Plasmatisk membran Egenskaper, funksjoner og struktur



den plasmamembran, cellulær membran, plasmalemma eller cytoplasmisk membran, er en struktur av lipid natur som omgir og avgrenser cellene, og er en uunnværlig del av arkitekturen. Biomembraner har egenskapen til å omslutte en bestemt struktur med deres eksteriør. Hovedfunksjonen er å fungere som en barriere.

I tillegg styrer det transitt av partikler som kan komme inn og ut. Membranproteiner fungerer som "molekylære dører" med ganske krevende gatekeepers. Sammensetningen av membranen har også en rolle i cellulær gjenkjenning.

Strukturelt er de bilayere dannet av naturlig forekommende fosfolipider, proteiner og karbohydrater. Analogt representerer et fosfolipid et fosfor med et hode og en hale. Halen består av karbonkjeder uoppløselig i vann, disse er gruppert innad.

I motsetning hodene er polare og gir den vanne celle miljøet. Membranene er ekstremt stabile strukturer. De krefter som opprettholder dem er de van der Waals, blant de fosfolipider som komponerer dem; dette tillater dem å fast omslutte kanten av cellene.

Men de er også ganske dynamiske og flytende. Egenskapene til membranene varierer i henhold til analysert celletype. For eksempel må røde blodceller være elastiske for å bevege seg gjennom blodårene. 

I motsetning til, i nevroner, har membranen (myelinskjeden) den nødvendige strukturen for effektivt å tillate nerveimpulsføring.

index

  • 1 Generelle egenskaper
    • 1.1 Flytighet av membranen
    • 1.2 Krumning
    • 1.3 Lipidfordeling
  • 2 funksjoner
  • 3 Struktur og sammensetning
    • 3.1 Væskemosaikkmodell
    • 3.2 Typer lipider
    • 3.3 Lipidflåter
    • 3.4 Membranproteiner
  • 4 referanser

Generelle egenskaper

Membraner er ganske dynamiske strukturer som varierer mye avhengig av celletype og sammensetningen av lipidene. Membranene er modifisert i henhold til disse egenskapene på følgende måte:

Flytning av membranen

Membranen er ikke en statisk enhet, den oppfører seg som en væske. Graden av fluiditet i strukturen avhenger av flere faktorer, inkludert lipidsammensetningen og temperaturen ved hvilken membranene blir utsatt.

Når alle bindingene som finnes i karbonkjedene er mettede, har membranen en tendens til å oppføre seg som en gel, og van der Waals-interaksjonene er stabile. Omvendt, når det er dobbeltbindinger, er samspillet mindre og fluiditeten øker

I tillegg er det en effekt av lengden på karbonkjeden. Jo lengre det er, desto flere samspill skjer med naboene, og dermed øker flyten. Når temperaturen øker, øker membranets fluiditet også.

Kolesterol har en uunnværlig rolle i regulering av fluiditet og avhenger av kolesterolkonsentrasjoner. Når haler er lange, virker kolesterol som en immobilisator av dem, noe som reduserer fluiditeten. Dette fenomenet forekommer ved normale kolesterolnivåer.

Effekten endres når kolesterolkonsentrasjonen er lavere. Når det interagerer med lipidene, er effekten som forårsaker separasjonen av disse, noe som reduserer fluiditeten.

krumning

Som fluiditet bestemmes krumningen i membranen av lipidene som spesielt utgjør hver membran.

Krumningen er avhengig av størrelsen på lipiden og halenes hode. De med lange haler og store hoder er flate; de med relativt mindre hoder har en tendens til å kurve mye mer enn forrige gruppe.

Denne egenskapen er viktig i fenomener av membranevidannelse, vesikeldannelse, mikrovilli, blant andre.

Lipidfordeling

De to "arkene" som danner hver membran, vi husker at det er et dobbeltlag, har ikke samme sammensetning av lipider inni den; Derfor er det sagt at fordelingen er asymmetrisk. Dette faktum har viktige funksjonelle konsekvenser.

Et spesifikt eksempel er sammensetningen av plasmamembranen av erytrocytter. I disse blodcellene finner man sphingomyelin og fosfatidylkolin (som danner membraner med større relativ fluiditet) ved å vende seg mot utsiden av cellen.

Lipider som har en tendens til å danne mer væskestrukturer, vender mot cytosolen. Dette mønsteret følges ikke av kolesterol, som fordeles mer eller mindre homogent i begge lag.

funksjoner

Funksjonen til membranen av hver celletype er nært knyttet til dens struktur. Imidlertid oppfyller de grunnleggende funksjoner.

Biomembraner er ansvarlige for å avgrense det mobile miljøet. På samme måte er det membranøse rom i cellen.

For eksempel er mitokondrier og kloroplaster omgitt av membraner, og disse strukturene er involvert i de biokjemiske reaksjonene som forekommer i disse organellene.

Membranene regulerer passasjen av materialer til cellen. Takket være denne barrieren kan de nødvendige materialene komme inn, enten passivt eller aktivt (med behov for ATP). Også, uønskede eller giftige materialer kommer ikke inn.

Membranene opprettholder den ioniske sammensetningen av cellen ved passende nivåer, gjennom prosessene for osmose og diffusjon. Vannet kan bevege seg fritt avhengig av konsentrasjonsgradienten. Salter og metabolitter har spesifikke transportører og regulerer også cellulær pH.

Takket være tilstedeværelsen av proteiner og kanaler på overflaten av membranen, kan nabo-celler samhandle og bytte materiale. På denne måten kommer cellene sammen og vevene dannes.

Endelig har membranene et betydelig antall signalproteiner og tillater interaksjon med hormoner, nevrotransmittere, blant andre..

Struktur og sammensetning

Den grunnleggende komponenten av membranene er fosfolipidene. Disse molekylene er amfipatiske, de har en polar og en apolar sone. Polaren tillater dem å samhandle med vann, mens halen er en hydrofob karbonkjede.

Forbindelsen av disse molekylene skjer spontant i dobbeltlaget, med de hydrofobe haler som interagerer med hverandre og hodene peker mot utsiden.

I en liten dyrecelle finner vi et utrolig stort antall lipider, i størrelsesorden 109 molekyler. Membranene har en tykkelse på ca. 7 nm. Den hydrofobe indre kjernen, i nesten alle membraner, opptar en tykkelse på 3 til 4 nm.

Væskemosaikkmodell

Modellen som for tiden håndteres av biomembraner er kjent som "fluid mosaic", formulert på 70-tallet av forskere Singer og Nicolson. Modellen foreslår at membranene dannes ikke bare av lipider, men også av karbohydrater og proteiner. Begrepet mosaikk refererer til blandingen.

Ansiktet til membranen som vender mot utsiden av cellen, kalles eksoplasmatisk ansikt. I kontrast er den indre siden cytosolisk.

Den samme nomenklatur gjelder for biomembranene som utgjør organellene, med unntak av at eksoplasmatisk ansikt i dette tilfellet peker mot innsiden av cellen og ikke til utsiden.

Lipidene som utgjør membranene, er ikke statiske. Disse har evnen til å bevege seg, med viss grad av frihet i bestemte regioner, gjennom strukturen.

Membranene består av tre grunnleggende typer lipider: fosfoglyserider, sfingolipider og steroider; De er alle amfipatiske molekyler. Neste vil vi i detalj beskrive hver gruppe:

Typer av lipider

Den første gruppen, sammensatt av fosfoglyserider, kommer fra glycerol-3-fosfat. Halen, med hydrofob karakter, består av to kjeder av fettsyrer. Lengden på kjedene er variabel: de kan ha fra 16 til 18 karboner. De kan ha enkelt- eller dobbeltbindinger mellom karbonene.

Underklassifiseringen av denne gruppen er gitt av den type hodet de presenterer. Fosfatidylcholiner er de mest vanlige og hodet inneholder kolin. I andre typer virker forskjellige molekyler som etanolamin eller serin sammen med fosfatgruppen.

En annen gruppe fosfoglyserider er plasmalogenene. Lipidkjeden er koblet til glyserol ved en esterbinding; i sin tur er det en karbonkjede forbundet med glyserol ved hjelp av et eterbinding. De er ganske rikelig i hjertet og i hjernen.

Sfingolipider kommer fra sfingosin. Sfingomyelin er en rikelig sfingolipid. Glykolipidene består av hodder dannet av sukkerarter.

Den tredje og siste klasse av lipider som utgjør membranene er steroider. De er ringer dannet av karbon, forenet i grupper på fire. Kolesterol er en steroid tilstede i membraner og spesielt rikelig i pattedyr og bakterier.

Lipidflåter

Det er spesifikke soner i membranene av eukaryote organismer der kolesterol og sfingolipider er konsentrert. Disse domenene er også kjent som Raft lipid.

Innenfor disse regionene har de også forskjellige proteiner, hvis funksjoner er cellesignalering. Det antas at lipidkomponenter modulerer proteinkomponenter i flåter.

Membranproteiner

Innenfor plasmamembranen forankres en serie proteiner. Disse kan være integrert, forankret til lipidene eller plassert i periferien.

Integralene går gjennom membranen. Derfor må de ha hydrofile og hydrofobe protein domener for å kunne samhandle med alle komponentene.

I proteiner som er forankret i lipider, er karbonkjeden forankret i et av lagene i membranen. Proteinet kommer egentlig ikke inn i membranen.

Til slutt interagerer de perifere seg ikke direkte med membranens hydrofobiske sone. Tvert imot kan de knyttes sammen med et integrert protein eller ved polarhodene. De kan være plassert på begge sider av membranen.

Prosentandelen proteiner i hver membran varierer mye: fra 20% i nevroner til 70% i mitokondriamembranen, siden det trenger en stor mengde proteinelementer for å utføre de metabolske reaksjonene som oppstår der.

referanser

  1. Kraft, M. L. (2013). Plasma membran organisasjon og funksjon: beveger seg forbi lipidflåter. Molekylærbiologi av cellen, 24(18), 2765-2768.
  2. Lodish, H. (2002). Molekylærbiologi av cellen. 4. utgave. Garland Science
  3. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Ed. Panamericana Medical.
  4. Lombard, J. (2014). En gang i gang har cellemembranene: 175 års cellegrensningsforskning. Biologi direkte, 9(1), 32.
  5. Thibodeau, G.A., Patton, K.T., & Howard, K. (1998). Struktur og funksjon. Elsevier Spania.