Ποιο είναι το ρευστό ψηφιδωτό μοντέλο;

Το υγρό μοντέλο μωσαϊκού Δηλώνει ότι οι κυτταρικές μεμβράνες ή οι βιομεμβράνες είναι δυναμικές δομές που παρουσιάζουν ρευστότητα των διαφορετικών μοριακών τους συστατικών, τα οποία μπορούν να κινούνται πλευρικά. Δηλαδή, αυτά τα στοιχεία είναι σε κίνηση και όχι στατικά, όπως πιστεύαμε προηγουμένως.

Αυτό το μοντέλο τέθηκε από τους S. Jonathan Singer και Garth. L. Nicolson το 1972 και σήμερα είναι ευρέως αποδεκτή από την επιστημονική κοινότητα. Όλα τα κύτταρα περιέχονται από μια κυτταρική μεμβράνη με ιδιαιτερότητες στη σύνθεσή της και τη λειτουργία της.

Αυτή η μεμβράνη ορίζει τα όρια του κυττάρου επιτρέποντας την ύπαρξη διαφορών μεταξύ του κυτοσολίου (ή του κυτταρικού εσωτερικού) και του εξωτερικού περιβάλλοντος. Επιπλέον, ρυθμίζει την ανταλλαγή ουσιών μεταξύ του κυττάρου και του εξωτερικού.

Σε ευκαρυωτικά κύτταρα, οι εσωτερικές μεμβράνες και οργανίδια καθορίζουν επίσης διαμερίσματα με διαφορετικές λειτουργίες, όπως μιτοχόνδρια, χλωροπλάστες, το πυρηνικό φάκελο, το ενδοπλασματικό δίκτυο, συσκευή Golgi, κλπ.

Ευρετήριο

• 1 Δομή της κυτταρικής μεμβράνης
  • 1.1 Γενικά
  • 1.2 Φωσφολιπιδική διπλοστοιβάδα
  • 1.3 Χοληστερόλη
  • 1.4 Ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης ή διαμεμβράνης
  • 1.5 Διαμόρφωση πρωτεϊνών μεμβράνης
  • 1.6 Πόροι στις μεμβράνες
  • 1.7 Περιφερικές πρωτεΐνες
  • 1.8 Κάλυψη υδατανθράκων
• 2 Υγρασία της κυτταρικής μεμβράνης
  • 2.1 Ποσοστό κορεσμένων και ακόρεστων λιπαρών οξέων
  • 2.2 Χοληστερόλη
  • 2.3 Ιδιαιτερότητες
• 3 Λειτουργία της κυτταρικής μεμβράνης
  • 3.1 Γενικά
  • 3.2 Λειτουργία των πρωτεϊνών στη μεμβράνη  
  • 3.3 Λειτουργία του εξωτερικού περιβλήματος υδατάνθρακα
• 4 Αναφορές

Δομή της κυτταρικής μεμβράνης

Γενικά

Η κυτταρική μεμβράνη αποτελείται από μια δομή αδιαπέραστη από υδατοδιαλυτά μόρια και ιόντα μεταξύ 7 και 9 νανομέτρων. Παρατηρείται σε ηλεκτρονικές μικροφωτογραφίες ως συνεχής και λεπτή διπλή γραμμή που περιβάλλει το κυτταρικό κυτταρόπλασμα.

Η μεμβράνη αποτελείται από διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων, με πρωτεΐνες ενσωματωμένες κατά μήκος της δομής της και διατεταγμένες στην επιφάνεια.

Επιπλέον, περιέχει μόρια υδατανθράκων και στις δύο επιφάνειες (εσωτερικά και εξωτερικά) και στην περίπτωση των ζωικών ευκαρυωτικών κυττάρων, παρουσιάζει επίσης μόρια χοληστερόλης διασκορπισμένα στο εσωτερικό της διπλής στιβάδας..

Φασολιπιδική διπλή στιβάδα

Τα φωσφολιπίδια είναι αμφιπαθητικά μόρια που έχουν ένα υδρόφιλο τελικό - τελικό στο νερό - και ένα άλλο υδρόφοβο - που απορροφά το νερό-.

Το φωσφολιπίδιο διπλοστοιβάδα η οποία σχηματίζει την κυτταρική μεμβράνη, έχοντας υδρόφοβες αλυσίδες (απολικού) τοποθετημένο προς τα μέσα της μεμβράνης, και υδρόφιλα άκρα (πολικό) που βρίσκεται προς το εξωτερικό περιβάλλον.

Έτσι, οι κεφαλές των φωσφορικών ομάδων των φωσφολιπιδίων εκτίθενται στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης.

Υπενθυμίζεται ότι τόσο το εξωτερικό περιβάλλον και την εσωτερική ή κυτοσόλιο, είναι υδατικά. Αυτή η επιρροή η διάταξη του φωσφολιπιδίου διπλής στρώσης με πολικές τμήματά του να αλληλεπιδρά με το νερό και υδρόφοβα μέρη που σχηματίζει την εσωτερική μήτρα της μεμβράνης.

Χοληστερόλη

Στη μεμβράνη των ευκαρυωτικών ζωικών κυττάρων, βρέθηκαν μόρια χοληστερόλης εισαγόμενα στις υδρόφοβες ουρές των φωσφολιπιδίων.

Αυτά τα μόρια δεν απαντώνται στις μεμβράνες των προκαρυωτικών κυττάρων, κάποιων protists, φυτών και μυκήτων.

Ενσωματωμένες μεμβρανικές ή διαμεμβρανικές πρωτεΐνες

Στο εσωτερικό της διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίου, παρεμβάλλονται ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης.

Αυτά αλληλεπιδρούν μη ομοιοπολικά μέσω των υδρόφοβων τμημάτων τους, με τη λιπιδική διπλοστοιβάδα, τοποθετώντας τα υδρόφιλα άκρα τους προς το εξωτερικό υδατικό μέσο.

Διαμόρφωση πρωτεϊνών μεμβράνης

Μπορούν να έχουν μια απλή διαμόρφωση σχήματος ράβδου, με άλφα έλικα διπλωμένα και ενσωματωμένα στην εσωτερική μεμβράνη υδρόφοβα και υδρόφιλα τμήματα επεκταθεί πλαγίως.

Μπορούν επίσης να παρουσιάσουν μια μεγαλύτερη διαμόρφωση, σφαιροειδούς τύπου και με σύνθετη τριτοταγή ή τεταρτοταγή δομή.

Οι τελευταίοι συνήθως διασχίζουν την κυτταρική μεμβράνη αρκετές φορές με τα τμήματα τους αλφα ελίκες επαναλαμβανόμενες και διατεταγμένες σε ζιγκ-ζαγκ μέσω της λιπιδικής διπλοστοιβάδας..

Πόροι στις μεμβράνες

Ορισμένες από αυτές τις σφαιρικές πρωτεΐνες έχουν εσωτερικά υδρόφιλα τμήματα, σχηματίζοντας κανάλια ή πόρους μέσω των οποίων λαμβάνει χώρα η ανταλλαγή πολικών ουσιών από το κυψελοειδές εξωτερικό προς το κυτοσόλιο και αντιστρόφως.

Περιφερικές πρωτεΐνες

Στην επιφάνεια της κυτταροπλασματικής πλευράς της κυτταρικής μεμβράνης, υπάρχουν πρωτεΐνες περιφερειακής μεμβράνης, που συνδέονται με τα προεξέχοντα τμήματα ορισμένων ενσωματωμένων πρωτεϊνών.

Αυτές οι πρωτεΐνες δεν διεισδύουν στον υδρόφοβο πυρήνα της λιπιδικής διπλοστοιβάδας.

Κάλυψη υδατανθράκων

Υπάρχουν μόρια υδατανθράκων και στις δύο επιφάνειες της μεμβράνης.

Συγκεκριμένα, η εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης έχει αφθονία γλυκολιπιδίων. Έχουν επίσης παρατηρηθεί βραχείες αλυσίδες υδατανθράκων εκτεθειμένες και ομοιοπολικά συνδεδεμένες με προεξέχοντα τμήματα πρωτεΐνης, που ονομάζονται γλυκοπρωτεΐνες.

Υγρασία της κυτταρικής μεμβράνης

Ο λόγος κορεσμένων έναντι ακόρεστων λιπαρών οξέων

Η ρευστότητα της μεμβράνης εξαρτάται κυρίως από την αναλογία μεταξύ των παρόντων φωσφολιπιδίων κορεσμένων και ακόρεστων λιπαρών οξέων. Αυτή η ρευστότητα της μεμβράνης μειώνεται καθώς η αναλογία των φωσφολιπιδίων αλυσίδων κορεσμένων λιπαρών οξέων αυξάνει σε σχέση με τα ακόρεστα λιπαρά οξέα.

Αυτό οφείλεται στην μεγαλύτερη συνοχή μεταξύ των μακριών και απλών αλυσίδων κορεσμένων λιπαρών οξέων, σε σχέση με τη συνοχή μεταξύ των βραχέων και ακόρεστων αλυσίδων των ακόρεστων λιπαρών οξέων..

Όσο μεγαλύτερη είναι η συνοχή μεταξύ των μοριακών συστατικών του, τόσο λιγότερο ρευστό θα παρουσιάσει η μεμβράνη.

Χοληστερόλη

Τα μόρια χοληστερόλης αλληλεπιδρούν μέσω των άκαμπτων δακτυλίων τους με τις αλυσίδες υδρογονανθράκων των λιπιδίων, αυξάνοντας την ακαμψία της μεμβράνης και μειώνοντας τη διαπερατότητα του ίδιου.

Στις μεμβράνες των περισσότερων ευκαρυωτικών κυττάρων, όπου υπάρχει σχετικά υψηλή συγκέντρωση χοληστερόλης, αποτρέπει τις δεσμεύσεις των ανθρακούχων αλυσίδων σε χαμηλές θερμοκρασίες. Έτσι η μεμβράνη παγώνει σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Ιδιαιτερότητες

Οι διαφορετικοί τύποι κυτταρικών μεμβρανών έχουν ιδιαιτερότητες στην ποσότητα και τον τύπο των πρωτεϊνών και των υδατανθράκων, καθώς και στην ποικιλία των υπαρχόντων λιπιδίων.

Αυτές οι ιδιαιτερότητες συνδέονται με συγκεκριμένες κυτταρικές λειτουργίες.

Δεν υπάρχουν μόνο συστατικές διαφορές μεταξύ των μεμβρανών ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών κυττάρων και μεταξύ αυτών των οργανιδίων αλλά και μεταξύ περιοχών της ίδιας μεμβράνης.

Λειτουργία κυτταρικής μεμβράνης

Γενικά

Η κυτταρική μεμβράνη οριοθετεί το κύτταρο και του επιτρέπει να διατηρεί μια σταθερή κατάσταση στο κυτοσόλιο, διαφορετική από εκείνη του εξωτερικού περιβάλλοντος. Αυτό, μέσω της ενεργούς και παθητικής ρύθμισης της διέλευσης των ουσιών (νερό, ιόντα και μεταβολίτες) μέσω του εαυτού του, διατηρώντας το ηλεκτροχημικό δυναμικό που είναι απαραίτητο για την κυτταρική λειτουργία.

Επιτρέπει επίσης στο κύτταρο να ανταποκρίνεται σε σήματα από το εξωτερικό περιβάλλον μέσω χημικών υποδοχέων στη μεμβράνη και παρέχει θέσεις αγκυροβόλησης για τα νημάτια κυτταροσκελετού..

Στην περίπτωση των ευκαρυωτικών κυττάρων, συμμετέχει επίσης στη δημιουργία εσωτερικών διαμερισμάτων και οργανιδίων με ειδικές μεταβολικές λειτουργίες.

Λειτουργία πρωτεϊνών στη μεμβράνη  

Υπάρχουν διάφορες μεμβρανικές πρωτεΐνες με συγκεκριμένες λειτουργίες, μεταξύ των οποίων μπορούμε να αναφέρουμε:

• Ένζυμα που καταλύουν (επιταχύνουν) τις χημικές αντιδράσεις,
• Οι υποδοχείς μεμβράνης που συμμετέχουν στην αναγνώριση και σύνδεση με μόρια σηματοδότησης (όπως ορμόνες),
• Οι πρωτεΐνες μεταφέρουν ουσίες μέσω της μεμβράνης (προς το κυτταρόπλασμα και από αυτό στο εξωτερικό του κυττάρου). Διατηρούν μια ηλεκτροχημική κλίση χάρη στη μεταφορά ιόντων.

Εξωτερική λειτουργία κελύφους υδατανθράκων

Τα γλυκολιπίδια ή υδατάνθρακες που εμπλέκονται στην προσκόλληση των κυττάρων μεταξύ τους και στη διαδικασία της αναγνώρισης και αλληλεπίδρασης με μόρια κυτταρικής μεμβράνης όπως αντισώματα, ορμόνες, και ιούς.

Αναφορές

1. Bolsover, S.R., Hyams, J.S., Shephard, Ε.Α., White H.A. and Wiedemann, C.G. (2003). Cell Biology, μια σύντομη πορεία. Δεύτερη έκδοση. Wiley-Liss σελ. 535.
2. Engelman, D. (2005). Οι μεμβράνες είναι πιο μωσαϊκό από το υγρό. Nature 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, G. L. (2014). Το υγρό-μωσαϊκό μοντέλο δομής μεμβράνης. Εξακολουθεί να σχετίζεται με την κατανόηση της δομής, της λειτουργίας και της δυναμικής των βιολογικών μεμβρανών μετά από περισσότερα από 40 χρόνια. Biochimica et Biophysica Acta (ΒΒΑ) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Βιολογία Έκτη Έκδοση. MGH. σ. 1239.
5. Singer, S.J. and Nicolson, G.L. (1972). Το μοντέλο υγρού μωσαϊκού της δομής των κυτταρικών μεμβρανών. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720