PLAZMATICKÁ MEMBRÁNA: CHARAKTERISTIKA, FUNKCIE A ŠTRUKTÚRA - BIOLÓGIE - 2025

Plazmatické membrány, bunkovej membrány, plazmatické alebo cytoplazmatickú membránu, je lipidová štruktúra, ktorá obklopuje a vymedzuje bunky, je nepostrádateľnou súčasťou ich architektúry. Biomembrány majú tú vlastnosť, že vonkajšiu štruktúru obklopujú. Jeho hlavnou funkciou je slúžiť ako bariéra.

Okrem toho riadi prechod častíc, ktoré môžu vstupovať a vystupovať. Membránové proteíny pôsobia ako „molekulárne brány“ s pomerne náročnými vrátnikmi. Zloženie membrány má tiež úlohu pri rozpoznávaní buniek.

Štruktúrne sú to dvojvrstvy vyrobené z prirodzene usporiadaných fosfolipidov, proteínov a uhľohydrátov. Podobne fosfolipid predstavuje fosfor s hlavou a chvostom. Chvost je tvorený uhlíkovými reťazcami nerozpustnými vo vode, ktoré sú zoskupené dovnútra.

Namiesto toho sú hlavy polárne a poskytujú vodné prostredie buniek. Membrány sú mimoriadne stabilné štruktúry. Sily, ktoré ich udržiavajú, sú sily van der Waalsa, medzi fosfolipidy, ktoré ich tvoria; to im umožňuje pevne obklopiť okraj buniek.

Sú však tiež dosť dynamické a plynulé. Vlastnosti membrán sa líšia v závislosti od analyzovaného typu bunky. Napríklad červené krvinky musia byť pružné, aby sa pohybovali cez krvné cievy.

Naopak, v neurónoch má membrána (puzdro myelínu) potrebnú štruktúru, ktorá umožňuje účinné vedenie nervového impulzu.

Všeobecné charakteristiky

Autor: Jpablo cad, z Wikimedia Commons

Membrány sú pomerne dynamické štruktúry, ktoré sa veľmi líšia v závislosti od typu bunky a zloženia jej lipidov. Membrány sa modifikujú podľa týchto charakteristík nasledovne:

Fluidita membrán

Membrána nie je statická entita, správa sa ako tekutina. Stupeň tekutosti štruktúry závisí od niekoľkých faktorov, medzi ktorými je lipidová kompozícia a teplota, ktorej sú membrány vystavené.

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

Okrem toho je tu vplyv dĺžky uhlíkového reťazca. Čím dlhšie je, tým viac interakcií nastáva so susedmi, čím sa zvyšuje plynulosť. Ako sa teplota zvyšuje, zvyšuje sa tiež tekutosť membrány.

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

Účinok sa zmení, keď sú hladiny cholesterolu nižšie. Interakciou s lipidovými chvostami spôsobuje, že spôsobuje ich separáciu a znižuje tekutosť.

zakrivenie

Podobne ako tekutosť je zakrivenie membrány určované lipidmi, ktoré tvoria každú konkrétnu membránu.

Zakrivenie závisí od veľkosti lipidovej hlavy a chvosta. Tí, ktorí majú dlhé chvosty a veľké hlavy, sú rovní; tí s relatívne menšími hlavami majú tendenciu kriviť oveľa viac ako predchádzajúca skupina.

Táto vlastnosť je dôležitá okrem iného pri javoch membránovej evaginácie, tvorbe vezikúl, mikroville.

Distribúcia lipidov

Dva „listy“, ktoré tvoria každú membránu - nezabudnite, že ide o dvojvrstvu - nemajú vo vnútri rovnaké zloženie lipidov; Z tohto dôvodu sa hovorí, že distribúcia je asymetrická. Táto skutočnosť má dôležité funkčné následky.

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

Lipidy, ktoré majú tendenciu vytvárať viac tekutých štruktúr, čelia cytosolu. Za týmto vzorcom nenasleduje cholesterol, ktorý je rovnomerne distribuovaný v oboch vrstvách.

Vlastnosti

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 materiálu do bunky. Vďaka tejto bariére môžu potrebné materiály vstupovať pasívne alebo aktívne (s potrebou ATP). Nevstupujú tiež nežiaduce alebo toxické materiály.

Membrány udržiavajú iónové zloženie bunky na adekvátnej úrovni prostredníctvom procesov osmózy a difúzie. Voda môže voľne prúdiť v závislosti od koncentračného gradientu. Soli a metabolity majú špecifické transportéry a tiež regulujú pH buniek.

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

Nakoniec membrány obsahujú významný počet 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. Polár im umožňuje interakciu s vodou, zatiaľ čo chvost je hydrofóbny uhlíkový reťazec.

K asociácii týchto molekúl dochádza spontánne v dvojvrstve, pričom hydrofóbne chvosty interagujú navzájom a hlavy smerujú von.

V malej živočíšnej bunke nachádzame neuveriteľne veľké množstvo lipidov, rádovo ¹⁰⁹ molekúl. Membrány majú hrúbku približne 7 nm. Hydrofóbne vnútorné jadro má takmer vo všetkých membránach hrúbku 3 až 4 nm.

Tekutá mozaika

Súčasný model biomembrán je známy ako „tekutá mozaika“, ktorú v sedemdesiatych rokoch vypracovali vedci Singer a Nicolson. Model navrhuje, aby membrány neboli vyrobené iba z lipidov, ale aj z uhľohydrátov a bielkovín. Termín mozaika sa vzťahuje na túto zmes.

Tvár membrány, ktorá je obrátená k vonkajšej časti bunky, sa nazýva exoplazmatická tvár. Naopak, vnútorná tvár je cytosolická.

Rovnaká nomenklatúra sa vzťahuje na biomembrány, ktoré tvoria organely, s výnimkou toho, že exoplazmatická plocha v tomto prípade smeruje do vnútra bunky a nie na vonkajšiu stranu.

Lipidy, ktoré tvoria membrány, nie sú statické. Majú schopnosť presúvať sa s určitou mierou slobody v konkrétnych regiónoch cez štruktúru.

Membrány sú tvorené tromi základnými typmi lipidov: fosfoglyceridy, sfingolipidy a steroidy; všetky sú amfipatické molekuly. Nižšie popíšeme každú skupinu:

Druhy lipidov

Prvá skupina pozostávajúca z fosfoglyceridov pochádza z glycerol-3-fosfátu. Chvost, hydrofóbny charakter, je zložený z dvoch reťazcov mastných kyselín. Dĺžka reťazcov je variabilná: môžu mať od 16 do 18 uhlíkov. Môžu mať jednoduchú alebo dvojitú väzbu medzi atómami uhlíka.

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

Ďalšou skupinou fosfoglyceridov sú plazmidy. Lipidový reťazec je spojený s glycerolom esterovou väzbou; zase je uhlíkový reťazec spojený s glycerolom prostredníctvom éterovej väzby. Sú dosť hojní v srdci av mozgu.

Sfingolipidy pochádzajú z sfingozínu. Sfingomyelín je hojný sfingolipid. Glykolipidy sú vyrobené z hláv vyrobených z cukrov.

Treťou a poslednou triedou lipidov, ktoré tvoria membrány, sú steroidy. Sú to prstene vyrobené z uhlíkov, spojené do skupín po štyroch. Cholesterol je steroid prítomný v membránach a obzvlášť hojný u cicavcov a baktérií.

Lipidové plte

Existujú špecifické oblasti membrán eukaryotických organizmov, v ktorých sa koncentruje cholesterol a sfingolipidy. Tieto domény sú známe aj ako lipidové rafty.

V týchto oblastiach tiež uchovávajú rôzne proteíny, ktorých funkciami sú bunková signalizácia. Predpokladá sa, že lipidové zložky modulujú proteínové komponenty vo voroch.

Membránové proteíny

V plazmatickej membráne je ukotvených niekoľko proteínov. Môžu byť integrálne, ukotvené v lipidoch alebo umiestnené na periférii.

Integrály prechádzajú cez membránu. Preto musia mať hydrofilné a hydrofóbne proteínové domény, aby mohli interagovať so všetkými zložkami.

V proteínoch, ktoré sú ukotvené v lipidoch, je uhlíkový reťazec ukotvený v jednej z vrstiev membrány. Proteín v skutočnosti nevstúpi do membrány.

Nakoniec periférne látky neinteragujú priamo s hydrofóbnou zónou membrány. Skôr môžu byť pripojené pomocou integrálneho proteínu alebo pomocou polárnych hláv. Môžu byť umiestnené na oboch stranách membrány.

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

Referencie

1. Kraft, ML (2013). Organizácia a funkcia plazmatickej membrány: pohyb okolo lipidových plt. Molekulárna biológia bunky, 24 (18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Molekulárna biológia bunky. 4. vydanie. Garlandská veda
3. Lodish, H. (2005). Bunková a molekulárna biológia. Panamerican Medical Ed.
4. Lombard, J. (2014). Bunkové membrány kedysi: 175 rokov výskumu na hranici buniek. Biology direct, 9 (1), 32.
5. Thibodeau, GA, Patton, KT a Howard, K. (1998). Štruktúra a funkcia. Elsevier Španielsko.