Dacă vedeți acest mesaj, înseamnă că avem probleme cu încărcarea resurselor externe pe site-ul nostru.

If you're behind a web filter, please make sure that the domains *.kastatic.org and *.kasandbox.org are unblocked.

Conţinutul principal

Structura membranei plasmatice

Modelul mozaicului fluid al membranei plasmatice. Componentele proteice, lipidice, glucidice ale membranei.

Introducere

Fiecare celulă a corpului tău este învelită într-o bulă mică de membrană. Această membrană are consistența uleiului pentru salată1. Prima dată când am citit acest fapt, nu l-am privit ca fiind prea liniștitor! Uleiul de salată pare un mediu foarte fragil pentru a separa celula de mediul extern. Din fericire, se pare că membrana plasmatică este foarte potrivită pentru sarcina sa, cu tot cu textura uleiului pentru salată.
Mai exact, care este sarcină sa? Membrana plasmatică nu doar delimitează celula, ci îi permite interacțiunea cu mediul său înconjurător într-o manieră controlată. Celulele trebuie să poată expulza, primi și secreta diverse substanțe, fiecare în cantități specifice. În plus, trebuie să poată comunica cu alte celule, identificându-se și schimbând informație.
Pentru a îndeplini aceste roluri, membrana plasmatică are nevoie de lipide, care formează o barieră semi-permeabilă între celulă și mediu. De asemenea, are nevoie de proteine, care sunt implicate în transportul trans-membranar și comunicarea celulară, dar și de glucide (monozaharide și polizaharide), care interacționează cu lipide și proteine și ajută celulele să se recunoască una pe cealaltă.
Mai departe, vom analiza mai în detaliu diversele componentele ale membranei plasmatice, examinându-le rolurile, diversitatea și modul în care lucrează împreună pentru a forma o graniță flexibilă, senzitivă și sigură în jurul celulei.

Modelul mozaic fluid

Modelul acceptat acum pentru structura membranei plasmatice, numit modelul mozaic fluid, a fost propus inițial în 1972. Acest model a evoluat de-a lungul timpului, dar oferă o bună descriere de bază pentru structura și comportamentul membranelor multor celule.
Conform modelului mozaicului fluid, membrana plasmatică este un mozaic de componente — în principal, fosfolipide, colesterol și proteine — care se mișcă liber și fluid în membrană. Cu alte cuvinte, o diagramă a membranei (precum cea de mai jos) este doar o poză a unui proces dinamic în care fosfolipidele și proteinele trec constant unele pe lângă celelalte.
Interesant este că fluiditatea înseamnă că, dacă introduci un ac foarte fin într-o celulă, membrana va face loc acului înconjurându-l, iar odată ce acul este înlăturat, membrana va reveni la normal, fără modificări.
Tabel modificat din OpenStax Biology.
Principalele componente ale membranei plasmatice sunt lipidele (fosfolipide și colesterol), proteinele, precum și grupări de carbohidrați atașate de unele lipide și proteine.
  • O fosfolipidă este o lipidă alcătuită din glicerol, două cozi de acizi grași și o grupare fosfat. Membranele biologice prezintă, de-obicei, două straturi de fosfolipide care au cozile spre interior, un aranjament numit bistrat fosfolipidic.
  • Colesterolul, o altă lipidă compusă din patru inele fuzionate, se găsește împreună cu fosfolipidele în interiorul membranei.
  • Proteinele membranei se pot extinde în membrana plasmatică, prin întreaga membrană, sau pot fi atașate slab de fața interioară sau cea exterioară.
  • Glucidele sunt prezente doar pe partea exterioară a membranei plasmatice și sunt atașate de proteine, formând glicoproteine, sau de lipide, formând glicolipide.
Proporțiile de proteine, lipide și glucide din membrana plasmatică variază în funcție de tipul celulei. Totuși, în cazul unei celule tipice din corpul uman, proteinele reprezintă 50% din compoziție, din punct de vedere al masei, lipidele (de toate tipurile) reprezintă 40%, iar restul de 10% sunt glucide.

Fosfolipidele

Fosfolipidele, aranjate într-un bistrat, formează materialul de bază al membranei plasmatice. Acestea sunt adaptate acestui rol, deoarece sunt amfipatice, adică au atât regiuni hidrofile, cât și regiuni hidrofobe.
Credit imagine: OpenStax Biology.
Porțiunea hidrofilă, sau „iubitoare de apă”, dintr-o fosfolipidă este capul acesteia, care conține o grupare fosfat încărcată negativ, cât și o grupare mică (a cărei identitate variază, notată „R” în diagrama din stânga), care poate fi cu sarcină sau polară. Capul hidrofil al fosfolipidelor din bistratul membranei este orientat spre exterior, intrând în contact cu fluidele apoase din interiorul și exteriorul celulei. Deoarece apa este o moleculă polară, formează ușor interacțiuni electrostatice (bazate pe polaritate) cu capetele fosfolipidelor.
Partea hidrofobă, sau „speriată de apă”, a fosfolipidelor este alcătuită din cozi lungi, nepolare de acizi grași. Cozile interacționează cu ușurință cu molecule nepolare, dar greu cu apa. Din această cauză, este mai favorabil energetic pentru fosfolipide să-și ascundă cozile de acizi grași în interiorul membranei, unde sunt ferite de apa din jur. Bistratul fosfolipidic, format din aceste interacțiuni, creează o bună barieră între interiorul și exteriorul celulei, deoarece apa și alte substanțe cu sarcină și polare nu pot trece cu ușurință prin centrul hidrofob al membranei.
Credit imagine: modificare a unei lucrări de la OpenStax Biology, original de la Mariana Ruiz Villareal.
Datorită naturii lor amfipatice, fosfolipidele nu sunt doar potrivite pentru a forma bistratul membranei. Ele fac asta în mod spontan, în condiții potrivite! În apă sau soluții lichide, fosfolipidele tind să se aranjeze cu cozile hidrofobe una în fața celeilalte și capetele hidrofile spre exterior. Dacă fosfolipidele au cozi scurte, pot forma o micelă (o sferă mică, formată dintr-un singur strat), iar dacă au cozi mai mari, formează un lipozom (o picătură goală la interior dublu membranară)2.

Proteinele

Proteinele sunt a doua componentă majoră a membranelor plasmatice. Există două categorii importante de proteine membranare: integrale și periferice.
Credit imagine: imagine modificată de la OpenStax Biology, originally by Foobar/Wikimedia Commons.
Proteinele membranare integrale sunt, după cum indică numele, integrate în membrană: au cel puțin o regiune hidrofobă care le ancorează la centrul hidrofob al bistratului fosfolipidic. Unele se lipesc doar parțial de membrană, în timp ce altele se întind dintr-o parte în cealaltă a membranei și sunt expuse pe ambele părți1. Proteinele care traversează întreaga membrană se numesc proteine transmembranare.
Porțiunile dintr-o proteină membranară integrală din interiorul membranei sunt hidrofobe, în timp acelea expuse citoplasmei sau mediului extracelular tind să fie hidrofile. Proteinele transmembranare pot traversa membrana o singură dată sau pot avea până la 12 secțiuni prin membrană. Un segment tipic prin membrană este format din 20-25 aminoacizi hidrofobi, aranjați într-o spirală alfa, dar nu toate proteinele transmembranare sunt organizate conform acestui model. Unele proteine membranare integrale formează un canal care permite ionilor sau altor molecule mici să treacă prin membrană, după cum este prezentat mai jos.
_Credit imagine: „Components and structure: Figure 1”, de OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Proteinele membranare periferice se găsesc pe suprafețele externă și internă ale membranei, atașate fie de proteine integrale, fie de fosfolipide. Spre deosebire de proteinele membranare integrale, proteinele membranare periferice nu se leagă de centrul hidrofob al membranei și tind să fie mai slab atașate.

Glucidele

Glucidele sunt a treia componentă majoră a membranelor plasmatice. În general, acestea se găsesc pe suprafața externă a celulelor și se leagă fie de proteine (formând glicoproteine), fie de lipide (formând glicolipide). Aceste lanțuri de glucide pot fi compuse din 2-60 de monozaharide și pot fi fie liniare, fie ramificate.
Împreună cu proteinele membranare, aceste glucide formează markeri celulari, ca niște acte de identitate moleculare, care permit celulelor să se recunoască între ele. Acești markeri sunt foarte importanți pentru sistemul imunitar, permițând celulelor imunitare să facă diferențierea între celulele corpului, pe care nu ar trebui să le atace, și celule sau țesuturi străine, care ar trebui atacate.

Fluiditatea membranei

Structura cozilor de acizi grași din fosfolipide este importantă pentru determinarea proprietăților membranei și, în special, a fluidității sale.
Acizii grași saturați nu au nicio legătură dublă (sunt saturați de hidrogen), deci sunt relativ drepți. Acizii grași nesaturați, pe de altă parte, conțin una sau mai multe legături duble, deseori rezultând într-o curbă sau un nod. (Poți vedea un exemplu de coadă nesaturată, curbată în diagrama structurii fosfolipidelor care apare în acest articol). Cozile saturate și nesaturate de acizi grași ale fosfolipidelor se comportă diferit dacă temperatura scade:
  • La temperaturi mai mici, cozile drepte ale acizilor grași saturați se pot compacta, formând o membrană densă și destul de rigidă.
  • Fosfolipidele care au catene de acizi grași nesaturați nu se pot compacta la fel de mult din cauza structurii îndoite a catenelor. Din acest motiv, o membrană care conține fosfolipide nesaturate va rămâne fluidă la temperaturi mai mici decât o membrană formată din fosfolipide saturate.
Majoritatea membranelor celulare conțin un amestec de fosfolipide, unele cu două cozi saturate (drepte), și altele cu una saturată și una nesaturată (îndoită). Multe organisme — un exemplu fiind peștii — se adaptează fiziologic la medii reci schimbând proporția de acizi grași nesaturați din membrane. Pentru mai multe informații despre acizi grași saturați și nesaturați, vezi articolul despre lipide.
Pe lângă fosfolipide, animalele au o componentă membranară suplimentară care menține fluiditatea. Colesterolul, un alt tip de lipidă care este încorporat printre fosfolipidele membranei, ajută la minimizarea efectului temperaturii asupra fluidității.
Credit imagine: „Cholesterol”, de BorisTM (public domain).
La temperaturi scăzute, colesterolul crește fluiditatea nepermițând fosfolipidelor să se compacteze, în timp ce la temperaturi ridicate, reduce fluiditatea3,4. În acest fel, colesterolul mărește gama de temperaturi la care fluiditatea membranei este funcțională și sănătoasă.

Componentele membranei plasmatice

ComponentaLocația
FosfolipideMaterialul principal al membranei
ColesterolAscuns între cozile hidrofobe ale fosfolipidelor membranare
Proteine integraleÎncorporate în bistratul fosfolipidic; se pot sau nu extinde prin ambele straturi
Proteine perifericePe partea internă sau externă a bistratului fosfolipidic, dar nu încorporate în centrul hidrofob
GlucideAtașate de proteine sau lipide pe partea extracelulară a membranei (formând glicoproteine și glicolipide)
Tabel modificat din OpenStax Biology.