Plazmatická membrána Charakteristiky, funkcie a štruktúra

plazmatickej membrány, bunková membrána, plazma- mémia alebo cytoplazmatická membrána, je štruktúra lipidovej povahy, ktorá obklopuje a ohraničuje bunky a je nevyhnutnou súčasťou jej architektúry. Biomembrány majú vlastnosť uzatvoriť určitú štruktúru s vonkajším povrchom. Jeho hlavnou funkciou je slúžiť ako bariéra.

Okrem toho riadi tranzit častíc, ktoré môžu vstúpiť a vystúpiť. Membránové proteíny pôsobia ako "molekulárne dvere" s pomerne náročnými vrátnikmi. Zloženie membrány má tiež úlohu v bunkovom rozpoznávaní.

Štruktúrne sú to dvojvrstvy tvorené prirodzene sa vyskytujúcimi fosfolipidmi, proteínmi a sacharidmi. Analogicky, fosfolipid predstavuje fosfor s hlavou a chvostom. Chvost je tvorený uhlíkovými reťazcami nerozpustnými vo vode, ktoré sú zoskupené smerom dovnútra.

Naproti tomu hlavy sú polárne a poskytujú vodnatému bunkovému prostrediu. Membrány sú extrémne stabilné. Sily, ktoré ich udržiavajú, sú sily van der Waalsa, medzi fosfolipidmi, ktoré ich tvoria; to im umožňuje pevne obklopiť okraj buniek.

Sú však tiež dosť dynamické a plynulé. Vlastnosti membrán sa líšia podľa analyzovaného typu buniek. Napríklad červené krvinky musia byť elastické, aby sa mohli pohybovať krvnými cievami. 

Na rozdiel od toho, v neurónoch má membrána (myelínová pošva) potrebnú štruktúru na účinné umožnenie vedenia nervových impulzov.

index

• 1 Všeobecné charakteristiky
  • 1.1 Fluidita membrány
  • 1.2 Zakrivenie
  • 1.3 Distribúcia lipidov
• 2 Funkcie
• 3 Štruktúra a zloženie
  • 3.1 Model s tekutou mozaikou
  • 3.2 Typy lipidov
  • 3.3 Lipidové rafty
  • 3.4 Membránové proteíny
• 4 Odkazy

Všeobecné charakteristiky

Membrány sú pomerne dynamické štruktúry, ktoré sa značne líšia v závislosti od typu buniek a zloženia ich lipidov. Membrány sa modifikujú podľa týchto charakteristík nasledujúcim spôsobom:

Fluidita membrány

Membrána nie je statická entita, správa sa ako tekutina. Stupeň tekutosti štruktúry závisí od niekoľkých faktorov, vrátane lipidovej kompozície a teploty, pri ktorej sú membrány vystavené.

Keď sú všetky väzby, ktoré existujú v uhlíkových reťazcoch, nasýtené, membrána má tendenciu správať sa ako gél a van der Waalsove interakcie sú stabilné. Naopak, keď sú dvojité väzby, interakcie sú menšie a tekutosť sa zvyšuje

Okrem toho existuje účinok dĺžky uhlíkového reťazca. Čím dlhšie je, tým viac interakcií sa vyskytuje s jeho susedmi, čím sa zvyšuje plynulosť. Ako sa teplota zvyšuje, zvyšuje sa tiež tekutosť membrány.

Cholesterol má nenahraditeľnú úlohu pri regulácii tekutosti a závisí od koncentrácie cholesterolu. Keď sú chvosty dlhé, cholesterol ich pôsobí ako imobilizér, čo znižuje tekutosť. Tento jav sa vyskytuje pri normálnych hladinách cholesterolu.

Účinok sa mení, keď sú koncentrácie cholesterolu nižšie. Pri interakcii s chvostmi lipidov je to dôsledok ich separácie, čo znižuje tekutosť.

zakrivenie

Podobne ako tekutosť je zakrivenie membrány určené lipidmi, ktoré tvoria najmä každú membránu.

Zakrivenie závisí od veľkosti hlavy lipidu a chvosta. Tí s dlhým chvostom a veľkými hlavami sú ploché; tie s relatívne menšími hlavami majú tendenciu kriviť sa oveľa viac ako predchádzajúca skupina.

Táto vlastnosť je dôležitá okrem iného pri fenoménoch membránovej evaginácie, tvorby vezikúl, mikrovili.

Distribúcia lipidov

Dva "listy", ktoré tvoria každú membránu - pamätáme si, že ide o dvojvrstvu - nemajú rovnaké zloženie lipidov v nej; preto sa hovorí, že distribúcia je asymetrická. Táto skutočnosť má dôležité funkčné dôsledky.

Špecifickým príkladom je zloženie plazmatickej membrány erytrocytov. V týchto krvných bunkách sa sfingomyelín a fosfatidylcholín (ktoré tvoria membrány s väčšou relatívnou tekutosťou) nachádzajú na vonkajšej strane bunky..

Lipidy, ktoré majú tendenciu tvoriť viac tekutých štruktúr, stoja oproti cytozolu. Po tomto vzore nenasleduje cholesterol, ktorý je v oboch vrstvách distribuovaný viac-menej homogénne.

funkcie

Funkcia membrány každého typu bunky úzko súvisí s jej štruktúrou. Plnia však základné funkcie.

Biomembrány sú zodpovedné za vymedzenie bunkového prostredia. Podobne sú v bunke membránové kompartmenty.

Napríklad mitochondrie a chloroplasty sú obklopené membránami a tieto štruktúry sa podieľajú na biochemických reakciách, ktoré sa vyskytujú v týchto organelách..

Membrány regulujú priechod materiálov do bunky. Vďaka tejto bariére môžu vstupovať potrebné materiály, či už pasívne alebo aktívne (s potrebou ATP). Nežiaduce alebo toxické materiály tiež nevstúpia.

Membrány si zachovávajú iónové zloženie bunky na vhodných úrovniach prostredníctvom procesov osmózy a difúzie. Voda sa môže voľne pohybovať v závislosti od jej gradientu koncentrácie. Soli a metabolity majú špecifické transportéry a tiež regulujú bunkové pH.

Vďaka prítomnosti proteínov a kanálov na povrchu membrány môžu susedné bunky interagovať a vymieňať materiály. Týmto spôsobom sa bunky spoja a vytvoria sa tkanivá.

Nakoniec membrány obsahujú značné množstvo signálnych proteínov a okrem iného umožňujú interakciu s hormónmi, neurotransmitermi..

Štruktúra a zloženie

Základnou zložkou membrán sú fosfolipidy. Tieto molekuly sú amfipatické, majú polárnu a nepolárnu zónu. Polárny umožňuje interakciu s vodou, zatiaľ čo chvost je hydrofóbny uhlíkový reťazec.

Asociácia týchto molekúl prebieha spontánne v dvojvrstve, pričom hydrofóbne chvosty vzájomne pôsobia a hlavy smerujú von..

V malej živočíšnej bunke nájdeme neuveriteľne veľký počet lipidov, rádovo 10⁹ molekuly. Membrány majú hrúbku približne 7 nm. Hydrofóbne vnútorné jadro v takmer všetkých membránach zaberá hrúbku 3 až 4 nm.

Fluidný mozaikový model

Model, ktorý je v súčasnosti spracovaný biomembrány, je známy ako "tekutá mozaika", ktorú formulovali v 70. rokoch výskumníci Singer a Nicolson. Model navrhuje, aby membrány boli tvorené nielen lipidmi, ale aj sacharidmi a proteínmi. Termín mozaika označuje uvedenú zmes.

Tvár membrány, ktorá smeruje k vonkajšej strane bunky, sa nazýva exoplazmatická tvár. Naopak, vnútorná strana je cytozolický.

Táto istá nomenklatúra sa vzťahuje na biomembrány, ktoré tvoria organely, s tou výnimkou, že exoplazmatická tvár v tomto prípade ukazuje na vnútornú stranu bunky a nie na vonkajšiu stranu..

Lipidy, ktoré tvoria membrány, nie sú statické. Tie majú schopnosť pohybovať sa, s určitou mierou slobody v špecifických regiónoch, cez štruktúru.

Membrány sa skladajú z troch základných typov lipidov: fosfoglyceridov, sfingolipidov a steroidov; sú to všetky amfipatické molekuly. Ďalej podrobne popíšeme každú skupinu:

Typy lipidov

Prvá skupina, zložená z fosfoglyceridov, pochádza z glycerol-3-fosfátu. Ocas s hydrofóbnym charakterom sa skladá z dvoch reťazcov mastných kyselín. Dĺžka reťazcov je variabilná: môžu mať 16 až 18 uhlíkov. Môžu mať jednoduché alebo dvojité väzby medzi atómami uhlíka.

Subklasifikácia tejto skupiny je daná typom hlavy, ktorú predstavujú. Fosfatidylcholíny sú najhojnejšie a hlava obsahuje cholín. V iných typoch rôzne molekuly, ako je etanolamín alebo serín, interagujú s fosfátovou skupinou.

Ďalšou skupinou fosfoglyceridov sú plazmatické plazmidy. Lipidový reťazec je spojený s glycerolom esterovou väzbou; na druhej strane je uhlíkový reťazec viazaný na glycerol pomocou éterovej väzby. Sú dosť hojné v srdci av mozgu.

Sfingolipidy pochádzajú zo sfingozínu. Sfingomyelín je bohatý sfingolipid. Glykolipidy sú tvorené hlavami tvorenými cukrami.

Tretia a posledná trieda lipidov, ktoré tvoria membrány, sú steroidy. Sú to prstence tvorené uhlíkmi, združené v skupinách po štyroch. Cholesterol je steroid prítomný v membránach a obzvlášť bohatý na cicavce a baktérie.

Lipidové rafty

Existujú špecifické zóny membrán eukaryotických organizmov, kde sa koncentruje cholesterol a sfingolipidy. Tieto domény sú tiež známe ako vor lipid.

V rámci týchto regiónov tiež obsahujú rôzne proteíny, ktorých funkciou je bunková signalizácia. Predpokladá sa, že lipidové zložky modulujú proteínové zložky v raftoch.

Membránové proteíny

V plazmatickej membráne sú ukotvené série proteínov. Môžu byť integrované, ukotvené k lipidom alebo umiestnené na periférii.

Integrály prechádzajú cez membránu. Preto musia mať hydrofilné a hydrofóbne proteínové domény, aby boli schopné interakcie so všetkými zložkami.

V proteínoch, ktoré sú ukotvené k lipidom, je uhlíkový reťazec ukotvený v jednej z vrstiev membrány. Proteín skutočne nevstupuje do membrány.

Nakoniec periférne periférie neinteragujú priamo s hydrofóbnou zónou membrány. Naopak, môžu byť spojené integrálnym proteínom alebo polárnymi hlavami. Môžu byť umiestnené na oboch stranách membrány.

Percento bielkovín v každej membráne sa značne líši: od 20% v neurónoch do 70% v mitochondriálnej membráne, pretože potrebuje veľké množstvo proteínových prvkov na uskutočnenie metabolických reakcií, ktoré sa tam vyskytujú.

referencie

1. Kraft, M. L. (2013). Organizácia a funkcia plazmatickej membrány: pohybovanie sa okolo lipidových raftov. Molekulárna biológia bunky, 24(18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. Garland Science
3. Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Panamericana Medical.
4. Lombard, J. (2014). Kedysi boli bunkové membrány: 175 rokov výskumu na hraniciach buniek. Biológia priamo, 9(1), 32.
5. Thibodeau, G. A., Patton, K.T., & Howard, K. (1998). Štruktúra a funkcia. Elsevier Španielsko.