Delen:
Plasmatisch membraan Kenmerken, functies en structuur
de plasmamembraan, cellulair membraan, plasmalemma of cytoplasmatisch membraan, is een structuur van lipide aard die de cellen omringt en begrenst, als een onmisbaar onderdeel van zijn architectuur. Biomembranen hebben de eigenschap een bepaalde structuur met hun buitenkant te omsluiten. Zijn belangrijkste functie is om als een barrière te dienen.
Daarnaast regelt het de doorvoer van deeltjes die kunnen in- en uitstappen. Membraaneiwitten fungeren als "moleculaire deuren" met tamelijk veeleisende poortwachters. De samenstelling van het membraan speelt ook een rol bij cellulaire herkenning.
Structureel zijn het dubbellaag gevormd door natuurlijk voorkomende fosfolipiden, eiwitten en koolhydraten. Analoog vertegenwoordigt een fosfolipide een fosfor met een kop en een staart. De staart bestaat uit koolstofketens die onoplosbaar zijn in water, deze zijn naar binnen gegroepeerd.
Daarentegen zijn de koppen polair en geven ze de waterige celomgeving. De membranen zijn uiterst stabiele structuren. De krachten die ze handhaven zijn die van van der Waals, een van de fosfolipiden waaruit ze bestaan; hierdoor kunnen ze de rand van de cellen stevig omringen.
Ze zijn echter ook vrij dynamisch en vloeiend. De eigenschappen van de membranen variëren afhankelijk van het geanalyseerde celtype. Rode bloedcellen moeten bijvoorbeeld elastisch zijn om door bloedvaten te bewegen.
Daarentegen heeft het membraan (myelineschede) in neuronen de noodzakelijke structuur om de zenuwimpulsgeleiding efficiënt toe te laten.
index
- 1 Algemene kenmerken
- 1.1 Vloeibaarheid van het membraan
- 1.2 kromming
- 1.3 Lipidenverdeling
- 2 functies
- 3 Structuur en samenstelling
- 3.1 Vloeiend mozaïekmodel
- 3.2 Typen lipiden
- 3.3 Lipide vlotten
- 3.4 Membraaneiwitten
- 4 Referenties
Algemene kenmerken
Membranen zijn vrij dynamische structuren die sterk variëren afhankelijk van het celtype en de samenstelling van hun lipiden. De membranen worden op de volgende manier aangepast aan deze kenmerken:
Vloeibaarheid van het membraan
Het membraan is geen statische eenheid, het gedraagt zich als een vloeistof. De mate van vloeibaarheid van de structuur hangt af van verschillende factoren, waaronder de lipidesamenstelling en de temperatuur waarbij de membranen worden blootgesteld.
Wanneer alle bindingen die in de koolstofketens aanwezig zijn, verzadigd zijn, heeft het membraan de neiging zich als een gel te gedragen en zijn de van der Waals-interacties stabiel. Omgekeerd, wanneer er dubbele bindingen zijn, zijn de interacties kleiner en neemt de vloeibaarheid toe
Bovendien is er een effect van de lengte van de koolstofketen. Hoe langer het is, hoe meer interacties er zijn met de buren, waardoor de vloeiendheid toeneemt. Naarmate de temperatuur stijgt, neemt ook de vloeibaarheid van het membraan toe.
Cholesterol heeft een onmisbare rol bij de regulatie van vloeibaarheid en is afhankelijk van cholesterolconcentraties. Wanneer de staarten lang zijn, werkt cholesterol als een immobiliser van hen, waardoor de vloeibaarheid afneemt. Dit verschijnsel doet zich voor bij normale cholesterolniveaus.
Het effect verandert wanneer de cholesterolconcentraties lager zijn. Bij interactie met de staarten van de lipiden is het effect dat wordt veroorzaakt de scheiding hiervan, waardoor de vloeibaarheid wordt verminderd.
kromming
Net als vloeibaarheid wordt de kromming van het membraan bepaald door de lipiden die in het bijzonder elk membraan vormen.
De kromming hangt af van de grootte van de kop van het lipide en de staart. Degenen met lange staarten en grote hoofden zijn plat; die met relatief kleinere hoofden hebben de neiging veel meer te buigen dan de vorige groep.
Deze eigenschap is belangrijk in verschijnselen van membraan-evocatie, vesikelvorming, microvilli, onder anderen.
Lipidenverdeling
De twee "vellen" die elk membraan vormen - we herinneren ons dat het een dubbellaag is - hebben niet dezelfde samenstelling van lipiden erin; daarom wordt er gezegd dat de verdeling asymmetrisch is. Dit feit heeft belangrijke functionele gevolgen.
Een specifiek voorbeeld is de samenstelling van het plasmamembraan van erythrocyten. In deze bloedcellen worden sfingomyeline en fosfatidylcholine (die membranen vormen met een grotere relatieve vloeibaarheid) gevonden door naar de buitenkant van de cel te kijken.
Lipiden die de neiging hebben om meer vloeistofstructuren te vormen, staan tegenover het cytosol. Dit patroon wordt niet gevolgd door cholesterol, dat in beide lagen min of meer homogeen is verdeeld.
functies
De functie van het membraan van elk celtype hangt nauw samen met de structuur ervan. Ze vervullen echter basisfuncties.
Biomembranen zijn verantwoordelijk voor het afbakenen van de cellulaire omgeving. Evenzo zijn er vliezige compartimenten in de cel.
De mitochondriën en chloroplasten zijn bijvoorbeeld omgeven door membranen en deze structuren zijn betrokken bij de biochemische reacties die optreden in deze organellen.
De membranen reguleren de doorgang van materialen naar de cel. Dankzij deze barrière kunnen de benodigde materialen worden ingevoerd, passief of actief (met de behoefte aan ATP). Ook komen er geen ongewenste of giftige materialen binnen.
De membranen houden de ionische samenstelling van de cel op geschikte niveaus, door de processen van osmose en diffusie. Water kan vrij reizen, afhankelijk van de concentratiegradiënt. Zouten en metabolieten hebben specifieke transporters en reguleren ook de cellulaire pH.
Dankzij de aanwezigheid van eiwitten en kanalen op het oppervlak van het membraan kunnen aangrenzende cellen interageren en materialen uitwisselen. Op deze manier komen de cellen bij elkaar en worden de weefsels gevormd.
Ten slotte herbergen de membranen een aanzienlijk aantal signaaleiwitten en laten ze interactie toe met onder andere hormonen, neurotransmitters..
Structuur en samenstelling
De basiscomponent van de membranen zijn de fosfolipiden. Deze moleculen zijn amfipathisch, ze hebben een polaire en een apolaire zone. De polaire staat hen toe om met water in wisselwerking te staan, terwijl de staart een hydrofobe koolstofketting is.
De associatie van deze moleculen vindt spontaan plaats in de dubbellaag, waarbij de hydrofobe staarten met elkaar in wisselwerking staan en de hoofden naar buiten wijzen.
In een kleine diercel vinden we een ongelooflijk groot aantal lipiden, in de orde van 109 moleculen. De membranen hebben een dikte van ongeveer 7 nm. De hydrofobe binnenkern, in bijna alle membranen, heeft een dikte van 3 tot 4 nm.
Vloeiend mozaïekmodel
Het model dat momenteel wordt bewerkt door biomembranen staat bekend als "vloeibaar mozaïek", in de jaren 70 geformuleerd door onderzoekers Singer en Nicolson. Het model stelt voor dat de membranen niet alleen uit lipiden worden gevormd, maar ook uit koolhydraten en eiwitten. De term mozaïek verwijst naar genoemd mengsel.
Het vlak van het membraan dat naar de buitenzijde van de cel is gericht, wordt het exoplasmatische gezicht genoemd. Daarentegen is de binnenkant het cytosolisch.
Dezezelfde nomenclatuur is van toepassing op de biomembranen waaruit de organellen bestaan, met de uitzondering dat het exoplasmatische gezicht in dit geval naar de binnenkant van de cel wijst en niet naar de buitenkant.
De lipiden waaruit de membranen zijn samengesteld, zijn niet statisch. Deze hebben het vermogen om met een bepaalde mate van vrijheid in specifieke regio's door de structuur te bewegen.
De membranen zijn samengesteld uit drie fundamentele soorten lipiden: fosfoglyceriden, sphingolipiden en steroïden; het zijn allemaal amfipathische moleculen. Vervolgens zullen we elke groep in detail beschrijven:
Soorten lipiden
De eerste groep, bestaande uit fosfoglyceriden, is afkomstig van glycerol-3-fosfaat. De staart, met hydrofoob karakter, is samengesteld uit twee ketens van vetzuren. De lengte van de kettingen is variabel: ze kunnen van 16 tot 18 koolstofatomen hebben. Ze kunnen enkele of dubbele bindingen hebben tussen de koolstoffen.
De subclassificatie van deze groep wordt gegeven door het type hoofd dat ze presenteren. Fosfatidylcholines zijn het meest voorkomend en het hoofd bevat choline. In andere typen interageren verschillende moleculen zoals ethanolamine of serine met de fosfaatgroep.
Een andere groep van fosfoglyceriden zijn de plasmalogenen. De lipideketen is gekoppeld aan glycerol door een esterbinding; op zijn beurt is er een koolstofketen gekoppeld aan glycerol door middel van een etherbinding. Ze komen vrij veel voor in het hart en in de hersenen.
Sfingolipiden komen van sfingosine. Sphingomyeline is een overvloedig sfingolipide. De glycolipiden worden gevormd door koppen gevormd uit suikers.
De derde en laatste klasse lipiden die de membranen vormen zijn steroïden. Het zijn ringen gevormd uit koolstoffen, verenigd in groepen van vier. Cholesterol is een steroïde aanwezig in membranen en vooral overvloedig in zoogdieren en bacteriën.
Lipide vlotten
Er zijn specifieke zones van de membranen van eukaryote organismen waar cholesterol en sfingolipiden zijn geconcentreerd. Deze domeinen zijn ook bekend als vlot lipide.
Binnen deze regio's herbergen ze ook verschillende eiwitten, waarvan de functies cellulaire signalering zijn. Er wordt aangenomen dat lipidecomponenten eiwitcomponenten moduleren in vlotten.
Membraaneiwitten
Binnen het plasmamembraan worden een reeks eiwitten verankerd. Deze kunnen integraal zijn, verankerd aan de lipiden of zich in de periferie bevinden.
De integralen gaan door het membraan. Daarom moeten ze hydrofiele en hydrofobe eiwitdomeinen bezitten om met alle componenten te kunnen interageren.
In de eiwitten die verankerd zijn aan lipiden, is de koolstofketen verankerd in een van de lagen van het membraan. Het eiwit komt niet echt in het membraan.
Ten slotte interageren de perifere niet direct met de hydrofobe zone van het membraan. Integendeel, ze kunnen worden verbonden door middel van een integraal eiwit of door de poolkoppen. Ze kunnen aan beide zijden van het membraan worden geplaatst.
Het percentage eiwitten in elk membraan varieert sterk: van 20% in neuronen tot 70% in het mitochondriale membraan, omdat het een grote hoeveelheid eiwitelementen nodig heeft voor het uitvoeren van de metabolische reacties die daar plaatsvinden.
referenties
- Kraft, M.L. (2013). Organisatie en functie van het plasmamembraan: langs lipide vlotten. Moleculaire biologie van de cel, 24(18), 2765-2768.
- Lodish, H. (2002). Moleculaire biologie van de cel. 4e editie. Garland Science
- Lodish, H. (2005). Cellulaire en moleculaire biologie. Ed. Panamericana Medical.
- Lombard, J. (2014). Ooit waren de celmembranen: 175 jaar celgrensonderzoek. Biologie direct, 9(1), 32.
- Thibodeau, G.A., Patton, K.T., & Howard, K. (1998). Structuur en functie. Elsevier Spanje.