Conţinutul principal
Biblioteca de biologie
Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 10
Lecția 1: Membrana plasmaticăStructura 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 salatăstart superscript, 1, end superscript.
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 această sarcină? Membrana plasmatică nu doar delimitează celula, dar 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, primind și trimițând semnale.
Pentru a exercita aceste roluri, membrana plasmatică are nevoie de lipide, care formează o barieră semi-permeabilă între celulă și mediu. Are, de asemenea, nevoie de proteine, care sunt implicate în transportul trans-membranar și comunicarea în celule, 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 privi mai amănunțit diversele componentele ale membranei plasmatice, examinându-le rolurile, diversitatea și cum 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 descriere de bază bună pentru structura și comportamentul membranelor multor celule.
Conform modelului mozaicului fluid, membrana plasmatică este un mozaic de componente - în primul rând, fosfolipidele, colesterolul și proteinele - 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 una pe lângă cealaltă.
Interesant este că fluiditatea înseamnă că dacă inseri un ac foarte fin într-o celulă, membrana se va forma în jurul acului, iar odată ce acul este înlăturat, membrana va reveni la normal fără modificări.
Principalele componente ale membranei plasmatice sunt lipidele (fosfolipide și colesterol), proteinele, precum și glucidele atașate de 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 lejer 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 ocupă 50 de procente din compoziție, din punct de vedere al masei, lipidele (de toate tipurile) alcătuiesc 40 la sută, iar restul de 10 la sută sunt glucide.
Fosfolipidele
Fosfolipidele, aranjate într-un bistrat, formează materialul de bază al membranei plasmatice. Acestea sunt adaptate rolului lor deoarece sunt amfipatice, adică au atât regiuni hidrofile, cât și regiuni hidrofobe.
Porțiunea hidrofilă, sau "iubitoare de apă", dintr-o fosfolipidă este capul acesteia, care conține o grupare fosfat încărcată negativ și o grupare mică (a cărei identitate variază, notată "R" în diagrama din stânga), care poate fi încărcată 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 catene lungi, nepolare de acizi grași. Catenele (cozile) interacționează cu ușurință cu molecule nepolare, dar greu cu apa. Din această cauză, este mai prielnic, din punct de vedere energetic, pentru fosfolipide să-și ascundă catenele 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 încărcate și polare nu pot trece cu ușurință prin miezul hidrofob al membranei.
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)squared.
Proteinele
Proteinele sunt a doua componentă majoră a membranelor plasmatice. Există două categorii importante de proteine membranare: integrate și periferice.
Proteinele membranare integrate sunt, după cum indică numele, integrate în membrană: au cel puțin o regiune hidrofobă care le ancorează la miezul hidrofob al bistratului fosfolipidic. O parte se lipesc doar parțial de membrană, în timp ce altele se întind dintr-o parte în cealaltă a membranei și sunt expuse pe una dintre părțistart superscript, 1, end superscript. Proteinele care traversează întreaga membrană se numesc proteine transmembranare.
Porțiunile dintr-o proteină membranară integrată 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 prin membrană tipic este format din 20-25 aminoacizi hidrofobi, aranjați într-o spirală alfa, dar nu toate proteinele transmembranare sunt alcătuite conform acestui model. Unele proteine membranare integrate formează un canal care permite ionilor sau altor molecule mici să treacă prin membrană, după cum este prezentat mai jos.
Proteinele membranare periferice se găsesc pe suprafețele externă și internă ale membranei, atașate fie de proteine integrate, fie de fosfolipide. Spre deosebire de proteinele membranare integrate, proteinele membranare periferice nu se leagă de miezul 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 suprafaţa externă a celulelor şi se leagă fie de proteine (formând glicoproteine), fie de lipide (formînd glicolipide). Aceste lanţuri de glucide pot fi compuse din 2-60 de monozaharide şi 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 catenelor de acid gras din fosfolipide este importantă pentru determinarea proprietăților membranei și, în special, a fluidității sale.
Acizii grași saturați nu au nici o 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 catenă nesaturată, curbată în diagrama structurii fosfolipidelor care apare în acest articol). Catenele 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 împreuna, formând o membrană densă și destul de rigidă.
- Fosfolipidele care au catene de acizi grași nesaturați nu se pot aduna la fel de strâns 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 catene 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.
În plus față de 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.
La temperaturi scăzute, colesterolul crește fluiditatea nepermițând fosfolipidelor să se adune strâns împreună, în timp ce la temperaturi ridicate, reduce fluiditateastart superscript, 3, comma, 4, end superscript. În acest fel, colesterolul mărește gama de temperaturi la care fluiditatea membranei este funcțională și sănătoasă.
Componentele membranei plasmatice
| Componenta | Locația |
|---|---|
| Fosfolipide | Materialul principal al membranei |
| Colesterol | Ascuns între cozile hidrofobe ale fosfolipidelor membranare |
| Proteine integrate | Incorporate în bistratul fosfolipidic; se pot sau nu extinde prin ambele straturi |
| Proteine periferice | Pe partea internă sau externă a bistratului fosfolipidic, dar nu incorporate în miezul hidrofob |
| Glucide | Atașate de proteine sau lipide pe partea extracelulară a membranei (formând glicoproteine și glicolipide) |
Tabel modificat din OpenStax Biology.
Vrei să te alături conversației?
Nici o postare încă.