Plazmatická membrána Charakteristika, funkce a struktura

plazmatické membrány, buněčná membrána, plasmalemma nebo cytoplazmatická membrána, je struktura lipidové povahy, která obklopuje a ohraničuje buňky a je nepostradatelnou součástí její architektury. Biomembrány mají vlastnost uzavřít určitou strukturu svým exteriérem. Jeho hlavní funkcí je sloužit jako bariéra.

Kromě toho řídí průchod částic, které mohou vstupovat a vystupovat. Membránové proteiny působí jako "molekulární dveře" s poměrně náročnými vrátnými. Složení membrány má také úlohu v buněčném rozpoznávání.

Strukturálně se jedná o dvojvrstvy tvořené přirozeně se vyskytujícími fosfolipidy, proteiny a sacharidy. Analogicky, fosfolipid představuje fosfor s hlavou a ocasem. Ocas je tvořen uhlíkovými řetězci nerozpustnými ve vodě, které jsou seskupeny dovnitř.

Naproti tomu hlavy jsou polární a poskytují vodnatému buněčnému prostředí. Membrány jsou extrémně stabilní struktury. Síly, které je udržují, jsou síly van der Waals, mezi fosfolipidy, které je tvoří; to jim umožňuje pevně obklopit okraj buněk.

Jsou však také velmi dynamické a plynulé. Vlastnosti membrán se liší podle analyzovaného typu buněk. Například červené krvinky musí být elastické, aby se mohly pohybovat cévami. 

Naproti tomu v neuronech má membrána (myelinové pochvy) nezbytnou strukturu, která umožňuje efektivní vedení nervových impulsů.

Index

• 1 Obecné charakteristiky
  • 1.1 Fluidita membrány
  • 1.2 Zakřivení
  • 1.3 Distribuce lipidů
• 2 Funkce
• 3 Struktura a složení
  • 3.1 Model tekuté mozaiky
  • 3.2 Typy lipidů
  • 3.3 Lipidové rafty
  • 3.4 Membránové proteiny
• 4 Odkazy

Obecné vlastnosti

Membrány jsou velmi dynamické struktury, které se značně liší v závislosti na typu buněk a složení jejich lipidů. Membrány jsou modifikovány podle těchto charakteristik následujícím způsobem:

Fluidita membrány

Membrána není statická entita, chová se jako tekutina. Stupeň tekutosti struktury závisí na několika faktorech, včetně lipidové kompozice a teploty, při které jsou membrány vystaveny.

Když jsou všechny vazby, které existují v uhlíkových řetězcích, nasycené, membrána má tendenci se chovat jako gel a van der Waalsovy interakce jsou stabilní. Naopak, pokud existují dvojné vazby, interakce jsou menší a tekutost roste

Kromě toho existuje vliv délky uhlíkového řetězce. Čím déle je, tím více interakcí dochází se svými sousedy, čímž se zvyšuje plynulost. Jak se teplota zvyšuje, zvyšuje se také tekutost membrány.

Cholesterol má nepostradatelnou roli v regulaci tekutosti a závisí na koncentracích cholesterolu. Když jsou ocasy dlouhé, cholesterol je působí jako imobilizér, což snižuje tekutost. K tomuto jevu dochází při normální hladině cholesterolu.

Účinek se mění, když jsou koncentrace cholesterolu nižší. Při interakci s ocasy lipidů je to důsledek jejich separace, což snižuje tekutost.

Zakřivení

Podobně jako tekutost je zakřivení membrány určeno lipidy, které tvoří každou membránu zvlášť.

Zakřivení závisí na velikosti hlavy lipidu a ocasu. Ti s dlouhými ocasy a velkými hlavami jsou ploché; ti s relativně menšími hlavami inklinují k křivce mnohem více než předchozí skupina.

Tato vlastnost je důležitá u fenoménů membránové evaginace, tvorby vezikul, mikrovilli, mimo jiné.

Distribuce lipidů

Dva "listy", které tvoří každou membránu - si pamatujeme, že se jedná o dvojvrstvu - nemají stejné složení lipidů uvnitř ní; proto se říká, že distribuce je asymetrická. Tato skutečnost má důležité funkční důsledky.

Specifickým příkladem je složení plazmatické membrány erytrocytů. V těchto krevních buňkách se sfingomyelin a fosfatidylcholin (které tvoří membrány s větší relativní tekutostí) nacházejí čelem ven z buňky.

Lipidy, které mají tendenci tvořit více tekutých struktur, čelí cytosolu. Tento vzor není následován cholesterolem, který je distribuován více či méně homogenně v obou vrstvách.

Funkce

Funkce membrány každého typu buňky úzce souvisí s její strukturou. Plní základní funkce.

Biomembrány jsou zodpovědné za vymezení buněčného prostředí. Podobně jsou v buňce membránové kompartmenty.

Například mitochondrie a chloroplasty jsou obklopeny membránami a tyto struktury se účastní biochemických reakcí, které se vyskytují v těchto organelách..

Membrány regulují průchod materiálů do buňky. Díky této bariéře mohou vstupovat potřebné materiály, ať už pasivně nebo aktivně (s potřebou ATP). Nevstupují také nežádoucí nebo toxické materiály.

Membrány udržují iontové složení buňky na vhodných úrovních, prostřednictvím procesů osmózy a difúze. Voda může volně pohybovat v závislosti na koncentračním gradientu. Soli a metabolity mají specifické transportéry a také regulují buněčné pH.

Díky přítomnosti proteinů a kanálů na povrchu membrány mohou sousední buňky interagovat a vyměňovat materiály. Tímto způsobem se buňky spojí a vytvoří se tkáně.

Konečně membrány obsahují značné množství signálních proteinů a umožňují interakci s hormony, neurotransmitery, mimo jiné..

Struktura a složení

Základní složkou membrán jsou fosfolipidy. Tyto molekuly jsou amfipatické, mají polární a nepolární zónu. Polární umožňuje interakci s vodou, zatímco ocas je hydrofobní uhlíkový řetězec.

Asociace těchto molekul se vyskytuje spontánně v dvojvrstvě, přičemž hydrofobní ocasy interagují s ostatními a hlavy směřují ven..

V malé zvířecí buňce nacházíme neuvěřitelně velké množství lipidů v řádu 10⁹ molekul Membrány mají tloušťku přibližně 7 nm. Hydrofobní vnitřní jádro, téměř ve všech membránách, zaujímá tloušťku 3 až 4 nm.

Fluidní mozaika

Model, který je v současné době zpracováván biomembrány, je znám jako "tekutá mozaika", kterou v 70. letech formulovali vědci Singer a Nicolson. Model navrhuje, aby membrány byly tvořeny nejen lipidy, ale také sacharidy a proteiny. Termín mozaika označuje uvedenou směs.

Plocha membrány, která je obrácena k vnější straně buňky, se nazývá exoplazmatická plocha. Naopak vnitřní strana je cytosolická.

Tato stejná nomenklatura se vztahuje na biomembrány, které tvoří organely, s tou výjimkou, že exoplazmatický obličej v tomto případě ukazuje na vnitřek buňky a ne na vnější stranu..

Lipidy, které tvoří membrány, nejsou statické. Ty mají schopnost pohybu, s určitou mírou svobody ve specifických regionech, skrz strukturu.

Membrány se skládají ze tří základních typů lipidů: fosfoglyceridů, sfingolipidů a steroidů; jsou to všechny amfipatické molekuly. Dále podrobně popíšeme každou skupinu:

Typy lipidů

První skupina, složená z fosfoglyceridů, pochází z glycerol-3-fosfátu. Ocas s hydrofobním charakterem se skládá ze dvou řetězců mastných kyselin. Délka řetězců je variabilní: mohou mít 16 až 18 uhlíků. Mohou mít jednoduché nebo dvojné vazby mezi uhlíky.

Subklasifikace této skupiny je dána typem hlavy, kterou představují. Fosfatidylcholiny jsou nejhojnější a hlava obsahuje cholin. V jiných typech, různé molekuly jako ethanolamin nebo serin interagují s fosfátovou skupinou.

Další skupinou fosfoglyceridů jsou plazmalogeny. Lipidový řetězec je vázán na glycerol esterovou vazbou; na oplátku existuje uhlíkový řetězec vázaný na glycerol pomocí etherové vazby. Oni jsou docela hojní v srdci a v mozku.

Sfingolipidy pocházejí ze sfingosinu. Sfingomyelin je hojný sfingolipid. Glykolipidy jsou tvořeny hlavami tvořenými cukry.

Třetí a poslední třída lipidů, které tvoří membrány, jsou steroidy. Jsou to kruhy tvořené uhlíky, spojené ve skupinách po čtyřech. Cholesterol je steroid přítomný v membránách a zvláště bohatý na savce a bakterie.

Lipidové rafty

Existují specifické zóny membrán eukaryotických organismů, kde se koncentruje cholesterol a sfingolipidy. Tyto domény jsou také známé jako rafty lipid.

V těchto regionech mají také různé proteiny, jejichž funkcí je buněčná signalizace. Předpokládá se, že lipidové složky modulují proteinové složky v raftech.

Membránové proteiny

Uvnitř plazmatické membrány je ukotvena řada proteinů. Mohou být integrální, kotvené k lipidům nebo umístěné na periferii.

Integrály procházejí membránou. Proto musí mít hydrofilní a hydrofobní proteinové domény, aby byly schopny interakce se všemi složkami.

V proteinech, které jsou ukotveny k lipidům, je uhlíkový řetězec ukotven v jedné z vrstev membrány. Protein ve skutečnosti nevstoupí do membrány.

Konečně, periferní zóny neinteragují přímo s hydrofobní zónou membrány. Naopak mohou být spojeny integrálním proteinem nebo polárními hlavami. Mohou být umístěny na obou stranách membrány.

Procento bílkovin v každé membráně se značně liší: od 20% v neuronech až po 70% v mitochondriální membráně, protože potřebuje velké množství proteinových prvků k provádění metabolických reakcí, které se tam vyskytují.

Odkazy

1. Kraft, M. L. (2013). Organizace a funkce plazmatické membrány: pohybující se po lipidových raftech. Molekulární biologie buňky, 24(18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Molekulární biologie buňky. 4. vydání. Garland věda
3. Lodish, H. (2005). Buněčná a molekulární biologie. Panamericana Medical.
4. Lombard, J. (2014). Buněčné membrány: 175 let výzkumu buněčných hranic. Biologie přímá, 9(1), 32.
5. Thibodeau, G. A., Patton, K.T., & Howard, K. (1998). Struktura a funkce. Elsevier Španělsko.