KAKŠEN JE MODEL TEKOČEGA MOZAIKA? - BIOLOGIJA - 2025

Model tekočega mozaika navaja, da so celične membrane ali biomembrane dinamične strukture, ki predstavljajo fluidnost njihovih različnih molekulskih komponent, ki se lahko premikajo bočno. Se pravi, da so te komponente v gibanju in niso statične, kot je prej veljalo.

Ta model sta vzgojila S. Jonathan Singer in Garth. L. Nicolson leta 1972 in danes je znanstvena skupnost široko sprejeta. Vse celice vsebuje celična membrana s posebnostmi njene sestave in delovanja.

Slika 1. Shema modela tekočega mozaika Vir: avtor LadyofHats Mariana Ruiz, prevod Pilar Saenz, prek Wikimedia Commons

Ta membrana določa meje celice, kar omogoča obstoj razlik med citosolom (ali notranjostjo celice) in zunanjim okoljem. Poleg tega uravnava izmenjavo snovi med celico in zunaj.

V evkariontskih celicah notranje membrane določajo tudi predelke in organele z različnimi funkcijami, kot so mitohondrije, kloroplasti, jedrska ovojnica, endoplazemski retikulum, Golgijev aparat.

Struktura celične membrane

Splošnosti

Celična membrana je sestavljena iz strukture, ki je neprepustna za vodotopne molekule in ione, debele od 7 do 9 nanometrov. Na elektronskih fotomikrogramih ga opazujemo kot neprekinjeno in tanko dvojno črto, ki obdaja citoplazmo celic.

Membrana je sestavljena iz fosfolipidnega dvosloja z beljakovinami, vdelanimi v celotno strukturo in razporejenimi na površini.

Poleg tega vsebuje molekule ogljikovih hidratov na obeh površinah (na notranji in zunanji), v primeru evkariontskih živalskih celic pa ima tudi molekul holesterola, ki se v notranjosti dvosloja prekrivajo.

Fosfolipidni dvoplast

Fosfolipidi so amfipatske molekule, ki imajo hidrofilni konec - konec vode -, in drugi hidrofobni, ki odbija vodo.

Fosfolipidni dvoplast, ki sestavlja celično membrano, ima hidrofobne (apolarne) verige, razporejene proti notranjosti membrane, in hidrofilne (polarne) konce, nameščene proti zunanjemu okolju.

Tako so glave fosfatnih skupin fosfolipidov izpostavljene na zunanji površini membrane.

Ne pozabite, da sta zunanje okolje in notranje ali citosol vodna. To vpliva na razporeditev fosfolipidnega dvojnega sloja, pri čemer njegovi polarni deli medsebojno delujejo z vodo in njeni hidrofobni deli tvorijo notranjo matrico membrane.

Holesterol

V membrani evkariontskih živalskih celic najdemo molekule holesterola, vdelane v hidrofobne repove fosfolipidov.

Te molekule ne najdemo v membranah prokariotskih celic, nekaterih protetikov, rastlin in gliv.

Integralna membrana ali transmembranski proteini

V fosfolipidnem dvosloju so integrirani proteini integralne membrane.

Ti interaktivno delujejo preko svojih hidrofobnih delov z lipidnim dvoslojem in locirajo svoje hidrofilne konce proti zunanjemu vodnemu mediju.

Konfiguracija membranskih beljakovin

Imajo preprosto konfiguracijo v obliki palice z zloženo hidrofobno alfa vijačnico, vstavljeno v notranjost membrane, in s hidrofilnimi deli, ki se razprostirajo vstran.

Prav tako lahko predstavljajo večjo konfiguracijo, kroglaste vrste in s kompleksno terciarno ali kvartarno strukturo.

Slednje ponavadi večkrat prečkajo celično membrano s svojimi segmenti ponavljajočih se alfa vijačnic, razporejenih v cikcaku skozi lipidni plasti.

Pore ​​v membranah

Nekateri od teh krogličnih beljakovin imajo hidrofilne notranje dele, ki tvorijo kanale ali pore, skozi katere poteka izmenjava polarnih snovi od zunaj celice do citosola in obratno.

Periferni proteini

Na površini citoplazemske strani celične membrane so beljakovine periferne membrane, povezane s štrlečimi deli nekaterih integralnih proteinov.

Ti proteini ne prodrejo v hidrofobno jedro lipidnega dvosloja.

Pokrov ogljikovih hidratov

Na obeh površinah membrane so molekule ogljikovih hidratov.

Zlasti zunanja površina membrane predstavlja obilje glikolipidov. Kratke verige ogljikovih hidratov so tudi izpostavljene in kovalentno pritrjene na štrleče beljakovinske dele, imenovane glikoproteini.

Pretočnost celične membrane

Razmerje nasičenih in nenasičenih maščobnih kislin

Pretočnost membrane je odvisna predvsem od razmerja med nasičenimi in nenasičenimi fosfolipidi maščobnih kislin. Ta membranska fluidnost se zmanjšuje, ko se delež nenasičenih fosfolipidov v verigi maščobnih kislin povečuje.

To je posledica dejstva, da je kohezija med dolgimi in preprostimi verigami nasičenih maščobnih kislin večja v primerjavi s kohezijo med kratkimi in nenasičenimi verigami nenasičenih maščobnih kislin.

Večja kot je kohezija med njenimi molekularnimi komponentami, manj tekočine bo membrana predstavljala.

Holesterol

Molekule holesterola preko svojih togih obročev medsebojno delujejo z ogljikovodičnimi verigami lipidov, povečujejo togost membrane in zmanjšujejo prepustnost iste.

V membranah večine evkariontskih celic, kjer je sorazmerno visoka koncentracija holesterola, preprečuje, da bi se ogljikove verige vezale pri nizkih temperaturah. To zagotavlja zamrzovanje membrane pri nizkih temperaturah.

Posebnosti

Različne vrste celičnih membran predstavljajo posebnosti njihove količine in vrste beljakovin in ogljikovih hidratov ter raznolikost obstoječih lipidov.

Te posebnosti so povezane s posebnimi celičnimi funkcijami.

Ne obstajajo samo konstitutivne razlike med membranami evkariontskih in prokariotskih celic ter med organeli, temveč tudi med regijami iste membrane.

Funkcija celične membrane

Splošnosti

Celična membrana razmeji celico in ji omogoča, da v citosolu vzdržuje stabilno stanje, ki se razlikuje od zunanjega okolja. To z aktivno in pasivno regulacijo prehoda snovi (voda, ioni in presnovki) med seboj, pri čemer ohranjamo elektrokemični potencial, potreben za delovanje celic.

Prav tako omogoča celici, da se odziva na signale iz zunanjega okolja prek kemičnih receptorjev na membrani in zagotavlja mesta za sidranje citoskeletnih filamentov.

Pri evkariontskih celicah sodeluje tudi pri vzpostavljanju notranjih oddelkov in organelov s specifičnimi presnovnimi funkcijami.

Delovanje beljakovin v membrani

Obstajajo različni membranski proteini s specifičnimi funkcijami, med katerimi lahko omenimo:

• Encimi, ki katalizirajo (pospešijo) kemične reakcije,
• Membranski receptorji, ki sodelujejo pri prepoznavanju in vezavi signalnih molekul (kot so hormoni),
• Snovi prenašajo beljakovine skozi membrano (proti citosolu in od njega proti zunanji strani celice). Te ohranjajo elektrokemični gradient zaradi prenosa ionov.

Delovanje zunanje lupine ogljikovih hidratov

Ogljikovi hidrati ali glikolipidi sodelujejo pri adheziji celic med seboj in v procesu prepoznavanja in interakcije celične membrane z molekulami, kot so protitelesa, hormoni in virusi.

Reference

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA in Wiedemann, CG (2003). Celična biologija, kratek tečaj. Druga izdaja Wiley-Liss str. 535.
2. Engelman, D. (2005). Membrane so bolj mozaične kot tekoče. Narava 438 (7068), 578–580. doi: 10.1038 / narava04394
3. Nicolson, GL (2014). Fluidno-mozaični model membranske strukture. Še vedno pomembno za razumevanje strukture, delovanja in dinamike bioloških membran po več kot 40 letih. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biologija. Šesta izdaja. MGH. pp 1239.
5. Singer, SJ in Nicolson, GL (1972). Model tekočih mozaikov strukture celičnih membran. Znanost, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / znanost.175.4023.720