CO JE TO MODEL MOZAIKY TEKUTIN? - BIOLOGIE - 2025

Model tekutinové mozaiky uvádí, že buněčné membrány nebo biomembrány jsou dynamické struktury, které představují tekutost jejich různých molekulárních složek, které se mohou pohybovat laterálně. Jinými slovy, tyto komponenty jsou v pohybu a nejsou statické, jak se dříve domnívalo.

Tento model vytvořili S. Jonathan Singer a Garth. L. Nicolson v roce 1972 a dnes je vědecká obec široce přijímána. Všechny buňky jsou obsaženy v buněčné membráně se zvláštnostmi ve složení a funkci.

Obrázek 1. Diagram modelu tekutinové mozaiky. Zdroj: LadyofHats Mariana Ruiz, překlad Pilar Saenz, přes Wikimedia Commons

Tato membrána definuje hranice buňky, což umožňuje existenci rozdílů mezi cytosolem (nebo vnitřkem buňky) a vnějším prostředím. Kromě toho reguluje výměnu látek mezi buňkou a vnějškem.

V eukaryotických buňkách vnitřní membrány také definují kompartmenty a organely s různými funkcemi, jako jsou mitochondrie, chloroplasty, jaderná obálka, endoplazmatické retikulum, Golgiho aparát.

Struktura buněčné membrány

Obecné údaje

Buněčná membrána sestává ze struktury, která je nepropustná pro molekuly rozpustné ve vodě a ionty o tloušťce 7 až 9 nanometrů. V elektronových mikrofotografiích je pozorována jako souvislá a tenká dvojitá čára, která obklopuje buněčnou cytoplazmu.

Membrána je tvořena fosfolipidovou dvojvrstvou, s proteiny uloženými v celé její struktuře a uspořádanými na povrchu.

Dále obsahuje uhlovodíkové molekuly na obou površích (vnitřní i vnější) a v případě eukaryotických živočišných buněk má uvnitř dvojvrstvy také rozptýlené molekuly cholesterolu.

Fosfolipidová dvojvrstva

Fosfolipidy jsou amfipatické molekuly, které mají hydrofilní konec - konec s vodou - a další hydrofobní - který odpuzuje vodu -.

Fosfolipidová dvojvrstva, která tvoří buněčnou membránu, má hydrofobní (nepolární) řetězce uspořádané směrem dovnitř membrány a hydrofilní (polární) konce umístěné směrem k vnějšímu prostředí.

Hlavy fosfátových skupin fosfolipidů jsou tedy exponovány na vnějším povrchu membrány.

Nezapomeňte, že vnější prostředí i vnitřní nebo cytosol jsou vodné. To má vliv na uspořádání fosfolipidové dvojité vrstvy, jejíž polární části interagují s vodou a její hydrofobní části tvoří vnitřní matrici membrány.

Cholesterol

V membráně eukaryotických živočišných buněk se nacházejí molekuly cholesterolu zabudované do hydrofobních zbytků fosfolipidů.

Tyto molekuly se nenacházejí v membránách prokaryotických buněk, některých protistů, rostlin a hub.

Integrální membránové nebo transmembránové proteiny

V fosfolipidové dvojvrstvu jsou rozptýleny integrální membránové proteiny.

Tyto interagují nekovalentně prostřednictvím svých hydrofobních částí s lipidovou dvojvrstvou a lokalizují své hydrofilní konce směrem k vnějšímu vodnému médiu.

Konfigurace membránových proteinů

Mohou mít jednoduchou tyčovou konfiguraci, se složeným hydrofobním alfa helixem zabudovaným do vnitřku membrány a s hydrofilními částmi sahajícími do stran.

Mohou také představovat větší konfiguraci globulárního typu a se složitou terciární nebo kvartérní strukturou.

Posledně jmenované obvykle procházejí buněčnou membránou několikrát se svými segmenty opakovaných alfa helixů uspořádaných v klikatě přes lipidovou dvojvrstvu.

Póry v membránách

Některé z těchto globulárních proteinů mají hydrofilní vnitřní části, které vytvářejí kanály nebo póry, kterými dochází k výměně polárních látek z vnějšku buňky na cytosol a naopak.

Periferní proteiny

Na povrchu cytoplazmatického povrchu buněčné membrány jsou periferní membránové proteiny spojené s vystupujícími částmi některých integrálních proteinů.

Tyto proteiny nepronikají do hydrofobního jádra lipidové dvojvrstvy.

Sacharidový obal

Na obou površích membrány jsou uhlovodíkové molekuly.

Zejména vnější povrch membrány představuje množství glykolipidů. Krátké řetězce uhlohydrátů jsou také vidět exponované a kovalentně připojené k vystupujícím proteinovým částem, nazývaným glykoproteiny.

Tekutost buněčné membrány

Poměr nasycených a nenasycených mastných kyselin

Fluidita membrány závisí hlavně na poměru přítomných nasycených a nenasycených fosfolipidů mastných kyselin. Tato tekutost membrány klesá se zvyšováním podílu fosfolipidů nasycených mastných kyselin vzhledem k nenasyceným.

To je způsobeno skutečností, že soudržnost mezi dlouhými a jednoduchými řetězci nasycených mastných kyselin je větší ve srovnání se soudržností mezi krátkými a nenasycenými řetězci nenasycených mastných kyselin.

Čím větší je soudržnost mezi molekulárními složkami, tím menší bude tekutina membrána.

Cholesterol

Molekuly cholesterolu interagují skrze své tuhé kruhy s uhlovodíkovými řetězci lipidů, zvyšují tuhost membrány a snižují její propustnost.

V membránách většiny eukaryotických buněk, kde je relativně vysoká koncentrace cholesterolu, zabraňuje vazbě uhlíkových řetězců při nízkých teplotách. To zajišťuje zmrazení membrány při nízkých teplotách.

Speciální funkce

Různé typy buněčných membrán vykazují zvláštnosti v množství a typu proteinů a uhlohydrátů, jakož i v různých existujících lipidech.

Tyto zvláštnosti jsou spojeny se specifickými buněčnými funkcemi.

Existují nejen konstitutivní rozdíly mezi membránami eukaryotických a prokaryotických buněk a mezi membránami organel, ale také mezi oblastmi stejné membrány.

Funkce buněčné membrány

Obecné údaje

Buněčná membrána ohraničuje buňku a umožňuje jí udržovat v cytosolu stabilní stav, odlišný od vnějšího prostředí. To prostřednictvím aktivní a pasivní regulace průchodu látek (vody, iontů a metabolitů) navzájem, udržování elektrochemického potenciálu nezbytného pro funkci buněk.

Umožňuje také buňce reagovat na signály z vnějšího prostředí prostřednictvím chemických receptorů na membráně a poskytuje ukotvovací místa pro cytoskeletální vlákna.

V případě eukaryotických buněk se také podílí na vytváření vnitřních kompartmentů a organel se specifickými metabolickými funkcemi.

Funkce proteinů v membráně

Mezi membránové proteiny se specifickými funkcemi patří:

• Enzymy, které katalyzují (urychlují) chemické reakce,
• Membránové receptory zapojené do rozpoznávání a vazby signálních molekul (jako jsou hormony),
• Proteiny transportují látku přes membránu (směrem k cytosolu a odtud směrem ven z buňky). Ty udržují elektrochemický gradient díky transportu iontů.

Funkce vnější skořápky sacharidů

Sacharidy nebo glykolipidy se podílejí na adhezi buněk k sobě navzájem a na procesu rozpoznávání a interakce buněčné membrány s molekulami, jako jsou protilátky, hormony a viry.

Reference

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA a Wiedemann, CG (2003). Cell Biology, krátký kurz. Druhé vydání. Wiley-Liss, str. 535.
2. Engelman, D. (2005). Membrány jsou více mozaiky než tekutiny. Nature 438 (7068), 578-580. doi: 10,1038 / příroda04394
3. Nicolson, GL (2014). Fluidně mozaický model struktury membrány. Po více než 40 letech stále relevantní pro pochopení struktury, funkce a dynamiky biologických membrán. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10,016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biologie. Šesté vydání. MGH. str. 1239.
5. Singer, SJ a Nicolson, GL (1972). Fluidní mozaický model struktury buněčných membrán. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720