Plasmamembran: Definition, struktur och funktion (med diagram)

Plasmamembranet är en skyddande barriär som omger cellens inre. Kallas också cellmembranet, är denna struktur halvporös och tillåter vissa molekyler in och ut ur cellen. Det tjänar som en gräns genom att hålla cellens innehåll inuti och förhindra att de läcker ut.

Både prokaryota och eukaryota celler har plasmamembran, men membranen varierar mellan olika organismer. I allmänhet består plasmamembran av fosfolipider och proteiner.

Fosfolipider bildar basen av plasmamembranet. Den grundläggande strukturen för en fosfolipid inkluderar en hydrofob (vattenfruktande) svans och en hydrofil (vattenälskande) huvud. Fosfolipiden består av en glycerol plus en negativt laddad fosfatgrupp, som båda bildar huvudet och två fettsyror som inte bär en laddning.

Även om det finns två fettsyror kopplade till huvudet, klumpas de ihop som en "svans". Dessa hydrofila och hydrofoba ändar tillåter a dubbelskikt att bildas i plasmamembranet. Dubbelskiktet har två lager fosfolipider anordnade med svansarna på insidan och huvudet på utsidan.

De flytande mosaikmodell förklarar funktionen och strukturen hos ett cellmembran.

För det första ser membranet ut som en mosaik eftersom det har olika molekyler inuti som fosfolipider och proteiner. För det andra är membranet flytande eftersom molekylerna kan röra sig. Hela modellen visar att membranet inte är styvt och kan förändras.

Cellmembranet är dynamiskt och dess molekyler kan röra sig snabbt. Celler kan kontrollera fluiditeten i deras membran genom att öka eller minska antalet molekyler av vissa ämnen.

Det är viktigt att notera att olika fettsyror kan bilda fosfolipider. De två huvudtyperna är mättad och omättad fettsyror.

Mättade fettsyror har inte dubbelbindningar och har istället det maximala antalet vätebindningar med kol. Närvaron av endast enskilda bindningar i mättade fettsyror gör det enkelt att packa fosfolipider ihop tätt.

Å andra sidan har omättade fettsyror några dubbla bindningar mellan kol, så det är svårare att packa ihop dem. Deras dubbelbindningar gör kinks i kedjorna och påverkar plasmamembranets flytbarhet. Dubbelbindningarna skapar mer utrymme mellan fosfolipider i membranet, så att vissa molekyler kan passera lättare.

Mättade fetter är mer benägna att vara fasta vid rumstemperatur, medan omättade fettsyror är flytande vid rumstemperatur. Ett vanligt exempel på ett mättat fett du kan ha i köket är smör.

Ett exempel på ett omättat fett är flytande olja. Hydrogenering är en kemisk reaktion som kan göra att flytande olja förvandlas till ett fast ämne som margarin. Delvis hydrering förvandlar en del av oljemolekylerna till mättade fetter.

•••Dana Chen | Sciencing

Du kan dela omättade fetter i ytterligare två kategorier: cis-omättade fetter och trans-omättade fetter. Cis-omättade fetter har två väten på samma sida av en dubbelbindning.

I alla fall, transomättade fetter har två väten på motsatta sidor av en dubbelbindning. Detta har stor inverkan på molekylens form. Cis-omättade fetter och mättade fetter förekommer naturligt, men trans-omättade fetter skapas i laboratoriet.

Du kanske har hört talas om hälsoproblem i samband med att äta transfetter under de senaste åren. Även kallade transomättade fetter, livsmedeltillverkare skapar transfetter genom partiell hydrering. Forskning har inte visat att människor har enzymer nödvändigt att metabolisera transfetter, så att äta dem kan öka risken för att utveckla hjärt-kärlsjukdomar och diabetes.

Kolesterol är en annan viktig molekyl som påverkar fluiditeten i plasmamembranet.

Kolesterol är en steroid som förekommer naturligt i membranet. Den har fyra kopplade kolringar och en kort svans, och den sprids slumpmässigt genom plasmamembranet. Molekylens huvudsakliga funktion är att hålla ihop fosfolipiderna så att de inte reser för långt ifrån varandra.

Samtidigt ger kolesterol ett visst avstånd mellan fosfolipider och förhindrar att de blir så tätt packade att viktiga gaser inte kan komma igenom. I huvudsak kan kolesterol hjälpa till att reglera vad som lämnar och kommer in i cellen.

Essentiella fettsyror, såsom omega-3, utgör en del av plasmamembranet och kan också påverka fluiditeten. Finns i livsmedel som fet fisk, omega-3 fettsyror är en viktig del av din kost. När du har ätit dem kan din kropp lägga till omega-3 i cellmembranet genom att integrera dem i fosfolipid dubbelskikt.

Omega-3-fettsyror kan påverka proteinaktiviteten i membranet och modifiera genuttrycket.

Plasmamembranet har olika typer av proteiner. Vissa är på ytan av denna barriär, medan andra är inbäddade inuti. Proteiner kan fungera som kanaler eller receptorer för cellen.

Integrerade membranproteiner är placerade inuti fosfolipid dubbelskiktet De flesta av dem är transmembranproteiner, vilket innebär att delar av dem är synliga på båda sidor av dubbelskiktet eftersom de sticker ut.

I allmänhet hjälper integrerade proteiner till att transportera större molekyler som glukos. Andra integrerade proteiner fungerar som kanaler för joner.

Dessa proteiner har polära och icke-polära regioner som liknar de som finns i fosfolipider. Å andra sidan finns perifera proteiner på ytan av fosfolipid-dubbelskiktet. Ibland är de fästa vid integrerade proteiner.

Celler har nätverk av filament som kallas cytoskeletet som ger struktur. De cytoskelett existerar vanligtvis precis under cellmembranet och interagerar med det. Det finns också proteiner i cytoskelettet som stöder plasmamembranet.

Till exempel har djurceller aktinfilament som fungerar som ett nätverk. Dessa filament är fästa vid plasmamembranet genom kontaktproteiner. Celler behöver cytoskelettet för strukturellt stöd och för att förhindra skador.

Liksom fosfolipider har proteiner hydrofila och hydrofoba regioner som förutsäger deras placering i cellmembranet.

Till exempel har transmembranproteiner delar som är hydrofila och hydrofoba, så den hydrofoba delar kan passera genom membranet och interagera med hydrofoba svansar i fosfolipider.

Plasmamembranet har vissa kolhydrater. Glykoproteiner, som är en typ av protein med ett kolhydrat fäst, finns i membranet. Vanligtvis är glykoproteiner integrerade membranproteiner. Kolhydraterna på glykoproteiner hjälper till med celligenkänning.

Glykolipider är lipider (fetter) med bifogade kolhydrater, och de är också en del av plasmamembranet. De har hydrofoba lipidsvansar och hydrofila kolhydrathuvuden. Detta gör att de kan interagera med och binda till fosfolipid-dubbelskiktet.

I allmänhet hjälper de till att stabilisera membranet och kan hjälpa till med cellkommunikation genom att fungera som receptorer eller regulatorer.

En av de viktiga funktionerna i dessa kolhydrater är att de fungerar som identifieringsmärken på cellmembranet, och detta spelar en roll i immuniteten. Kolhydraterna från glykoproteiner och glykolipider bildar glykokalyxen runt cellen som är viktig för immunsystemet. Glykokalyxen, även kallad pericellulär matris, är en beläggning som har ett suddigt utseende.

Många celler, inklusive humana och bakterieceller, har denna typ av beläggning. Hos människor är glykokalyxen unik i varje person på grund av gener, så att immunsystemet kan använda beläggningen som ett identifieringssystem. Dina immunceller kan känna igen beläggningen som tillhör dig och kommer inte att attackera dina egna celler.

Plasmamembranet har andra roller som att hjälpa transport av molekyler och cell-till-cell-kommunikation. Membranet tillåter socker, joner, aminosyror, vatten, gaser och andra molekyler för att komma in i eller lämna cellen. Det kontrollerar inte bara passagen av dessa ämnen, men det avgör också hur många som kan röra sig.

Molekylernas polaritet hjälper till att avgöra om de kan komma in i eller lämna cellen.

Till exempel, icke-polär molekyler kan gå igenom fosfolipid dubbelskiktet direkt, men polär de måste använda proteinkanalerna för att passera. Syre, som är icke-polärt, kan röra sig genom dubbelskiktet, medan socker måste använda kanalerna. Detta skapar selektiv transport av material in i och ut ur cellen.

Den selektiva permeabiliteten hos plasmamembran ger celler mer kontroll. Molekylers rörelse över denna barriär är indelad i två kategorier: passiv transport och aktiv transport. Passiv transport kräver inte att cellen använder någon energi för att flytta molekyler, men aktiv transport använder energi från adenosintrifosfat (ATP).

Diffusion och osmos är exempel på passiv transport. I underlättade diffusion, proteiner i plasmamembranet hjälper molekylerna att röra sig. I allmänhet involverar passiv transport förflyttning av ämnen från en hög koncentration till en låg koncentration.

Till exempel, om en cell är omgiven av en hög syrekoncentration, kan syret röra sig fritt genom dubbelskiktet till en lägre koncentration inuti cellen.

Aktiv transport händer över cellmembranet och involverar vanligtvis proteinerna inbäddade i detta skikt. Denna typ av transport gör det möjligt för celler att arbeta mot koncentrationsgradienten, vilket innebär att de kan flytta saker från en låg koncentration till en hög koncentration.

Det kräver energi i form av ATP.

Plasmamembranet hjälper också till cell-till-cell-kommunikation. Detta kan involvera kolhydraterna i membranet som sticker ut på ytan. De har bindande webbplatser som möjliggör cell signalering. Kolhydraterna i en cells membran kan interagera med kolhydraterna i en annan cell.

Plasmamembranets proteiner kan också hjälpa till med kommunikation. Transmembranproteiner fungerar som receptorer och kan binda till signalmolekyler.

Eftersom signalmolekylerna tenderar att vara för stora för att komma in i cellen hjälper deras interaktioner med proteinerna att skapa en reaktionsväg. Detta händer när proteinet förändras på grund av interaktioner med signalmolekylen och startar en kedja av reaktioner.

I vissa fall används membranreceptorerna på en cell mot organismen för att infektera den. Till exempel kan humant immunbristvirus (HIV) använda cellens egna receptorer för att komma in och infektera cellen.

HIV har glykoproteinprojektioner på utsidan som passar receptorerna på cellytor. Viruset kan bindas till dessa receptorer och komma in.

Ett annat exempel på betydelsen av markörproteiner på cellytor ses hos människor röda blodceller. De hjälper till att avgöra om du har A, B, AB eller O blod typ. Dessa markörer kallas antigener och hjälper din kropp att känna igen sina egna blodkroppar.

Eukaryoter har inte cellväggar, så plasmamembranet är det enda som hindrar ämnen från att komma in i eller ut ur cellen. I alla fall, prokaryoter och växter har båda cellväggar och plasmamembran. Närvaron av endast ett plasmamembran gör att eukaryota celler kan vara mer flexibla.

Plasmamembranet eller cellmembranet fungerar som en skyddande lager för cellen i eukaryoter och prokaryoter. Denna barriär har porer, så vissa molekyler kan komma in eller ut ur cellerna. Fosfolipid dubbelskiktet spelar en viktig roll som bas för cellmembranet. Du kan också hitta kolesterol och proteiner i membranet. Kolhydrater tenderar att fästas vid proteiner eller lipider, men de spelar en avgörande roll i immunitet och cellkommunikation.

Cellmembranet är en flytande struktur som rör sig och förändras. Det ser ut som en mosaik på grund av de olika inbäddade molekylerna. Plasmamembranet erbjuder stöd för cellen samtidigt som det hjälper till med cellsignalering och transport.