PLASMAMEMBRAN: EGENSKAPER, FUNKSJONER OG STRUKTUR - BIOLOGI - 2026

Den plasmamembran, cellemembran, plasmalemma eller cytoplasmiske membranen, er et lipid struktur som omgir og avgrenser cellene, som er en uunnværlig bestanddel av deres arkitektur. Biomembraner har egenskapen å omslutte en viss struktur med det ytre. Dets viktigste funksjon er å tjene som en barriere.

I tillegg kontrollerer den overføringen av partikler som kan komme inn og ut. Membranproteiner fungerer som "molekylære porter" med ganske krevende portvakter. Sammensetningen av membranen har også en rolle i cellegjenkjenning.

Strukturelt sett er de dobbeltlag som består av naturlig arrangerte fosfolipider, proteiner og karbohydrater. Tilsvarende representerer et fosfolipid en fosfor med hode og hale. Halen består av karbonkjeder uoppløselige i vann, disse er gruppert innover.

I stedet er hodene polare og gir det vandige cellulære miljøet. Membraner er ekstremt stabile strukturer. Kreftene som opprettholder dem er van der Waals, blant fosfolipidene som komponerer dem; Dette gjør at de kan omgi kanten av cellene.

Imidlertid er de også ganske dynamiske og flytende. Egenskapene til membranene varierer i henhold til den analyserte celletypen. For eksempel må røde blodlegemer være elastiske for å bevege seg gjennom blodkar.

I kontrast til dette har membranen (myelinskjede) i nevroner den nødvendige strukturen for å tillate effektiv ledning av nerveimpulsen.

Generelle egenskaper

Av Jpablo cad, fra Wikimedia Commons

Membraner er ganske dynamiske strukturer som varierer mye avhengig av celletypen og lipidenes sammensetning. Membranene modifiseres i henhold til disse egenskapene som følger:

Membranfluiditet

Membranen er ikke en statisk enhet, den oppfører seg som en væske. Strukturen av fluiditet av strukturen avhenger av flere faktorer, blant disse lipidsammensetningen og temperaturen som membranene blir utsatt for.

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

I tillegg er det en effekt av karbonkjedens lengde. Jo lengre tid det er, desto flere samspill oppstår med naboene, og øker dermed flytningen. Når temperaturen øker, øker også fluiditeten til membranen.

Kolesterol spiller en uunnværlig rolle i reguleringen av fluiditet og avhenger av kolesterolkonsentrasjoner. Når køene er lange, fungerer kolesterol som en immobilisator av det samme, og reduserer fluiditeten. Dette fenomenet oppstår ved normale kolesterolnivåer.

Effekten endres når kolesterolnivået er lavere. Ved å samhandle med lipidhalene er effekten det er atskillelsen deres, noe som reduserer fluiditeten.

kurvatur

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

Krumningen avhenger av størrelsen på lipidhodet og halen. 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 med membranutvikling, vesikeldannelse, mikrovilli, blant andre.

Lipidfordeling

De to "arkene" som utgjør hver membran - husk at det er et dobbeltlag - har ikke den samme sammensetningen av lipider inni; av denne grunn sies fordelingen å være asymmetrisk. Dette faktum har viktige funksjonelle konsekvenser.

Et spesifikt eksempel er sammensetningen av plasmamembranen til erytrocytter. I disse blodcellene blir sfingomyelin og fosfatidylkolin (som danner membraner med større relativ flytbarhet) funnet mot utsiden av cellen.

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

Egenskaper

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

Biomembraner er ansvarlige for å avgrense det cellulære miljøet. Tilsvarende 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 oppstår i disse organellene.

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

Membranene opprettholder den ioniske sammensetningen av cellen på adekvate nivåer, gjennom prosessene med osmose og diffusjon. Vann kan renne 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 nærliggende celler samvirke og utveksle materialer. På denne måten forenes celler og vev dannes.

Til slutt huser membraner et betydelig antall signalproteiner og tillater interaksjon med hormoner, nevrotransmittere, blant andre.

Struktur og sammensetning

Den grunnleggende komponenten i membraner er fosfolipider. Disse molekylene er amfipatiske, de har en polar og en apolar sone. Den polare lar dem samhandle med vann, mens halen er en hydrofob karbonkjede.

Forbindelsen mellom disse molekylene skjer spontant i dobbeltlaget, med de hydrofobe halene som samvirker med hverandre og hodene peker utover.

I en liten dyrecelle finner vi et utrolig stort antall lipider, i størrelsesorden 10 ⁹ molekyler. Membranene er omtrent 7 nm tykke. Den hydrofobe indre kjernen, i nesten alle membraner, har en tykkelse på 3 til 4 nm.

Flytende mosaikkmønster

Den nåværende modellen av biomembraner er kjent som "flytende mosaikk", formulert på 1970-tallet av forskerne Singer og Nicolson. Modellen foreslår at membraner er laget ikke bare av lipider, men også av karbohydrater og proteiner. Begrepet mosaikk refererer til denne blandingen.

Ansiktet til membranen som vender mot utsiden av cellen kalles det eksoplasmatiske ansiktet. Derimot er det indre ansiktet det cytosoliske.

Den samme nomenklaturen gjelder for biomembranene som utgjør organellene, med unntak av at det eksoplasmatiske ansiktet i dette tilfellet peker på innsiden av cellen og ikke på utsiden.

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

Membraner består av tre grunnleggende typer lipider: fosfoglyserider, sfingolipider og steroider; alle er amfipatiske molekyler. Vi vil beskrive hver gruppe i detalj nedenfor:

Typer lipider

Den første gruppen, som består av fosfoglyserider, kommer fra glyserol-3-fosfat. Halen, hydrofob i sin natur, består av to fettsyrekjeder. Lengden på kjedene er variabel: de kan ha fra 16 til 18 karbonatomer. De kan ha enkelt- eller dobbeltbindinger mellom karbonatene.

Underklassifiseringen av denne gruppen er gitt av typen hode de presenterer. Fosfatidylkoliner er de mest tallrike og hodet inneholder kolin. I andre typer samvirker forskjellige molekyler som etanolamin eller serin med fosfatgruppen.

En annen gruppe fosfoglyserider er plasmalogener. Lipidkjeden er knyttet til glyserol ved en esterbinding; på sin side er det en karbonkjede knyttet til glyserol via en eterbinding. De er ganske rikelig i hjertet og i hjernen.

Sfingolipider kommer fra sfingosin. Sfingomyelin er en rikelig sfingolipid. Glykolipider består av hoder laget av sukker.

Den tredje og siste klasse av lipider som utgjør membraner er steroider. De er ringer laget av karbon, samlet i grupper på fire. Kolesterol er et steroid i membranene og spesielt rikelig hos pattedyr og bakterier.

Lipidflåter

Det er spesifikke områder av membranene til eukaryote organismer hvor kolesterol og sfingolipider er konsentrert. Disse domenene er også kjent som lipidflåter.

I disse regionene huser de også forskjellige proteiner, hvis funksjoner er cellesignalering. Lipidkomponenter antas å modulere proteinkomponenter i flåter.

Membranproteiner

En serie proteiner er forankret i plasmamembranen. Disse kan være integrerte, forankret til lipider eller lokalisert på periferien.

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

I proteiner som er forankret til lipider, forankres karbonkjeden i et av membranlagene. Proteinet kommer faktisk ikke inn i membranen.

Til slutt samvirker ikke periferien direkte med den hydrofobe sonen til membranen. Snarere kan de festes ved hjelp av et integrert protein eller med polare hoder. De kan være plassert på begge sider av membranen.

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

referanser

1. Kraft, ML (2013). Plasmamembranorganisasjon og -funksjon: beveger seg forbi lipidflåter. Molekylærbiologi av cellen, 24 (18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Molekylærbiologi i cellen. 4. utgave. Garlandsvitenskap
3. Lodish, H. (2005). Cellulær og molekylærbiologi. Panamerican Medical Ed.
4. Lombard, J. (2014). Det var en gang cellemembranene: 175 år med cellegrenseforskning. Biologi direkte, 9 (1), 32.
5. Thibodeau, GA, Patton, KT, & Howard, K. (1998). Struktur og funksjon. Elsevier Spania.