Плазматична мембрана: визначення, структура та функції (зі схемою)

Плазматична мембрана є захисним бар’єром, який оточує внутрішню частину клітини. Також називається клітинна мембрана, ця структура є напівпористою і пропускає певні молекули всередину та поза клітиною. Він служить межею, утримуючи вміст клітини всередині і не даючи їй виливатися назовні.

І те, і інше прокаріотичні та еукаріотичні клітини мають плазматичні мембрани, але мембрани різняться у різних організмів. Загалом плазматичні мембрани складаються з фосфоліпідів і білків.

Фосфоліпіди утворюють основу плазматичної мембрани. Основна структура фосфоліпіду включає a гідрофобний (водобоязливий) хвіст і a гідрофільний (водолюбна) голова. Фосфоліпід складається з гліцерину плюс негативно зарядженої фосфатної групи, яка і утворює головку, і двох жирних кислот, які не несуть заряду.

Незважаючи на те, що з головою пов’язані дві жирні кислоти, вони об’єднані в один «хвіст». Ці гідрофільні та гідрофобні кінці дозволяють a двошаровий утворюватися в плазматичній мембрані. Бішар має два шари фосфоліпідів, розташовані хвостами зсередини та головами ззовні.

модель рідинної мозаїки пояснює функцію та будову клітинної мембрани.

По-перше, мембрана виглядає мозаїкою, оскільки в ній є різні молекули, такі як фосфоліпіди та білки. По-друге, мембрана є рідиною, оскільки молекули можуть рухатися. Вся модель показує, що мембрана не жорстка і здатна змінюватися.

Клітинна мембрана динамічна, і її молекули можуть швидко рухатися. Клітини можуть контролювати плинність своїх мембран, збільшуючи або зменшуючи кількість молекул певних речовин.

Важливо зазначити, що різні жирні кислоти можуть утворювати фосфоліпіди. Основними є два типи насичений і ненасичений жирні кислоти.

Насичені жирні кислоти не мають подвійних зв’язків і натомість мають максимальну кількість водневих зв’язків з вуглецем. Наявність лише насичених зв’язків у насичених жирних кислотах дозволяє легко щільно упакувати фосфоліпіди.

З іншого боку, ненасичені жирні кислоти мають деякі подвійні зв’язки між вуглецевими речовинами, тому їх важче упакувати. Їх подвійні зв’язки роблять перегини в ланцюгах і впливають на плинність плазматичної мембрани. Подвійні зв’язки створюють більше простору між фосфоліпідами в мембрані, тому деякі молекули можуть проходити легше.

Насичені жири, швидше за все, будуть твердими при кімнатній температурі, тоді як ненасичені жирні кислоти - рідкі при кімнатній температурі. Поширеним прикладом насичених жирів, які ви можете мати на кухні, є масло.

Прикладом ненасиченого жиру є рідке масло. Гідрування - це хімічна реакція, яка може змусити рідке масло перетворитися на тверду речовину, як маргарин. Часткове гідрування перетворює деякі молекули нафти на насичені жири.

•••Дана Чень | Наукове

Ви можете розділити ненасичені жири ще на дві категорії: цис-ненасичені жири та транс-ненасичені жири. Цис-ненасичені жири мають два водню на одній стороні подвійного зв’язку.

Однак, транс-ненасичені жири мають два водні на протилежних сторонах подвійного зв’язку. Це має великий вплив на форму молекули. Ненасичені цис-жири та насичені жири трапляються природним шляхом, але транс-ненасичені жири створюються в лабораторії.

Можливо, ви чули про проблеми зі здоров’ям, пов’язані з вживанням трансжирів в останні роки. Також звані трансненасиченими жирами, виробники харчових продуктів створюють трансжири шляхом часткового гідрування. Дослідження не показали, що люди мають ферменти необхідний для метаболізму трансжирів, тому їх вживання може збільшити ризик розвитку серцево-судинних захворювань та діабету.

Холестерин - ще одна важлива молекула, яка впливає на плинність плазматичної мембрани.

Холестерин - це стероїд що відбувається природним чином у мембрані. Він має чотири пов'язані вуглецеві кільця і ​​короткий хвіст, і він розподілений хаотично по всій плазматичній мембрані. Основна функція цієї молекули полягає в тому, щоб допомогти утримувати фосфоліпіди разом, щоб вони не віддалялися занадто далеко один від одного.

У той же час холестерин забезпечує певний необхідний проміжок між фосфоліпідами і запобігає їх настільки щільному набиванню, що важливі гази не можуть пройти. По суті, холестерин може допомогти регулювати те, що виходить і потрапляє в клітину.

Незамінні жирні кислоти, такі як омега-3, входять до складу плазматичної мембрани і можуть також впливати на плинність. Міститься в таких продуктах, як жирна риба, омега-3 жирні кислоти є важливою частиною вашого раціону. Після того, як ви їх з’їсте, ваше тіло може додати омега-3 до клітинної мембрани, включивши їх у фосфоліпід двошаровий.

Омега-3 жирні кислоти можуть впливати на активність білка в мембрані та змінювати експресію генів.

Плазматична мембрана має різні типи білків. Деякі знаходяться на поверхні цього бар’єру, а інші вбудовані всередину. Білки можуть виступати каналами або рецепторами для клітини.

Цілісні мембранні білки розташовані всередині фосфоліпідного бішару. Більшість із них є трансмембранними білками, що означає, що їх частини видно по обидва боки бішару, оскільки вони стирчать.

Загалом, цілісні білки допомагають транспортувати більші молекули, такі як глюкоза. Інші цілісні білки діють як канали для іонів.

Ці білки мають полярні та неполярні області, подібні до тих, що містяться у фосфоліпідах. З іншого боку, розташовані периферичні білки на поверхні фосфоліпідного бішару. Іноді вони приєднуються до цілісних білків.

Клітини мають мережі ниток, званих цитоскелетом, які забезпечують структуру. цитоскелет зазвичай існує прямо під клітинною мембраною і взаємодіє з нею. У цитоскелеті також є білки, які підтримують плазматичну мембрану.

Наприклад, клітини тварин мають актинові нитки, які діють як мережа. Ці нитки прикріплюються до плазматичної мембрани за допомогою сполучних білків. Клітини потребують цитоскелета для структурної підтримки та запобігання пошкодженню.

Подібно до фосфоліпідів, білки мають гідрофільні та гідрофобні області, що передбачає їх розміщення в клітинній мембрані.

Наприклад, трансмембранні білки мають частини, які є гідрофільними та гідрофобними, тому гідрофобні частини можуть проходити через мембрану і взаємодіяти з гідрофобними хвостами фосфоліпіди.

У плазматичній мембрані є кілька вуглеводів. Глікопротеїди, які є типом білка з приєднаним вуглеводом, існують у мембрані. Зазвичай глікопротеїни - це цілісні мембранні білки. Вуглеводи на глікопротеїнах допомагають у розпізнаванні клітин.

Гліколіпіди є ліпідами (жирами) з приєднаними вуглеводами, а також вони є частиною плазматичної мембрани. Вони мають гідрофобні ліпідні хвости та гідрофільні вуглеводні головки. Це дозволяє їм взаємодіяти і зв’язуватися з фосфоліпідним бішаром.

Загалом, вони допомагають стабілізувати мембрану і можуть допомогти у зв'язку з клітинами, діючи як рецептори або регулятори.

Однією з важливих особливостей цих вуглеводів є те, що вони діють як ідентифікаційні мітки на клітинній мембрані, і це відіграє роль у імунітеті. Вуглеводи з глікопротеїнів та гліколіпідів утворюють глікокалікс навколо клітини, що є важливим для імунної системи. Глікокалікс, який також називають навколоклітинним матриксом, є покриттям, яке має нечіткий вигляд.

Багато клітин, включаючи клітини людини та бактерій, мають такий тип покриття. У людини глікокалікс унікальний для кожної людини завдяки гени, тому імунна система може використовувати покриття як систему ідентифікації. Ваші імунні клітини можуть розпізнати покриття, яке вам належить, і не атакуватиме ваші власні клітини.

Плазматична мембрана виконує інші функції, такі як допомога транспортування молекул і зв’язок між клітинами. Мембрана дозволяє цукру, іони, амінокислоти, вода, гази та інші молекули, які надходять або виходять з клітини. Він не тільки контролює проходження цих речовин, але й визначає, скільки їх може рухатися.

Полярність молекул допомагає визначити, чи можуть вони проникнути або вийти з клітини.

Наприклад, неполярний молекули можуть безпосередньо проходити через фосфоліпідний бішар, але полярний люди повинні використовувати білкові канали для проходження. Кисень, який є неполярним, може рухатися по двошару, тоді як цукри повинні використовувати канали. Це створює вибірковий транспорт матеріалів у клітину та з неї.

Селективна проникність плазматичних мембран надає клітинам більше контролю. Рух молекул через цей бар'єр поділяється на дві категорії: пасивний транспорт та активний транспорт. Пасивний транспорт не вимагає від клітини використання енергії для переміщення молекул, але активний транспорт використовує енергію від аденозинтрифосфат (АТФ).

Дифузія і осмос є прикладами пасивного транспорту. В полегшена дифузія, білки в плазматичній мембрані допомагають молекулам рухатися. Як правило, пасивний транспорт передбачає переміщення речовин від високої до низької концентрації.

Наприклад, якщо клітина оточена високою концентрацією кисню, тоді кисень може вільно рухатися по двошару до нижчої концентрації всередині клітини.

Активний транспорт відбувається через клітинну мембрану і зазвичай включає білки, вбудовані в цей шар. Цей вид транспорту дозволяє клітинам працювати проти градієнта концентрації, а це означає, що вони можуть переміщати речі від низької концентрації до високої концентрації.

Для цього потрібна енергія у вигляді АТФ.

Плазматична мембрана також допомагає взаємодії між клітинами. Це може включати вуглеводи в мембрані, що стирчать на поверхні. Вони мають сайти прив’язки, що дозволяють клітинна сигналізація. Вуглеводи мембрани однієї клітини можуть взаємодіяти з вуглеводами іншої клітини.

Білки плазматичної мембрани також можуть допомогти у спілкуванні. Трансмембранні білки діють як рецептори і можуть зв’язуватися з сигнальними молекулами.

Оскільки сигнальні молекули, як правило, занадто великі, щоб потрапити в клітину, їх взаємодія з білками допомагає створити шлях реакцій. Це відбувається, коли білок змінюється внаслідок взаємодії з молекулою сигналу і запускає ланцюг реакцій.

У деяких випадках мембранні рецептори на клітині використовуються проти організму, щоб заразити його. Наприклад, вірус імунодефіциту людини (ВІЛ) може використовувати власні рецептори клітини для проникнення та зараження клітини.

ВІЛ має зовнішні виступи глікопротеїну, які відповідають рецепторам на клітинних поверхнях. Вірус може зв’язуватися з цими рецепторами і потрапляти всередину.

Інший приклад важливості маркерних білків на клітинних поверхнях спостерігається у людини червоні кров'яні тільця. Вони допомагають визначити, чи є у вас A, B, AB або O група крові. Ці маркери називаються антигенами і допомагають вашому організму розпізнавати власні клітини крові.

Еукаріоти не мають клітинних стінок, тому плазматична мембрана є єдиним, що заважає речовинам проникати або виходити з клітини. Однак, прокаріоти а рослини мають і те, і інше клітинні стінки і плазматичних мембран. Наявність лише плазматичної мембрани дозволяє еукаріотичним клітинам бути більш гнучкими.

Плазматична мембрана або клітинна мембрана діє як a захисне покриття для клітини еукаріотів і прокаріотів. Цей бар’єр має пори, тому деякі молекули можуть потрапляти або виходити з клітин. Двошару фосфоліпідів відіграє важливу роль як основа клітинної мембрани. Ви також можете знайти холестерин і білки в мембрані. Вуглеводи, як правило, приєднуються до білків або ліпідів, але вони відіграють вирішальну роль у імунітеті та комунікації з клітинами.

Клітинна мембрана - це структура рідини що рухається і змінюється. Це виглядає мозаїкою через різні вбудовані молекули. Плазматична мембрана забезпечує підтримку клітини, допомагаючи при передачі сигналів та транспортуванні клітин.