PLASMAMEMBRAN: EGENSKAPER, FUNKTIONER OCH STRUKTUR - BIOLOGI - 2025

Den plasmamembranet, cellmembran, plasmalemma eller cytoplasmiska membran, är en lipidisk struktur som omger och avgränsar celler, som är en oumbärlig komponent i sin arkitektur. Biomembraner har egenskapen att omsluta en viss struktur med dess yttre. Dess huvudfunktion är att fungera som en barriär.

Dessutom kontrollerar den överföringen av partiklar som kan komma in och ut. Membranproteiner fungerar som "molekylära grindar" med ganska krävande portvakter. Membranets sammansättning har också en roll i celligenkänningen.

Strukturellt sett är de tvåskikt som består av naturligt arrangerade fosfolipider, proteiner och kolhydrater. På liknande sätt representerar en fosfolipid en fosfor med ett huvud och en svans. Svansen består av kolkedjor olösliga i vatten, dessa grupperas inåt.

Istället är huvuden polära och ger den vattenhaltiga cellmiljön. Membran är extremt stabila strukturer. De krafter som upprätthåller dem är van der Waals, bland fosfolipiderna som komponerar dem; detta gör att de kan omge kanten på cellerna ordentligt.

Men de är också ganska dynamiska och flytande. Egenskaperna hos membranen varierar beroende på den analyserade celltypen. Till exempel måste röda blodkroppar vara elastiska för att röra sig genom blodkärlen.

Däremot har membranet (myelinhöljet) i neuroner den nödvändiga strukturen för att möjliggöra effektiv ledning av nervimpulsen.

Generella egenskaper

Av Jpablo cad, från Wikimedia Commons

Membraner är ganska dynamiska strukturer som varierar mycket beroende på celltypen och lipidernas sammansättning. Membranen modifieras enligt dessa egenskaper enligt följande:

Membranfluiditet

Membranet är inte en statisk enhet, det uppträder som en vätska. Strukturen av fluiditet beror på flera faktorer, bland dessa lipidkompositionen och temperaturen till vilka membranen utsätts.

När alla bindningar som finns i kolkedjorna är mättade tenderar membranet att bete sig som en gel och van der Waals-interaktioner är stabila. Tvärtom, när det finns dubbelbindningar, är växelverkningarna mindre och fluiditeten ökar.

Dessutom finns det en effekt av kolkedjans längd. Ju längre det är, desto fler interaktioner inträffar med dess grannar, vilket ökar flytningen. När temperaturen ökar ökar också membranets fluiditet.

Kolesterol spelar en oumbärlig roll vid reglering av fluiditet och beror på kolesterolkoncentrationer. När köerna är långa fungerar kolesterol som en immobilisator av samma, vilket minskar fluiditeten. Detta fenomen förekommer vid normala kolesterolnivåer.

Effekten förändras när kolesterolnivån är lägre. Genom att interagera med lipidsvansarna är effekten av deras separering, vilket minskar fluiditeten.

Krökning

Liksom fluiditet bestäms membranets krökning av lipiderna som utgör varje membran.

Krökningen beror på storleken på lipidhuvudet och svansen. De med långa svansar och stora huvuden är plana; de med relativt mindre huvuden tenderar att kröka mycket mer än den tidigare gruppen.

Denna egenskap är viktig för fenomen med membranutveckling, blåsbildning, mikrovilli, bland andra.

Lipidfördelning

De två "arken" som utgör varje membran - kom ihåg att det är ett tvåskikt - har inte samma sammansättning av lipider inuti; av denna anledning sägs det att distributionen är asymmetrisk. Detta faktum har viktiga funktionella konsekvenser.

Ett specifikt exempel är sammansättningen av plasmamembranet av erytrocyter. I dessa blodceller hittas sphingomyelin och fosfatidylkolin (som bildar membran med större relativ fluiditet) mot utsidan av cellen.

Lipider som tenderar att bilda mer flytande strukturer står inför cytosolen. Detta mönster följs inte av kolesterol, som fördelas mer eller mindre homogent i båda skikten.

Funktioner

Funktionen hos membranet för varje celltyp är nära besläktat med dess struktur. Men de uppfyller grundläggande funktioner.

Biomembraner ansvarar för att avgränsa cellmiljön. På liknande sätt finns det membranfack i cellen.

Till exempel är mitokondrier och kloroplaster omgiven av membran och dessa strukturer är involverade i de biokemiska reaktionerna som förekommer i dessa organeller.

Membranen reglerar materialpassagen in i cellen. Tack vare denna barriär kan nödvändiga material komma in, antingen passivt eller aktivt (med behov av ATP). Oönskade eller giftiga material kommer inte in.

Membranen upprätthåller den joniska kompositionen i cellen på adekvata nivåer genom processerna för osmos och diffusion. Vatten kan rinna fritt beroende på dess koncentrationsgradient. Salter och metaboliter har specifika transportörer och reglerar också cellulärt pH.

Tack vare närvaron av proteiner och kanaler på membranets yta kan angränsande celler interagera och utbyta material. På detta sätt förenas celler och vävnader bildas.

Slutligen innehåller membran ett betydande antal signalproteiner och tillåter interaktion med hormoner, neurotransmittorer, bland andra.

Struktur och sammansättning

Den grundläggande komponenten i membranen är fosfolipider. Dessa molekyler är amfipatiska, de har en polär och en apolär zon. Polaren tillåter dem att interagera med vatten, medan svansen är en hydrofob kolkedja.

Föreningen mellan dessa molekyler sker spontant i tvåskiktet, med de hydrofoba svansarna interagerar med varandra och huvuden pekar utåt.

I en liten djurcell hittar vi ett otroligt stort antal lipider i storleksordningen 10 ⁹ molekyler. Membranen är ungefär 7 nm tjocka. Den hydrofoba inre kärnan, i nästan alla membran, upptar en tjocklek av 3 till 4 nm.

Flytande mosaikmönster

Den nuvarande modellen av biomembraner är känd som "flytande mosaik", formulerad på 1970-talet av forskarna Singer och Nicolson. Modellen föreslår att membran är tillverkade inte bara av lipider utan också av kolhydrater och proteiner. Termen mosaik avser denna blandning.

Ansiktet på membranet som vetter mot cellens utsida kallas det exoplasmiska ansiktet. Däremot är det inre ansiktet det cytosoliska.

Samma nomenklatur gäller biomembranerna som utgör organellerna, med undantag för att det exoplasmiska ansiktet i detta fall pekar på insidan av cellen och inte på utsidan.

Lipiderna som utgör membranen är inte statiska. Dessa har förmågan att röra sig med en viss frihet i specifika regioner genom strukturen.

Membran består av tre grundläggande typer av lipider: fosfoglycerider, sfingolipider och steroider; alla är amfipatiska molekyler. Vi kommer att beskriva varje grupp i detalj nedan:

Typer av lipider

Den första gruppen, som består av fosfoglycerider, kommer från glycerol-3-fosfat. Svansen, hydrofob i naturen, består av två fettsyrakedjor. Längden på kedjorna är varierande: de kan ha från 16 till 18 kolatomer. De kan ha en- eller dubbelbindning mellan kolhydraterna.

Underklassificeringen av denna grupp ges av den typ av huvud de presenterar. Fosfatidylkoliner är de vanligaste och huvudet innehåller kolin. I andra typer interagerar olika molekyler såsom etanolamin eller serin med fosfatgruppen.

En annan grupp fosfoglycerider är plasmalogener. Lipidkedjan är kopplad till glycerol med en esterbindning; i sin tur finns en kolkedja kopplad till glycerol via en eterbindning. De är ganska rikliga i hjärtat och i hjärnan.

Sfingolipider kommer från sfingosin. Sphingomyelin är en riklig sfingolipid. Glykolipider består av huvuden av socker.

Den tredje och sista klassen av lipider som utgör membran är steroider. De är ringar tillverkade av kolatomer, förenade i grupper om fyra. Kolesterol är en steroid som finns i membranen och särskilt rik på hos däggdjur och bakterier.

Lipidflåtar

Det finns specifika områden i membranen hos eukaryota organismer där kolesterol och sfingolipider är koncentrerade. Dessa domäner är också kända som lipidflåtar.

Inom dessa regioner hyser de också olika proteiner, vars funktioner är cellsignalering. Lipidkomponenter antas modulera proteinkomponenter i flottar.

Membranproteiner

En serie proteiner är förankrade i plasmamembranet. Dessa kan vara integrerade, förankrade till lipider eller lokaliserade på periferin.

Integralerna går igenom membranet. Därför måste de ha hydrofila och hydrofoba proteindomäner för att interagera med alla komponenter.

I proteiner som är förankrade till lipider förankras kolkedjan i ett av membranlagren. Proteinet kommer inte in i membranet.

Slutligen interagerar det perifera inte direkt med membranets hydrofoba zon. Snarare kan de fästas med hjälp av ett integrerat protein eller med polära huvuden. De kan vara belägna på båda sidor om membranet.

Procentandelen proteiner i varje membran varierar mycket: från 20% i nervceller till 70% i mitokondriell membran, eftersom det behöver en stor mängd proteinelement för att utföra de metaboliska reaktionerna som förekommer där.

referenser

1. Kraft, ML (2013). Plasmamembranorganisation och -funktion: rör sig förbi lipidflåtar. Molekylärbiologi av cellen, 24 (18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Cellens molekylärbiologi. 4: e upplagan. Garland vetenskap
3. Lodish, H. (2005). Cellulär och molekylärbiologi. Panamerican Medical Ed.
4. Lombard, J. (2014). En gång i tiden har cellmembranen: 175 års cellgränsforskning. Biologi direkt, 9 (1), 32.
5. Thibodeau, GA, Patton, KT, & Howard, K. (1998). Struktur och funktion. Elsevier Spanien.