ČO JE TO MODEL MOZAIKY TEKUTÍN? - BIOLÓGIE - 2025

Model tekutej mozaiky uvádza, že bunkové membrány alebo biomembrány sú dynamické štruktúry, ktoré vykazujú tekutosť rôznych molekulárnych zložiek, ktoré sa môžu pohybovať laterálne. To znamená, že tieto komponenty sú v pohybe a nie sú statické, ako sa pôvodne predpokladalo.

Tento model vyrastali S. Jonathan Singer a Garth. L. Nicolson v roku 1972 a dnes je vedecká obec všeobecne akceptovaná. Všetky bunky sú obsiahnuté v bunkovej membráne so zvláštnosťami v jej zložení a funkcii.

Obrázok 1. Schéma modelu tekutej mozaiky. Zdroj: LadyofHats Mariana Ruiz, preklad Pilar Saenz, prostredníctvom Wikimedia Commons

Táto membrána definuje hranice bunky, čo umožňuje existenciu rozdielov medzi cytosolom (alebo vnútorným priestorom bunky) a vonkajším prostredím. Okrem toho reguluje výmenu látok medzi bunkou a vonkajšou stranou.

V eukaryotických bunkách vnútorné membrány definujú okrem iného kompartmenty a organely s rôznymi funkciami, ako sú mitochondrie, chloroplasty, jadrový obal, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát.

Štruktúra bunkovej membrány

Všeobecné

Bunková membrána pozostáva zo štruktúry, ktorá je nepriepustná pre molekuly rozpustné vo vode a ióny s hrúbkou 7 až 9 nanometrov. V elektrónových mikrofotografiách sa pozoruje ako súvislá a tenká dvojitá čiara, ktorá obklopuje bunkovú cytoplazmu.

Membrána je zložená z fosfolipidovej dvojvrstvy s proteínmi uloženými v celej jej štruktúre a usporiadanými na povrchu.

Okrem toho obsahuje uhľohydrátové molekuly na oboch povrchoch (vnútorných aj vonkajších) a v prípade eukaryotických živočíšnych buniek má vo dvojvrstve rozptýlené molekuly cholesterolu.

Fosfolipidová dvojvrstva

Fosfolipidy sú amfipatické molekuly, ktoré majú hydrofilný koniec - koniec vody - a ďalšie hydrofóbne - ktoré odpudzujú vodu -.

Fosfolipidová dvojvrstva, ktorá tvorí bunkovú membránu, má hydrofóbne (nepolárne) reťazce usporiadané smerom dovnútra membrány a hydrofilné (polárne) konce umiestnené smerom k vonkajšiemu prostrediu.

Hlavy fosfátových skupín fosfolipidov sú teda exponované na vonkajšom povrchu membrány.

Pamätajte, že vonkajšie prostredie aj vnútorný alebo cytosol sú vodné. Toto ovplyvňuje usporiadanie fosfolipidovej dvojvrstvy, pričom jej polárne časti interagujú s vodou a jej hydrofóbne časti tvoria vnútornú matricu membrány.

cholesterol

V membráne eukaryotických živočíšnych buniek sa nachádzajú molekuly cholesterolu zabudované do hydrofóbnych chvostov fosfolipidov.

Tieto molekuly sa nenachádzajú v membránach prokaryotických buniek, niektorých protistoch, rastlinách a hubách.

Integrálne membránové alebo transmembránové proteíny

Vo fosfolipidovej dvojvrstve sú rozptýlené integrálne membránové proteíny.

Tieto interagujú nekovalentne prostredníctvom svojich hydrofóbnych častí s lipidovou dvojvrstvou, pričom umiestňujú svoje hydrofilné konce smerom k vonkajšiemu vodnému médiu.

Konfigurácia membránových proteínov

Môžu mať jednoduchú tyčovú konfiguráciu, so zloženým hydrofóbnym alfa helixom zabudovaným vo vnútri membrány a hydrofilnými časťami siahajúcimi po stranách.

Môžu tiež predstavovať väčšiu konfiguráciu, globulárneho typu a so zložitou terciárnou alebo kvartérnou štruktúrou.

Posledne menované obvykle prechádzajú cez bunkovú membránu niekoľkokrát so svojimi segmentmi opakovaných alfa helixov usporiadaných v kľukadle cez lipidovú dvojvrstvu.

Póry v membránach

Niektoré z týchto globulárnych proteínov majú hydrofilné vnútorné časti, ktoré vytvárajú kanály alebo póry, ktorými dochádza k výmene polárnych látok z vonkajšej strany bunky na cytosól a naopak.

Periférne proteíny

Na povrchu cytoplazmatického povrchu bunkovej membrány sa nachádzajú proteíny periférnej membrány spojené s vyčnievajúcimi časťami niektorých integrálnych proteínov.

Tieto proteíny neprenikajú do hydrofóbneho jadra lipidovej dvojvrstvy.

Uhľohydrátový obal

Na oboch povrchoch membrány sa nachádzajú sacharidové molekuly.

Obzvlášť vonkajší povrch membrány je bohatý na glykolipidy. Krátke reťazce uhľohydrátov sú tiež exponované a kovalentne naviazané na vyčnievajúce proteínové časti, nazývané glykoproteíny.

Tekutosť bunkovej membrány

Pomer nasýtených verzus nenasýtených mastných kyselín

Tekutosť membrány závisí hlavne od pomeru prítomných fosfolipidov mastných kyselín a nasýtených kyselín. Táto tekutosť membrány klesá so zvyšujúcim sa podielom fosfolipidov nasycených mastných kyselín vzhľadom na nenasýtené.

Je to spôsobené skutočnosťou, že súdržnosť medzi dlhými a jednoduchými reťazcami nasýtených mastných kyselín je vyššia v porovnaní so súdržnosťou medzi krátkymi a nenasýtenými reťazcami nenasýtených mastných kyselín.

Čím väčšia súdržnosť medzi jej molekulárnymi zložkami, tým menej bude tekutina membrána prítomná.

cholesterol

Molekuly cholesterolu interagujú cez svoje rigidné kruhy s uhľovodíkovými reťazcami lipidov, čím zvyšujú rigiditu membrány a znižujú jej priepustnosť.

V membránach väčšiny eukaryotických buniek, kde je relatívne vysoká koncentrácia cholesterolu, zabraňuje väzbe uhlíkových reťazcov pri nízkych teplotách. To umožňuje zmrazenie membrány pri nízkych teplotách.

Špeciálne vlastnosti

Rôzne typy bunkových membrán vykazujú zvláštnosti v množstve a type proteínov a uhľohydrátov, ako aj v množstve existujúcich lipidov.

Tieto zvláštnosti sú spojené so špecifickými bunkovými funkciami.

Existujú nielen konštitutívne rozdiely medzi membránami eukaryotických a prokaryotických buniek a medzi membránami organel, ale aj medzi oblasťami tej istej membrány.

Funkcia bunkovej membrány

Všeobecné

Bunková membrána ohraničuje bunku a umožňuje jej udržiavať stabilný stav v cytosóle, odlišný od vonkajšieho prostredia. To prostredníctvom aktívnej a pasívnej regulácie priechodu látok (voda, ióny a metabolity) cez seba, udržiavaním elektrochemického potenciálu potrebného pre funkciu buniek.

Umožňuje tiež bunke reagovať na signály z vonkajšieho prostredia chemickými receptormi na membráne a poskytuje miesta ukotvenia pre cytoskeletálne vlákna.

V prípade eukaryotických buniek sa tiež podieľa na vytváraní vnútorných kompartmentov a organel so špecifickými metabolickými funkciami.

Funkcia proteínov v membráne

Medzi membránové proteíny so špecifickými funkciami patria:

• Enzýmy, ktoré katalyzujú (urýchľujú) chemické reakcie,
• Membránové receptory zapojené do rozpoznávania a viazania signálnych molekúl (ako sú hormóny),
• Proteíny transportujú látku cez membránu (smerom k cytosolu a od neho smerom von z bunky). Udržiavajú elektrochemický gradient vďaka transportu iónov.

Funkcia vonkajšieho obalu uhľohydrátov

Sacharidy alebo glykolipidy sa podieľajú na adhézii buniek k sebe navzájom a na procese rozpoznávania a interakcie bunkovej membrány s molekulami, ako sú protilátky, hormóny a vírusy.

Referencie

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA a Wiedemann, CG (2003). Cell Biology, krátky kurz. Druhé vydanie. Wiley-Liss, str. 535.
2. Engelman, D. (2005). Membrány sú mozaikovejšie ako tekutina. Náture 438 (7068), 578-580. doi: 10,1038 / príroda04394
3. Nicolson, GL (2014). Fluidno-mozaikový model štruktúry membrány. Stále dôležité pre pochopenie štruktúry, funkcie a dynamiky biologických membrán po viac ako 40 rokoch. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10,016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biology. Šieste vydanie. MGH. str. 1239.
5. Singer, SJ a Nicolson, GL (1972). Fluidná mozaiková štruktúra štruktúry bunkových membrán. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10,1126 / science.175,4023,720