2023 Autor: Jake Johnson | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-05-24 23:12
Biološke membrane su neophodne za život, označavaju granice ćelija i dele ćelije u odvojene pregrade. Osim toga, organizuju složene sekvence reakcija, učestvuju u prijemu signala i energetskim transformacijama.
Kakav je molekularni sastav membrana?
Skoro sva njegova masa sastoji se od polarnih lipida i proteina. Nekoliko prisutnih ugljikohidrata se kombinira sa ovim formiranjem složenih molekula. I lipidi i proteini mogu difundirati bočno, a njihove relativne proporcije su različite za svaki tip membrane. Otuda fluid mosaic uzorak kojim je opisan.
Ova difuzija zavisi od temperature, sastava masnih kiselina i sadržaja sterola u membrani. Suočene s promjenama vanjskih uslova, ćelije imaju mehanizme koji im omogućavaju da održe stalnu fluidnost.
Lipidi pod mikroskopom
Osnovni strukturni element membrane je lipidni dvosloj. Lipidi koji ga formiraju su amfipatski, odnosno imaju polarnu regiju koja je u interakciji s vodom (hidrofilna) i drugu nepolarnu (hidrofobnu) koja odbacuje vodu i uspostavlja interakcije s drugim nepolarnim supstancama (hidrofobne interakcije).
Postoje tri vrste lipida koji obavljaju strukturne funkcije: glicerofosfolipidi, sfingolipidi isteroli. Na slici, opšti pregled njihovih struktura.
Zašto usvaja dvoslojnu strukturu?
U zavisnosti od uslova i prirode lipida, u polarnom mediju kao što je vodeni, oni mogu formirati različite vrste agregata:
- micele: formiraju se kada je površina poprečnog presjeka polarne glave veća od površine bočnih lanaca (klinastog oblika).
- dvoslojni: kada je površina poprečnog presjeka polarne glave slična onoj bočnih lanaca, dva monosloja se kombinuju dajući dvodimenzionalni list. Na ovaj način, osim na krajevima, pomiče hidrofobnu regiju od vode.
- liposom: ako se dvosloj presavije na sebe i formira šuplju sferu, više neće biti izložene hidrofobne regije na krajevima, postižući maksimalnu stabilnost u vodenom okruženju. Ove vezikule takođe sadrže vodu unutra, stvarajući izolovani vodeni pretinac. Ovo je oblik koji ćelijske membrane poprimaju.
Kako lipidi doprinose fluidnosti membrane?
Na niskim temperaturama, lipidi se pomeraju vrlo malo i dvosloj usvaja skoro kristalnu (parakristalnu) strukturu. Temperatura prijelaza iz ovog čvrstog u fluidno stanje je specifična za svaku membranu i ovisi o sastavu lipida koju sadrži. Što je veći udio zasićenih masnih kiselina, to je viša i ova temperatura. Zašto?
U zasićenim masnim kiselinama,sve veze ugljik-ugljik su jednostavne, tako da se slobodno rotiraju i mogu se dobro spakovati, favorizirajući parakristalni poredak. Oni nezasićeni, s druge strane, pošto sadrže dvostruke veze, prilikom okretanja ometaju ovo pakovanje.
S druge strane, količina sterola također utiče na temperaturu prijelaza. Njegova ravna, kruta struktura između masnih acilnih lanaca ima dva efekta na tečnost:
- Na temperaturama ispod prelazne temperature, prisustvo sterola sprečava da se masni acilni lanci pakuju zajedno, povećavajući fluidnost.
- Na temperaturama iznad prelazne temperature, kruti prstenasti sistem sterola smanjuje slobodu lanaca da se rotiraju oko veze ugljik-ugljik, smanjujući fluidnost.
Na ovaj način, steroli ublažavaju ekstreme čvrstoće i fluidnosti.
Eksperimentalno je uočeno da, pod različitim uslovima rasta, i mikroorganizmi i životinjske ćelije u kulturi regulišu svoj sastav lipida kako bi postigli stalnu fluidnost.
S druge strane, hemijska analiza eukariotske ćelijske membrane pokazala je da je sastav lipida karakterističan za svako carstvo, vrstu, tkivo i organelu određene vrste ćelije. Nema sumnje da ovo predstavlja evolucijsku prednost, ali što se tiče njegovog funkcionalnog značaja, ostaje još mnogo toga da se otkrije.
Za razmišljanje:
Koja će membrana biti najosjetljivija na raspad topline?
Membrana 1: 100% zasićene masne kiseline.
Membrana 2: 30% nezasićenih masnih kiselina.
