Въведение в клетъчни мембрани

Когато отидеш да плуваш или да се къпеш, чудиш ли се защо клетките на тялото ти не се запълват с вода или защо веществата в клетките не изтичат в басейна? Причината за това е, че имаме много важна структура, която не позволява това да се случи. Тази структура наричаме клетъчна мембрана. Клетъчната мембрана е това, което огражда клетката. Ако имаме много обща картинка на клетка с малко ядро във вътрешността, розовият външен слой е това, което наричаме клетъчна мембрана. Клетъчната мембрана може да защити клетката ни от външната среда и може да определи какво влиза вътре и какво излиза от клетката. Това е свойство, което наричаме избирателна пропускливост. Тя пропуска някои неща. Някои неща могат да навлязат, докато други неща не могат. Тъй като това е важна част от клетката – всъщност е една от причините за това защо можем да оцелеем в света. Какво всъщност изгражда тази структура? Главният градивен блок на клетъчната мембрана е това, което наричаме фосфолипиди. Има други вещества, които изграждат клетъчната мембрана, но най-важният градивен блок са фосфолипидите. Фосфолипидите имат три главни съставки. Първата е главата от фосфатна група. Втората е гръбнак от глицерол. А третата са две опашки от мастни киселини. Представяме я като даваме на фосфатната група вид на глава, като кръгче. И после две опашки от мастни киселини висят надолу като връзки на балон. За да запомня това, си казвам, че един фосфолипид изглежда като балон, но с две връвчици. Къде е глицероловият гръбнак? Глицероловият гръбнак е точно каквото звучи. Той държи опашките от мастни киселини към фосфатната глава. Той е гръбнакът на тази молекула. Той обикновено не се показва като част от изображението. Но просто помни, че е там и държи двете опашки от мастни киселини към фосфатната глава. Тази структура има много интересно свойство. Тук горе, тази глава всъщност е хидрофилна или полярна. Хидрофилна означава, че обича водата. Фосфатната група ще направи каквото може, за да стигне до водата. Обича водата. Но тези опашки от мастни киселини, понеже са много, много дълги въглеродни вериги, те са хидрофобни. Помня, че е хидрофобна, понеже фобна или фобия означава страх. А хидро пък е вода, така че се страхува от водата. Тези две опашки от мастни киселини ще направят каквото могат, за да се отдалечат от водата. Една молекула, която има и двете от тези заедно, се нарича амфипатична молекула. Означава, че молекулата има хидрофилна част и хидрофобна част. Какво би направило това във вода? Да кажем, че поставим куп от тези молекули във вода. След като са във вода, хидрофилните глави искат да са колкото е възможно по-близо до водата. Но опашките не искат. Тези фосфатни групи ще се скупчат заедно, докато опашките ще опитат да се скрият от водата. Но тъй като това е вещество, което е във вода – водата ще е и тук. Това ще образува много уникална структура, понеже опашките от мастни киселини ще започнат да се групират ето така. И фосфолипидите ще са един вид обърнати, така че фосфатните глави да могат да са близо до водата, докато тази вътрешна част, която е хидрофобна, ще бъде далеч от водата. Това наричаме двоен фосфолипиден слой. Това е основната структура на една клетъчна мембрана. И, както споменахме, тази вътрешна част ще е хидрофобна. Сега имаме структура, която изглежда ето така. Наричаме това двоен фосфолипиден слой, или, за по-кратко, двоен липиден слой. Но тази част тук не взаимодейства ли също с водата? Как може да има такава структура, ако тази част тук пак докосва водата? И знаем, че опашките от мастни киселини не искат да докосват водата. В една клетка в реалния живот това, което се случва, е че получаваме структура, която образува ето такъв кръг. Това е доста грубо начертана картина. В една клетка тази стена всъщност е доста тънка в сравнение с цялото тяло. Ще забележиш, че тази вода тук вече не представлява проблем, понеже в реалните ни клетки водата може да е отвън и отвътре. И без значение къде тази мембрана докосва вода, винаги фосфатните групи на главата, които са хидрофилни, ще докосват водата. И във вътрешността на клетъчната мембрана имаме хидрофобна част. Като преминем към новата картинка, преди споменахме, че клетъчната мембрана е полупропусклива и ще проучим малко така. Позволих си свободата предварително да нарисувам много дълга картинка на клетъчна мембрана. Както споменахме, клетъчната мембрана всъщност е сфера, която огражда клетката ни. За целта на този урок ще я начертаем в права линия. И ще кажем, че това може да е външната среда, или извънклетъчната среда, а това може да е вътрешната страна, или вътреклетъчната среда. Ще забележиш, че клетъчната мембрана има пакетирани много близо едни до други фосфолипиди, така че обикновено малки молекули могат да преминат през клетката. Друго свойство на клетъчната мембрана, което обсъдихме, е, че вътрешната част тук е много хидрофобна. Така че обикновено малки, неполярни молекули могат да преминат през клетъчната мембрана. Това наричаме пасивна дифузия. Какъв е един добър пример за малка, неполярна молекула? Ами, най-честият вид малка, неполярна молекула по принцип са газовете, например О2 или СО2. Това са неща, които ни заобикалят всеки ден. И нашата клетка, в определен смисъл, вдишва и издишва тези молекули. Газовете могат много лесно да преминат през клетъчната мембрана и това става много бързо. Тези молекули са малки и неполярни. С какво друго клетката ни взаимодейства всеки ден? Най-честият пример е водата. Водата е доста малка молекула и е полярна. Нещо друго, което е подобно на водата, е етанолът. Това е като алкохола, който можем да пием. Как взаимодействат те с клетъчната мембрана? Казахме, че клетъчната мембрана предпочита малки молекули, така че тези всъщност могат да преминат през клетъчната мембрана. Но клетъчната мембрана предпочита неполярни молекули. Така че тези ще преминат много бавно и могат да преминат, понеже са доста малки, но доста бавно, понеже тази хидрофобна област пак няма да предпочита тук да има вода. Ами ако имаме малки полярни молекули, но и нещо, което е голямо, но неполярно, като бензен? Бензенът може да премине през клетъчната мембрана. Въпреки че е голям, той е неполярен. Така че ще се разбира с тази хидрофобна област в клетъчната мембрана, но ще премине много бавно. Като малък забавен факт, бензенът е бил използван в лаборатории за миене на ръце. Учените са открили, че бензенът може да премине през клетъчната мембрана и да ни навреди. Ами нещо, което е голямо и полярно? Такава молекула е например молекула захароза или глюкоза. Глюкозата не може да премине през клетъчната мембрана. Тя е голяма и е полярна. В пълна противоположност на това, което мембраната позволява да премине през клетката. Глюкозата ще трябва да се абсорбира по друг начин, но не може да премине през клетъчната мембрана. Ами заредени молекули? Те също са навсякъде. Какъв е един пример за заредена молекула? Например хлорен йон, натриев йон, всеки вид йон. Друга вид вещества, които често имат заряд, са аминокиселините. И тъй като те са заредени, те са много полярни или заредени, затова също не могат да преминат. Като обобщение, клетъчната мембрана защитава клетките ни и определя какво влиза и излиза – свойство, което наричаме полупропускливост. И тази клетъчна мембрана е изградена от голям брой фосфолипиди. Тъй като клетъчната ни мембрана има много голяма хидрофобна област, тя пропуска охотно неполярни молекули. И тъй като тези фосфолипиди са толкова сближени, клетъчната мембрана също така предпочита да пропуска малки молекули. Да обобщим – клетъчната мембрана е полупропусклива и по същество пропуска основно малки и неполярни молекули.