi na notranji strani in glavami na zunanji strani.

The model tekočega mozaika razlaga funkcijo in zgradbo celične membrane.

Prvič, membrana je videti kot mozaik, ker ima v sebi različne molekule, kot so fosfolipidi in beljakovine. Drugič, membrana je tekoča, ker se molekule lahko premikajo. Celoten model kaže, da membrana ni toga in se lahko spreminja.

Celična membrana je dinamična in njene molekule se lahko hitro premikajo. Celice lahko nadzorujejo fluidnost svojih membran s povečevanjem ali zmanjšanjem števila molekul nekaterih snovi.

Pomembno je omeniti, da lahko različne maščobne kisline tvorijo fosfolipide. Dve glavni vrsti sta nasičena in nenasičen maščobne kisline.

Nasičene maščobne kisline nimajo dvojnih vezi in imajo namesto tega največje število vodikovih vezi z ogljikom. Prisotnost samo enojnih vezi v nasičenih maščobnih kislinah omogoča enostavno pakiranje fosfolipidov.

Po drugi strani pa imajo nenasičene maščobne kisline nekaj dvojnih vezi med ogljiki, zato jih je težje spakirati. Njihove dvojne vezi povzročajo zavoje v verigah in vplivajo na tekočino plazemske membrane. Dvojne vezi ustvarjajo več prostora med fosfolipidi v membrani, zato lahko nekatere molekule lažje prehajajo skozi.

Nasičene maščobe so pri sobni temperaturi pogosteje trdne, nenasičene maščobne kisline pa so tekoče pri sobni temperaturi. Pogost primer nasičenih maščob, ki jih imate v kuhinji, je maslo.

Primer nenasičene maščobe je tekoče olje. Hidrogeniranje je kemična reakcija, zaradi katere se tekoče olje lahko spremeni v trdno snov, kot je margarina. Delno hidrogeniranje nekatere molekule olja spremeni v nasičene maščobe.

•••Dana Chen | Učenje

Nenasičene maščobe lahko razdelite v še dve kategoriji: cis nenasičene maščobe in transnenasičene maščobe. Cis-nenasičene maščobe imajo dva vodika na isti strani dvojne vezi.

Vendar transnenasičene maščobe imajo dva vodika na nasprotnih straneh dvojne vezi. To močno vpliva na obliko molekule. Cis-nenasičene maščobe in nasičene maščobe se pojavljajo naravno, v laboratoriju pa nastajajo transnasičene maščobe.

Morda ste v zadnjih letih že slišali za zdravstvene težave, povezane z uživanjem transmaščob. Proizvajalci živil, imenovani tudi transnenasičene maščobe, jih ustvarjajo z delnim hidrogeniranjem. Raziskave niso pokazale, da imajo ljudje encimi potrebne za presnovo transmaščob, zato lahko uživanje le-teh poveča tveganje za razvoj bolezni srca in ožilja ter diabetesa.

Holesterol je še ena pomembna molekula, ki vpliva na tekočino v plazemski membrani.

Holesterol je a steroid ki se naravno pojavlja v membrani. Ima štiri povezane ogljikove obroče in kratek rep ter je naključno razporejen po plazemski membrani. Glavna naloga te molekule je pomagati držati fosfolipide skupaj, tako da ne potujejo predaleč drug od drugega.

Hkrati holesterol zagotavlja nekaj potrebnega razmika med fosfolipidi in preprečuje, da bi postali tako tesno zapakirani, da pomembni plini ne morejo priti skozi. V bistvu lahko holesterol pomaga uravnavati izhod in vstop v celico.

Esencialne maščobne kisline, kot so omega-3, so del plazemske membrane in lahko vplivajo tudi na tekočino. Najdemo ga v živilih, kot so maščobne ribe, omega-3 maščobne kisline so bistveni del vaše prehrane. Ko jih pojeste, lahko vaše telo doda omega-3 celični membrani, tako da jih vključi v fosfolipid dvoplast.

Omega-3 maščobne kisline lahko vplivajo na aktivnost beljakovin v membrani in spremenijo izražanje genov.

Plazemska membrana vsebuje različne vrste beljakovin. Nekateri so na površini te pregrade, drugi pa so vgrajeni v notranjost. Beljakovine lahko delujejo kot kanali ali receptorji za celico.

Integralni membranski proteini se nahajajo znotraj fosfolipidnega dvosloja. Večina jih je transmembranskih proteinov, kar pomeni, da so njihovi deli vidni na obeh straneh dvosloja, ker štrlijo ven.

Na splošno integralni proteini pomagajo pri transportu večjih molekul, kot je glukoza. Drugi integralni proteini delujejo kot kanali za ione.

Ti proteini imajo polarna in nepolarna področja, podobna tistim, ki jih najdemo v fosfolipidih. Po drugi strani pa se nahajajo periferne beljakovine Na površini fosfolipidnega dvosloja. Včasih so pritrjeni na integralne beljakovine.

Celice imajo mreže filamentov, imenovane citoskelet, ki zagotavljajo strukturo. The citoskelet običajno obstaja tik pod celično membrano in z njo komunicira. V citoskeletonu so tudi beljakovine, ki podpirajo plazemsko membrano.

Na primer, živalske celice imajo aktinske filamente, ki delujejo kot mreža. Ti filamenti so pritrjeni na plazemsko membrano preko konektorskih proteinov. Celice potrebujejo citoskelet za strukturno podporo in za preprečevanje poškodb.

Podobno kot fosfolipidi imajo tudi proteini hidrofilne in hidrofobne regije, ki napovedujejo njihovo umestitev v celično membrano.

Na primer, transmembranski proteini imajo hidrofilne in hidrofobne dele, zato hidrofobni deli lahko prehajajo skozi membrano in komunicirajo s hidrofobnimi repi fosfolipidi.

V plazemski membrani je nekaj ogljikovih hidratov. Glikoproteini, ki so vrsta beljakovin z vezanimi ogljikovimi hidrati, obstajajo v membrani. Običajno so glikoproteini sestavni membranski proteini. Ogljikovi hidrati na glikoproteinih pomagajo pri prepoznavanju celic.

Glikolipidi so lipidi (maščobe) s pritrjenimi ogljikovimi hidrati in so tudi del plazemske membrane. Imajo hidrofobne lipidne repove in hidrofilne glave ogljikovih hidratov. To jim omogoča interakcijo s fosfolipidnim dvoplastom in njegovo vezavo nanj.

Na splošno pomagajo stabilizirati membrano in lahko pomagajo pri celični komunikaciji, saj delujejo kot receptorji ali regulatorji.

Ena pomembnih lastnosti teh ogljikovih hidratov je, da delujejo podobno identifikacijske oznake na celični membrani, kar ima pomembno vlogo pri imunosti. Ogljikovi hidrati iz glikoproteinov in glikolipidov tvorijo glikokaliks okoli celice, ki je pomemben za imunski sistem. Glikokaliks, imenovan tudi percelularni matriks, je prevleka, ki ima nejasen videz.

Številne celice, vključno s človeškimi in bakterijskimi celicami, imajo to vrsto prevleke. Pri ljudeh je glikokaliks edinstven pri vsaki osebi zaradi geni, zato lahko imunski sistem uporablja prevleko kot identifikacijski sistem. Vaše imunske celice lahko prepoznajo prevleko, ki vam pripada, in ne bo napadla vaših celic.

Plazemska membrana ima tudi druge vloge, kot je pomoč prevoz molekul in komunikacija med celicami. Membrana omogoča sladkorje, ioni, amino kisline, voda, plini in druge molekule za vstop v celico ali izstop iz nje. Ne samo, da nadzoruje prehod teh snovi, ampak tudi določa, koliko se jih lahko premika.

Polarnost molekul pomaga določiti, ali lahko vstopijo v celico ali jo zapustijo.

Na primer nepolarna molekule lahko gredo neposredno skozi fosfolipidni dvosloj, vendar polarni za prehod morajo uporabiti beljakovinske kanale. Kisik, ki je nepolaren, se lahko premika po dvosloju, sladkorji pa morajo uporabljati kanale. To ustvarja selektivni transport materialov v celico in iz nje.

Selektivna prepustnost plazemskih membran daje celicam večji nadzor. Gibanje molekul čez to pregrado je razdeljeno na dve kategoriji: pasivni in aktivni prevoz. Pasivni transport ne zahteva, da celica porabi energijo za premikanje molekul, vendar aktivni transport porablja energijo iz adenozin trifosfat (ATP).

Difuzija in osmoza so primeri pasivnega prevoza. V olajšana difuzija, beljakovine v plazemski membrani pomagajo molekulam pri gibanju. Na splošno pasivni transport vključuje premikanje snovi iz visoke koncentracije v nizko koncentracijo.

Če je na primer celica obdana z visoko koncentracijo kisika, se lahko kisik prosto premika skozi dvosloj do nižje koncentracije znotraj celice.

Aktivni prevoz se zgodi čez celično membrano in običajno vključuje beljakovine, vdelane v to plast. Ta vrsta transporta omogoča celicam, da delujejo proti gradientu koncentracije, kar pomeni, da lahko stvari premaknejo iz nizke koncentracije v visoko koncentracijo.

Potrebuje energijo v obliki ATP.

Plazemska membrana pomaga tudi pri komunikaciji med celicami. To lahko vključuje ogljikove hidrate v membrani, ki štrlijo na površini. Imajo zavezujoča spletna mesta, ki to omogočajo celična signalizacija. Ogljikovi hidrati membrane ene celice lahko komunicirajo z ogljikovimi hidrati druge celice.

Beljakovine plazemske membrane lahko pomagajo tudi pri komunikaciji. Transmembranski proteini delujejo kot receptorji in se lahko vežejo na signalne molekule.

Ker so signalne molekule ponavadi prevelike za vstop v celico, njihove interakcije z beljakovinami pomagajo ustvariti pot odzivov. To se zgodi, ko se protein spremeni zaradi interakcije s signalno molekulo in sproži verigo reakcij.

V nekaterih primerih se membranski receptorji na celici uporabljajo proti organizmu, da jo okužijo. Na primer, virus človeške imunske pomanjkljivosti (HIV) lahko s pomočjo lastnih receptorjev celice vstopi v celico in jo okuži.

HIV ima na zunanjosti štrleče glikoproteine, ki ustrezajo receptorjem na celičnih površinah. Virus se lahko veže na te receptorje in pride noter.

Drug primer pomembnosti marker proteinov na celičnih površinah vidimo pri človeku rdeče krvne celice. Pomagajo ugotoviti, ali imate A, B, AB ali O krvna skupina. Ti markerji se imenujejo antigeni in pomagajo telesu prepoznati lastne krvne celice.

Evkarionti nimajo celičnih sten, zato plazemska membrana edino preprečuje vstop ali izstop snovi iz celice. Vendar prokarionti in rastline imajo oboje celične stene in plazemske membrane. Prisotnost samo plazemske membrane omogoča, da so evkariontske celice bolj prilagodljive.

Plazemska membrana ali celična membrana deluje kot a zaščitni premaz za celico v evkariontih in prokariontih. Ta pregrada ima pore, zato lahko nekatere molekule vstopijo ali izstopijo iz celic. Dvosloj fosfolipidov igra pomembno vlogo kot osnova celične membrane. V membrani lahko najdete tudi holesterol in beljakovine. Ogljikovi hidrati so ponavadi vezani na beljakovine ali lipide, vendar imajo ključno vlogo pri imunosti in celični komunikaciji.

Celična membrana je a struktura tekočine ki se premika in spreminja. Zaradi različnih vgrajenih molekul je videti kot mozaik. Plazemska membrana nudi podporo celici, hkrati pa pomaga pri celični signalizaciji in transportu.