КАКЪВ Е МОДЕЛЪТ С ТЕЧНА МОЗАЙКА? - БИОЛОГИЯ - 2025

Моделът с течна мозайка гласи, че клетъчните мембрани или биомембраните са динамични структури, които представят флуидност на различните им молекулни компоненти, които могат да се движат странично. С други думи, тези компоненти са в движение, а не са статични, както се смяташе по-рано.

Този модел е повдигнат от С. Джонатан Сингър и Гарт. Л. Николсън през 1972 г. и днес е широко приет от научната общност. Всички клетки се съдържат от клетъчна мембрана с особености в нейната конституция и функция.

Фигура 1. Диаграма на модела с течна мозайка. Източник: От LadyofHats Мариана Руис, превод Pilar Saenz, от Wikimedia Commons

Тази мембрана определя границите на клетката, което позволява наличието на разлики между цитозола (или вътрешната клетка) и външната среда. В допълнение, той регулира обмена на вещества между клетката и отвън.

В еукариотните клетки вътрешните мембрани също определят отделения и органели с различни функции, като митохондрии, хлоропласти, ядрена обвивка, ендоплазмен ретикулум, апарат на Голджи, наред с други.

Структура на клетъчната мембрана

Обща част

Клетъчната мембрана се състои от структура, която е непромокаема за водоразтворими молекули и йони с дебелина между 7 и 9 нанометра. Наблюдава се при електронните фотомикрографи като непрекъсната и тънка двойна линия, която заобикаля клетъчната цитоплазма.

Мембраната е съставена от фосфолипиден двуслой, с протеини, вградени в цялата й структура и подредени на повърхността.

Освен това, той съдържа въглехидратни молекули както на повърхности (вътрешни, така и на външни), а в случай на еукариотни животински клетки, той също има молекули на холестерол, пресичани вътре в бислоя.

Фосфолипиден двуслоен

Фосфолипидите са амфипатни молекули, които имат хидрофилен край - край на водата-, и друг хидрофобен, който отблъсква водата-.

Фосфолипидният двуслоен, който изгражда клетъчната мембрана, има хидрофобни (аполарни) вериги, подредени към вътрешността на мембраната, и хидрофилни (полярни) краища, разположени към външната среда.

Така главите на фосфатните групи фосфолипиди са изложени на външната повърхност на мембраната.

Не забравяйте, че както външната среда, така и вътрешната или цитозолът са водни. Това влияе върху подредбата на фосфолипидния двоен слой с полярните му части, взаимодействащи с водата, и хидрофобните й части, образуващи вътрешната матрица на мембраната.

Холестерол

В мембраната на еукариотните животински клетки се откриват молекули на холестерол, вградени в хидрофобните опашки на фосфолипидите.

Тези молекули не се намират в мембраните на прокариотичните клетки, някои протисти, растения и гъбички.

Интегрална мембрана или трансмембранни протеини

Интерперсиран във фосфолипидния двуслой са интегрални мембранни протеини.

Те взаимодействат нековалентно чрез своите хидрофобни части, с липидния двуслоен, локализирайки своите хидрофилни краища към външната водна среда.

Конфигурация на мембранните протеини

Те могат да имат проста конфигурация във формата на прът, със сгъната хидрофобна алфа спирала, вградена във вътрешността на мембраната, и с хидрофилни части, простиращи се отстрани.

Те могат също да представят по-голяма конфигурация, кълбовиден тип и със сложна третична или кватернерна структура.

Последните обикновено пресичат клетъчната мембрана няколко пъти със своите сегменти от повтарящи се алфа спирали, подредени в зигзаг през липидния двуслоен слой.

Пори в мембраните

Някои от тези кълбовидни протеини представят хидрофилни вътрешни части, образувайки канали или пори, през които обмяната на полярни вещества се осъществява от външната страна на клетката до цитозола и обратно.

Периферни протеини

На повърхността на цитоплазменото лице на клетъчната мембрана има протеини на периферната мембрана, свързани с изпъкналите части на някои интегрални протеини.

Тези протеини не проникват в хидрофобното ядро ​​на липидния двуслоен.

Въглехидратно покритие

На двете повърхности на мембраната има молекули въглехидрати.

По-специално, външната повърхност на мембраната представлява изобилие от гликолипиди. Късите вериги от въглехидрати също се виждат изложени и ковалентно прикрепени към стърчащи протеинови части, наречени гликопротеини.

Течливост на клетъчната мембрана

Съотношение наситени спрямо ненаситени мастни киселини

Течността на мембраната зависи главно от съотношението на наситените и ненаситени фосфолипиди на мастни киселини. Тази мембранна флуидност намалява, когато делът на наситените фосфолипиди с верига на мастни киселини се увеличава по отношение на ненаситените.

Това се дължи на факта, че сближаването между дългите и прости вериги от наситени мастни киселини е по-голямо в сравнение с кохезията между късите и ненаситените вериги на ненаситените мастни киселини.

Колкото по-голяма е кохезията между молекулните й компоненти, толкова по-малко течност ще има мембраната.

Холестерол

Молекулите на холестерола взаимодействат чрез своите твърди пръстени с въглеводородните вериги на липидите, повишавайки твърдостта на мембраната и намалявайки пропускливостта на същите.

В мембраните на повечето еукариотни клетки, където има сравнително висока концентрация на холестерол, той не позволява въглеродните вериги да се свързват при ниски температури. Това осигурява замръзването на мембраната при ниски температури.

Специални функции

Различните видове клетъчни мембрани представят особености в тяхното количество и вид протеини и въглехидрати, както и в разнообразието от съществуващи липиди.

Тези особености са свързани с конкретни клетъчни функции.

Съществуват не само конститутивни различия между мембраните на еукариотните и прокариотните клетки и между тези на органелите, но и между регионите на една и съща мембрана.

Функция на клетъчната мембрана

Обща част

Клетъчната мембрана разграничава клетката и й позволява да поддържа стабилно състояние в цитозола, различно от това на външната среда. Това чрез активното и пасивно регулиране на преминаването на вещества (вода, йони и метаболити) помежду си, поддържайки електрохимичния потенциал, необходим за функционирането на клетките.

Той също така позволява на клетката да реагира на сигнали от външната среда чрез химически рецептори на мембраната и осигурява места за закрепване на цитоскелетните нишки.

В случая на еукариотните клетки той участва и в създаването на вътрешни отделения и органели със специфични метаболитни функции.

Функция на протеини в мембраната

Има различни мембранни протеини със специфични функции, сред които можем да споменем:

• Ензими, които катализират (ускоряват) химичните реакции,
• Мембранни рецептори, участващи в разпознаването и свързването на сигнални молекули (като хормони),
• Веществата транспортират веществата през мембраната (към цитозола и от него към външната страна на клетката). Те поддържат електрохимичен градиент благодарение на транспортирането на йони.

Функция на външната въглехидратна обвивка

Въглехидратите или гликолипидите участват в адхезията на клетките помежду си и в процеса на разпознаване и взаимодействие на клетъчната мембрана с молекули като антитела, хормони и вируси.

Препратки

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA и Wiedemann, CG (2003). Клетъчна биология, кратък курс. Второ издание. Wiley-Liss стр. 535.
2. Енгелман, Д. (2005). Мембраните са по-мозаечни, отколкото течни. Природа 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / природа04394
3. Nicolson, GL (2014). Течно-мозаечен модел на мембранната структура. Все още има значение за разбирането на структурата, функцията и динамиката на биологичните мембрани след повече от 40 години. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Биология. Шесто издание. MGH. стр. 1239.
5. Singer, SJ и Nicolson, GL (1972). Моделът с течна мозайка на структурата на клетъчните мембрани. Наука, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / наука.175.4023.720