ЧТО ТАКОЕ МОДЕЛЬ ЖИДКОЙ МОЗАИКИ? - БИОЛОГИЯ - 2025

Модель жидкой мозаики утверждает, что клеточные мембраны или биомембраны представляют собой динамические структуры, которые представляют текучесть своих различных молекулярных компонентов, которые могут перемещаться в боковом направлении. То есть эти компоненты находятся в движении, а не статичны, как считалось ранее.

Эта модель была поднята С. Джонатаном Сингером и Гартом. Л. Николсон в 1972 году и сегодня широко признан научным сообществом. Все клетки заключены в клеточную мембрану с особенностями ее строения и функций.

Рисунок 1. Схема модели жидкой мозаики. Источник: LadyofHats, Мариана Руис, перевод Пилар Саенс, через Wikimedia Commons.

Эта мембрана определяет границы клетки, позволяя существовать различиям между цитозолем (или внутренним пространством клетки) и внешней средой. Кроме того, он регулирует обмен веществ между клеткой и внешней средой.

В эукариотических клетках внутренние мембраны также определяют компартменты и органеллы с различными функциями, такими как митохондрии, хлоропласты, ядерная оболочка, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и другие.

Строение клеточной мембраны

Общие положения

Клеточная мембрана состоит из структуры, непроницаемой для водорастворимых молекул и ионов толщиной от 7 до 9 нанометров. На электронных микрофотографиях это наблюдается в виде непрерывной тонкой двойной линии, окружающей цитоплазму клетки.

Мембрана состоит из фосфолипидного бислоя с белками, встроенными по всей ее структуре и расположенными на поверхности.

Кроме того, он содержит молекулы углеводов на обеих поверхностях (внутренней и внешней), а в случае эукариотических клеток животных он также имеет молекулы холестерина, вкрапленные внутри бислоя.

Фосфолипидный бислой

Фосфолипиды - это амфипатические молекулы, у которых есть гидрофильный конец, являющийся концом для воды, и другой гидрофобный конец, который отталкивает воду.

Фосфолипидный бислой, который составляет клеточную мембрану, имеет гидрофобные (аполярные) цепи, расположенные по направлению к внутренней части мембраны, и гидрофильные (полярные) концы, расположенные по направлению к внешней среде.

Таким образом, головки фосфатных групп фосфолипидов обнажаются на внешней поверхности мембраны.

Помните, что и внешняя среда, и внутренняя среда, или цитозоль, являются водными. Это влияет на расположение двойного слоя фосфолипидов, полярные части которого взаимодействуют с водой, а гидрофобные части образуют внутреннюю матрицу мембраны.

холестерин

В мембране эукариотических клеток животных молекулы холестерина находятся в гидрофобных хвостах фосфолипидов.

Эти молекулы не обнаруживаются в мембранах прокариотических клеток, некоторых протистов, растений и грибов.

Интегральные мембранные или трансмембранные белки

Внутри фосфолипидного бислоя вкраплены интегральные мембранные белки.

Они взаимодействуют нековалентно через свои гидрофобные части с липидным бислоем, располагая свои гидрофильные концы по направлению к внешней водной среде.

Конфигурация мембранных белков

Они могут иметь простую конфигурацию в форме стержня, с загнутой гидрофобной альфа-спиралью, встроенной во внутреннюю часть мембраны, и с гидрофильными частями, выходящими вбок.

Они также могут иметь более крупную конфигурацию, глобулярного типа и со сложной третичной или четвертичной структурой.

Последние обычно несколько раз пересекают клеточную мембрану своими сегментами повторяющихся альфа-спиралей, зигзагообразно расположенных через липидный бислой.

Поры в мембранах

Некоторые из этих глобулярных белков представляют собой гидрофильные внутренние части, образующие каналы или поры, через которые происходит обмен полярными веществами снаружи клетки в цитозоль и наоборот.

Периферические белки

На поверхности цитоплазматической стороны клеточной мембраны есть белки периферической мембраны, связанные с выступающими частями некоторых интегральных белков.

Эти белки не проникают через гидрофобное ядро ​​липидного бислоя.

Покрытие углеводов

На обеих поверхностях мембраны находятся молекулы углеводов.

В частности, внешняя поверхность мембраны содержит большое количество гликолипидов. Короткие цепи углеводов также видны обнаженными и ковалентно прикрепленными к выступающим частям белка, называемым гликопротеинами.

Текучесть клеточной мембраны

Соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот

Текучесть мембраны зависит главным образом от соотношения присутствующих фосфолипидов насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. Эта текучесть мембраны уменьшается по мере увеличения доли фосфолипидов цепи насыщенных жирных кислот по сравнению с ненасыщенными.

Это связано с тем, что сцепление между длинными и простыми цепями насыщенных жирных кислот выше по сравнению с сцеплением между короткими и ненасыщенными цепями ненасыщенных жирных кислот.

Чем больше сцепление между его молекулярными компонентами, тем меньше жидкости будет в мембране.

холестерин

Молекулы холестерина через свои жесткие кольца взаимодействуют с углеводородными цепями липидов, увеличивая жесткость мембраны и уменьшая ее проницаемость.

В мембранах большинства эукариотических клеток, где имеется относительно высокая концентрация холестерина, он предотвращает связывание углеродных цепей при низких температурах. Это обеспечивает замерзание мембраны при низких температурах.

Особые возможности

Различные типы клеточных мембран имеют особенности по количеству и типу белков и углеводов, а также по разнообразию существующих липидов.

Эти особенности связаны со специфическими клеточными функциями.

Существуют не только существенные различия между мембранами эукариотических и прокариотических клеток и между мембранами органелл, но также и между участками одной и той же мембраны.

Функция клеточной мембраны

Общие положения

Клеточная мембрана ограничивает клетку и позволяет ей поддерживать стабильное состояние в цитозоле, отличное от состояния внешней среды. Это за счет активного и пассивного регулирования прохождения веществ (воды, ионов и метаболитов) друг через друга, поддерживая электрохимический потенциал, необходимый для функционирования клеток.

Он также позволяет клетке реагировать на сигналы из внешней среды через химические рецепторы на мембране и обеспечивает якорные участки для филаментов цитоскелета.

В случае эукариотических клеток он также участвует в создании внутренних компартментов и органелл с определенными метаболическими функциями.

Функция белков в мембране

Существуют разные мембранные белки со специфическими функциями, среди которых можно отметить:

• Ферменты, катализирующие (ускоряющие) химические реакции,
• Мембранные рецепторы, участвующие в распознавании и связывании сигнальных молекул (например, гормонов),
• Вещества транспортируют белки через мембрану (по направлению к цитозолю и от него за пределы клетки). Они поддерживают электрохимический градиент благодаря переносу ионов.

Функция внешней углеводной оболочки

Углеводы или гликолипиды участвуют в адгезии клеток друг к другу и в процессе распознавания и взаимодействия клеточной мембраны с такими молекулами, как антитела, гормоны и вирусы.

Ссылки

1. Болсавер, С. Р., Хьямс, Дж. С., Шепард, Е. А., Уайт Х.А. и Видеманн, К. Г. (2003). Клеточная биология, краткий курс. Второе издание. Wiley-Liss, стр. 535.
2. Энгельман Д. (2005). Мембраны скорее мозаичны, чем текучие. Nature 438 (7068), 578-580. DOI: 10.1038 / nature04394
3. Николсон, GL (2014). Жидко-мозаичная модель структуры мембраны. По-прежнему актуален для понимания структуры, функции и динамики биологических мембран по прошествии более 40 лет. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. DOI: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Рэйвен, Дж. (2002). Биология. Издание шестое. MGH. С. 1239.
5. Зингер, SJ и Николсон, GL (1972). Жидкая мозаичная модель структуры клеточных мембран. Наука, 175 (4023), 720-731. DOI: 10.1126 / science.175.4023.720