БИОМЕМБРАНИ: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ - БИОЛОГИЯ - 2025

На Biomembranes са структури, много динамични и селективни главно липиден характер, част от клетките на всички живи същества. По същество те са отговорни за установяването на границите между живота и извънклетъчното пространство, в допълнение към решението по контролиран начин какво може да влезе и да напусне клетката.

Свойствата на мембраната (като течливост и пропускливост) се определят директно от типа на липидите, наситеността и дължината на тези молекули. Всеки тип клетки имат мембрана с характерен състав на липиди, протеини и въглехидрати, което й позволява да изпълнява функциите си.

Източник: производна работа: Dhatfield (беседа) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * производна работа: Dhatfield (беседа) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz

структура

В момента приетият модел за описание на структурата на биологичните мембрани се нарича "течна мозайка". Той е разработен през 1972 г. от изследователи С. Джон Сингър и Гарт Николсън.

Мозайка е обединението на различни разнородни елементи. В случая на мембраните тези елементи съдържат различни видове липиди и протеини. Тези компоненти не са статични: напротив, мембраната се характеризира с това, че е изключително динамична, където липидите и протеините са в постоянно движение. "

В някои случаи можем да намерим въглехидрати, закотвени към някои протеини или към липидите, които образуват мембраната. След това ще проучим основните компоненти на мембраните.

-Lipids

Липидите са биологични полимери, изградени от въглеродни вериги, чиято основна характеристика е неразтворимостта във вода. Въпреки че изпълняват множество биологични функции, най-забележителната е тяхната структурна роля в мембраните.

Липидите, които са способни да образуват биологични мембрани, са съставени от аполарна част (неразтворима във вода) и полярна част (разтворима във вода). Тези видове молекули са известни като амфипатични. Тези молекули са фосфолипиди.

Как се държат липидите във вода?

Когато фосфолипидите влизат в контакт с водата, полярната част е тази, която всъщност влиза в контакт с нея. За разлика от тях, хидрофобните "опашки" си взаимодействат помежду си, опитвайки се да избягат от течността. В разтвор липидите могат да придобият два модела на организация: мицели или липидни двуслойности.

Мицелите са малки агрегати от липиди, при които полярните глави са групирани „гледащи“ към водата, а опашките са групирани вътре в сферата. Билайерите, както подсказва името им, са два слоя фосфолипиди, където главите са обърнати към водата, а опашките на всеки от слоевете си взаимодействат помежду си.

Тези образувания възникват спонтанно. Тоест, не е необходима енергия за задвижване на образуването на мицели или бислоеве.

Това амфипатно свойство е, без съмнение, най-важното от определени липиди, тъй като позволява разделянето на живота.

Не всички мембрани са еднакви

По отношение на липидния им състав, не всички биологични мембрани са еднакви. Те варират по отношение на дължината на въглеродната верига и наситеността между тях.

Под насищане имаме предвид броя на връзките, които съществуват между въглеродите. Когато има двойни или тройни връзки, веригата е ненаситена.

Липидният състав на мембраната ще определи неговите свойства, по-специално неговата течливост. Когато има двойни или тройни връзки, въглеродните вериги се „усукват“, създавайки пространства и намалявайки опаковането на липидните опашки.

Извивките намаляват контактната повърхност със съседните опашки (по-специално силите за взаимодействие van der Waals), отслабвайки бариерата.

За разлика от това, когато се увеличи насищането на веригата, взаимодействията van der Waals са много по-силни, увеличавайки плътността и здравината на мембраната. По същия начин силата на преградата може да се увеличи, ако въглеводородната верига се увеличи по дължина.

Холестеролът е друг вид липид, образуван от сливането на четири пръстена. Наличието на тази молекула също помага да се модулира течливостта и пропускливостта на мембраната. Тези свойства могат да бъдат повлияни и от външни променливи, като температура.

-Протеини

В нормална клетка, малко по-малко от половината от състава на мембраната са протеини. Те могат да бъдат открити вградени в липидната матрица по множество начини: напълно потопени, тоест интегрални; или периферно, където само част от протеина е закотвена към липидите.

Протеините се използват от някои молекули като канали или преносители (на активния или пасивния път), за да помогнат на големи хидрофилни молекули да преминат селективната бариера. Най-яркият пример е протеинът, който работи като натриево-калиева помпа.

-Carbohydrates

Въглехидратите могат да бъдат прикрепени към двете споменати по-горе молекули. Те обикновено се намират около клетката и играят роля в общото клетъчно маркиране, разпознаване и комуникация.

Например клетките на имунната система използват този вид маркиране, за да разграничат какво е собственото им от чуждото и по този начин да знаят коя клетка трябва да бъде атакувана и коя не.

Характеристика

Задайте лимити

Как се установяват границите на живота? Чрез биомембрани. Мембраните от биологичен произход са отговорни за разграничаването на клетъчното пространство във всички форми на живот. Това свойство за разделение е от съществено значение за създаването на живи системи.

По този начин вътре в клетката може да се създаде различна среда с необходимите концентрации и движения на материали, които са оптимални за органичните същества.

Освен това биологичните мембрани също установяват граници вътре в клетката, произхождащи от типичните отделения на еукариотни клетки: митохондрии, хлоропласти, вакуоли и др.

селективност

Живите клетки изискват постоянно влизане и излизане на определени елементи, например йонен обмен с извънклетъчната среда и отделяне на отпадъчни вещества.

Природата на мембраната я прави пропусклива за определени вещества и непроницаема за други. Поради тази причина мембраната, заедно с протеините вътре в нея, действат като един вид молекулен „вратар“, който организира обмена на материали с околната среда.

Малките молекули, които не са полярни, могат да преминат през мембраната без проблем. За разлика от това, колкото по-голяма е молекулата и колкото по-полярна е тя, трудността на преминаването се увеличава пропорционално.

За да даде конкретен пример, кислородна молекула може да пътува през биологична мембрана един милиард пъти по-бързо от хлориден йон.

Препратки

1. Фрийман, С. (2016). Биологична наука. Пиърсън.
2. Kaiser, CA, Krieger, M., Lodish, H., & Berk, A. (2007). Молекулярно-клетъчна биология. WH Freeman.
3. Peña, A. (2013). Клетъчни мембрани. Фонд за икономическа култура.
4. Singer, SJ, & Nicolson, GL (1972). Моделът с течна мозайка на структурата на клетъчните мембрани. Наука, 175 (4023), 720-731.
5. Stein, W. (2012). Движението на молекулите през клетъчните мембрани. Elsevier.