Течно-мозаечен модел: статия за клетъчни мембрани

Може да изглежда сякаш човешкото тяло е изградено от хаотична смес от случайни части, но това не е така. Течните хранителни вещества, клетъчните органели и генетичната информация, които съставят човешкото тяло, се съхраняват в отделни клетки, оградени от двоен слой липиди.

Целта не клетъчната мембрана е да държи различните компоненти на клетката в едно и да ги защитава от околната среда извън клетката. Клетъчната мембрана също така регулира какво влиза в клетката и какво излиза от нея, така че тя да не изгуби твърде много хранителни вещества или да не приеме твърде много йони. Тя също върши доста добра работа в задържането на вредните вещества навън.

От какво е изградена клетъчната мембрана?

Клетъчната мембрана е изградена предимно от три неща: 1. Фосфолипиди 2. Холестерол 3. Протеини

1) Фосфолипиди

Има две важни части на един фосфолипид: главата и двете опашки. Главата е фосфатен остатък, който се привлеча от молекулата на водата (хидрофилна). Двете опашки са изградени от мастни киселини (вериги въглеродни атоми), които не са съвместими с водните молекули или биват отблъсквани от тях (хидрофобни). Клетъчната мембрана контактува с вода, смесена с електролити и други вещества, извън и вътре в клетката. Когато се образуват клетъчните мембрани, фосфолипидите се подреждат спонтанно в два слоя поради тези хидрофилни и хидрофобни свойства. Фосфатните глави във всеки слой са насочени към водната среда от всяка страна, а опашките се крият от водата между слоевете на главите, понеже са хидрофобни. Биолозите наричат тази способност за подреждане "самосглобяване".

2) Холестерол

Холестеролът е вид стероид, който е полезен за регулиране на молекулите, навлизащи в клетката и излизащи от нея. Ще говорим за това в повече подробности по-късно, но засега помни, че той е част от клетъчната мембрана.

3) Протеини

Клетката е изградена от два вида, или "класа", протеини. Интегралните протеини са вградени във фосфолипидния двоен слой и изпъкват от всеки край. Интегралните протеини служат за транспортиране на по-големи молекули, например глюкоза, през клетъчната мембрана. Те имат региони, наречени "полярни", и "неполярни" региони, които съответстват на полярността на фосфолипидния бислой.

Полярни и неполярни се отнася до концентрацията на електроните в една молекула. Полярни означава, че електроните не са равномерно разпределени, правейки едната страна на молекулата по-положително заредена или по-отрицателно заредена от другата страна. Неполярна означава, че електроните са равномерно разпределени, така че молекулата е равномерно заредена по повърхността си.

Другият клас протеини са т.нар. периферни протеини, които не преминават през мембраната. Те могат да бъдат прикрепени към краищата на интегралните протеини, или пък не, и подпомагат транспорта или комуникацията.

Какво прави клетъчната мембрана течна?

Течностно-мозаечният модел на клетъчната мембрана е начинът на учените да опишат как изглежда и функционира клетъчната мембрана, понеже тя е изградена от куп различни молекули, които са разпределени в нея. Ако разгледаш клетъчната мембрана с по-голямо увеличение, ще видиш модел от различни видове молекули, събрани заедно, също познат като мозайка. Тези молекули постоянно се движат в две измерения като течност, подобно на айсберги, плаващи в океана. Движението на мозайката от молекули прави невъзможно изграждането на напълно непропусклива бариера.

Има 3 главни фактора, които влияят на течността на клетъчната мембрана:

Температура: Температурата влияе на движението на фосфолипидите и колко близо са едни до други. Когато е студено, те са по-близки, а когато е горещо се придвижват по-надалеч един от друг.

Холестерол: Холестеролните молекули са разпределени безразборно във фосфолипидния двоен слой, помагайки му да остане течен при различни условия. Холестеролът държи фосфолипидите заедно, така че да не се отдалечат твърде много, с което да позволят навлизането на нежелани вещества, или да не се скупчат твърде близо, ограничавайки движението през мембраната. Без холестерол фосфолипидите в клетките ти ще започнат да се сближават, когато са изложени на студ, затруднявайки малки молекули, например газове, да преминават между фосфолипидите както обикновено. Без холестерол фосфолипидите ще започнат да се разделечават един от друг, оставяйки големи пролуки.
Наситени и ненаситени мастни киселини: Мастните киселини са това, което изгражда фосфолипидните опашки. Наситените мастни киселини са вериги въглеродни атоми, които имат само единични връзки. Като резултат, веригите са прави и лесни за близко "пакетиране". Ненаситените мазнини са вериги въглеродни атоми, които имат двойни връзки между някои от въглеродните атоми. Двойните връзки създават пречупване във веригите, затруднявайки веригите да се скупчат "натясно".

Тези нагъвания влияят на флуидността на мембраната, понеже увеличават пространството между фосфолипидите, затруднявайки замръзването на молекулите при ниски температури. Освен това увеличеното пространство позволява определени малки молекули, например CO

_{2}

и O

_{2}

, да пресичат мембраната бързо и лесно.

Какво може да премине през клетъчната мембрана?

Фосфолипидите се привличат взаимно, но също така са в постоянно движение и отскачат наоколо един от друг. Пространствата, дължащи се на флуидността на мембраната, са изключително малки, така че тя пак е ефикасна бариера. Поради тази причина и способността на протеините да подпомагат транспорта през мембраната, клетъчните мембрани се наричат полупропускливи.

Има 5 широки категории молекули, които се срещат в клетъчната среда. Някои от тези молекули могат да пресекат мембраната, а някои от тях имат нужда от помощта на други молекули или процеси. Един начин да разграничим тези категории молекули е въз основа на това как реагират с водата. Молекули, които са хидрофилни (обичащи водата), са способни да образуват връзки с водата и други хидрофилни молекули. Те се наричат полярни молекули. Противоположното може да се каже за молекули, които са хидрофобни (страхуват се от водата). Те се наричат неполярни молекули. Ето ги 5-е вида:

Малки, неполярни молекули (напр. кислород и въглероден диоксид): тези молекули могат да преминават през липидния двоен слой, като се "промушват" през фосфолипидните двойни слоеве. За техния транспорт не са необходими протеини те дифундират бързо през мембраните.
Малки полярни молекули (напр. вода): Тези молекули също могат да преминават през липидния двоен слой без участието на протеини, но това става малко по-трудно, отколкото при малките неполярни молекули.Спомни си, че вътрешността на фосфолипидния двоен слой съдържа хидрофобни опашки. Те са причината водните молекули да не преминават толкова лесно. Този процес също така е по-бавен.
Големи неполярни молекули (напр. въглеродни пръстени): Тези молекули също могат да преминават, но процесът е по-бавен.
Големи полярни молекули (напр. прости захариди като глюкоза): Размерът и зарядът на големите полярни молекули затруднява преминаването през неполярните участъци на фосфолипидния двоен слой, ако не участват транспортни протеини.
Йони (напр. ${Na}^{+}$ ‍): По същия начин зарядът на йоните силно затруднява преминаването през неполярните участъци на фосфолипидната мембрана без участието на транспортни протеини.

Обърни внимание на следното:

Какво се случва, когато има проблем със способността на клетъчната мембрана да приема/извежда важни молекули или да комуникира? Има много заболявания, свързани с проблеми в способността на фосфолипидния бислой да извърши тези функции. Една от тях е болестта на Алцхаймер, характеризираща се със свиване на мозъка и загуба на паметта. Едно обяснение за развиването на болестта на Алцхаймер е формирането на плаки, прикрепящи се към фосфолипидния бислой на мозъчните неврони. Тези плаки блокират комуникацията между мозъчните неврони и в крайна сметка водят до невронна смърт, което на свой ред причинява някои от симптомите на Алцхаймер като лоша краткосрочна памет.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

aleksandra
Публикувано преди година. Пряка връзка до поста на aleksandra: “Здравейте! Подготвям се з...”
Здравейте! Подготвям се за кандидат-студентски изпит в Тракийския университет и видеата Ви много ми помагат. В сборника със задачи, по който работя, има въпроси за плазмена мембрана. Исках да попитам дали има разлика между клетъчна и плазмена мембрана? Благодаря предварително за отговора и съжалявам, ако въпросът е глупав! Весели празници!
Бутонът води до страницата за създаване на профилБутонът води до страницата за създаване на профил
(1 глас)
Отговор

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.