ПЛАЗМЕННАЯ МЕМБРАНА: ХАРАКТЕРИСТИКИ, ФУНКЦИИ И СТРОЕНИЕ - БИОЛОГИЯ - 2025

Плазматическая мембрана, клеточная мембрана, плазмалемма или цитоплазматическая мембрана, является липидная структура , которая окружает и разграничивает клетки, будучи незаменимым компонентом их архитектуры. Биомембраны обладают свойством окружать своим внешним видом определенную структуру. Его основная функция - служить барьером.

Кроме того, он контролирует прохождение частиц, которые могут входить и выходить. Мембранные белки действуют как «молекулярные ворота» с весьма требовательными привратниками. Состав мембраны также играет роль в распознавании клеток.

Структурно они представляют собой бислои, состоящие из естественно расположенных фосфолипидов, белков и углеводов. Точно так же фосфолипид представляет собой люминофор с головкой и хвостом. Хвост состоит из нерастворимых в воде углеродных цепей, сгруппированных внутрь.

Вместо этого головки полярны и отдаются водной клеточной среде. Мембраны - чрезвычайно стабильные конструкции. Их поддерживают силы ван-дер-Ваальса среди фосфолипидов, из которых они состоят; это позволяет им плотно окружать края ячеек.

Однако они также довольно динамичны и плавны. Свойства мембран варьируются в зависимости от анализируемого типа клеток. Например, красные кровяные тельца должны быть эластичными, чтобы перемещаться по кровеносным сосудам.

Напротив, в нейронах мембрана (миелиновая оболочка) имеет необходимую структуру, позволяющую эффективно проводить нервный импульс.

Общие характеристики

Автор Jpablo cad, из Wikimedia Commons

Мембраны - это довольно динамичные структуры, которые сильно различаются в зависимости от типа клетки и состава ее липидов. Мембраны модифицированы в соответствии с этими характеристиками следующим образом:

Текучесть мембраны

Мембрана не статична, она ведет себя как жидкость. Степень текучести структуры зависит от нескольких факторов, среди которых липидный состав и температура, которой подвергаются мембраны.

Когда все связи, существующие в углеродных цепях, насыщены, мембрана имеет тенденцию вести себя как гель, и ван-дер-ваальсовы взаимодействия стабильны. Напротив, когда есть двойные связи, взаимодействия меньше и текучесть увеличивается.

Кроме того, существует влияние длины углеродной цепи. Чем дольше он длится, тем больше взаимодействий происходит с его соседями, что увеличивает беглость. С повышением температуры увеличивается и текучесть мембраны.

Холестерин играет незаменимую роль в регуляции текучести и зависит от концентрации холестерина. Когда очереди длинные, холестерин действует как иммобилайзер, уменьшая текучесть. Это явление происходит при нормальном уровне холестерина.

Эффект меняется, когда уровень холестерина ниже. Взаимодействуя с липидными хвостами, это вызывает их разделение, что снижает текучесть.

искривление

Как и текучесть, кривизна мембраны определяется липидами, составляющими каждую конкретную мембрану.

Кривизна зависит от размера липидной головки и хвоста. Те, у кого длинный хвост и большая голова, плоские; люди с относительно меньшим напором склонны изгибаться намного сильнее, чем в предыдущей группе.

Это свойство важно, среди прочего, в явлениях эвагинации мембран, образовании пузырьков, микроворсинок.

Распределение липидов

Два «листа», составляющие каждую мембрану - помните, что это двухслойный - не имеют одинакового состава липидов внутри; по этой причине говорят, что распределение асимметрично. Этот факт имеет важные функциональные последствия.

Конкретный пример - состав плазматической мембраны эритроцитов. В этих клетках крови сфингомиелин и фосфатидилхолин (которые образуют мембраны с большей относительной текучестью) находятся лицом к внешней стороне клетки.

Липиды, которые имеют тенденцию образовывать более жидкие структуры, обращены к цитозолю. Этой схеме не следует холестерин, который более или менее равномерно распределяется в обоих слоях.

Характеристики

Функция мембраны каждого типа клеток тесно связана с ее структурой. Однако они выполняют основные функции.

Биомембраны несут ответственность за разграничение клеточной среды. Точно так же внутри клетки есть мембранные отсеки.

Например, митохондрии и хлоропласты окружены мембранами, и эти структуры участвуют в биохимических реакциях, протекающих в этих органеллах.

Мембраны регулируют проникновение материалов в клетку. Благодаря этому барьеру необходимые материалы могут проникать либо пассивно, либо активно (при необходимости в АТФ). Также не попадают нежелательные или токсичные материалы.

Мембраны поддерживают ионный состав клетки на адекватном уровне за счет процессов осмоса и диффузии. Вода может течь свободно в зависимости от градиента ее концентрации. Соли и метаболиты обладают специфическими переносчиками, а также регулируют клеточный pH.

Благодаря наличию белков и каналов на поверхности мембраны соседние клетки могут взаимодействовать и обмениваться материалами. Таким образом клетки объединяются и формируются ткани.

Наконец, мембраны содержат значительное количество сигнальных белков и позволяют взаимодействовать с гормонами, нейротрансмиттерами и другими.

Структура и состав

Основным компонентом мембран являются фосфолипиды. Эти молекулы амфипатичны, у них есть полярная и аполярная зоны. Полярный позволяет им взаимодействовать с водой, в то время как хвост представляет собой гидрофобную углеродную цепь.

Ассоциация этих молекул происходит спонтанно в бислое, при этом гидрофобные хвосты взаимодействуют друг с другом, а головки направлены наружу.

В маленькой животной клетке мы находим невероятно большое количество липидов, порядка 10 ⁹ молекул. Мембраны имеют толщину примерно 7 нм. Гидрофобное внутреннее ядро ​​почти во всех мембранах имеет толщину от 3 до 4 нм.

Плавный мозаичный узор

Современная модель биомембран, известная как «жидкая мозаика», была сформулирована в 1970-х годах исследователями Сингером и Николсоном. Модель предполагает, что мембраны состоят не только из липидов, но также из углеводов и белков. Термин мозаика относится к этой смеси.

Лицевая сторона мембраны, обращенная к внешней стороне клетки, называется экзоплазматической поверхностью. Напротив, внутренняя поверхность - цитозольная.

Та же самая номенклатура применяется к биомембранам, из которых состоят органеллы, за исключением того, что экзоплазматическая грань в этом случае указывает на внутреннюю часть клетки, а не на внешнюю.

Липиды, из которых состоят мембраны, не статичны. Они обладают способностью перемещаться с определенной степенью свободы в определенных регионах через структуру.

Мембраны состоят из трех основных типов липидов: фосфоглицеридов, сфинголипидов и стероидов; все являются амфипатическими молекулами. Мы подробно опишем каждую группу ниже:

Типы липидов

Первая группа, состоящая из фосфоглицеридов, состоит из глицерин-3-фосфата. Хвост, гидрофобный по своей природе, состоит из двух цепей жирных кислот. Длина цепочек варьируется: они могут содержать от 16 до 18 атомов углерода. Они могут иметь одинарные или двойные связи между атомами углерода.

Подклассификация этой группы определяется типом головы, которую они представляют. Фосфатидилхолины наиболее распространены, а голова содержит холин. В других типах различные молекулы, такие как этаноламин или серин, взаимодействуют с фосфатной группой.

Еще одна группа фосфоглицеридов - плазмалогены. Липидная цепь связана с глицерином сложноэфирной связью; в свою очередь, углеродная цепь связана с глицерином простой эфирной связью. Их довольно много в сердце и в мозгу.

Сфинголипиды происходят из сфингозина. Сфингомиелин - это распространенный сфинголипид. Гликолипиды состоят из головок, сделанных из сахаров.

Третий и последний класс липидов, из которых состоят мембраны, - это стероиды. Это кольца из угля, соединенные в группы по четыре штуки. Холестерин - это стероид, присутствующий в мембранах, особенно у млекопитающих и бактерий.

Липидные рафты

Есть определенные области мембран эукариотических организмов, где сосредоточены холестерин и сфинголипиды. Эти домены также известны как липидные рафты.

В этих областях они также содержат различные белки, функции которых - передача сигналов клетками. Полагают, что липидные компоненты модулируют белковые компоненты в рафтах.

Мембранные белки

Ряд белков закреплен внутри плазматической мембраны. Они могут быть цельными, прикрепленными к липидам или располагаться на периферии.

Интегралы проходят через мембрану. Следовательно, они должны иметь гидрофильные и гидрофобные белковые домены, чтобы взаимодействовать со всеми компонентами.

В белках, которые прикреплены к липидам, углеродная цепь закреплена в одном из слоев мембраны. Белок фактически не проникает в мембрану.

Наконец, периферийные элементы не взаимодействуют напрямую с гидрофобной зоной мембраны. Скорее, они могут быть присоединены с помощью интегрального белка или полярных головок. Они могут располагаться с двух сторон мембраны.

Процентное содержание белков в каждой мембране широко варьируется: от 20% в нейронах до 70% в митохондриальной мембране, поскольку для осуществления там метаболических реакций требуется большое количество белковых элементов.

Ссылки

1. Крафт, ML (2013). Организация и функция плазматической мембраны: движение мимо липидных рафтов. Молекулярная биология клетки, 24 (18), 2765-2768.
2. Лодиш, Х. (2002). Молекулярная биология клетки. 4-е издание. Гирлянда наука
3. Лодиш, Х. (2005). Клеточная и молекулярная биология. Panamerican Medical Ed.
4. Ломбард, Дж. (2014). Когда-то давно клеточные мембраны: 175 лет исследований границ клеток. Биология прямая, 9 (1), 32.
5. Тибодо, Г. А., Паттон, К. Т., и Ховард, К. (1998). Структура и функции. Эльзевьер Испания.