Информация

5.2: Структура на мембраната - Биология

5.2: Структура на мембраната - Биология



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Какво ще се научите да правите: Опишете структурата и функцията на мембраните, особено фосфолипидния двуслой

В този резултат ще научим за структурата на мембраните:

Елемент YouTube е изключен от тази версия на текста. Можете да го видите онлайн тук: pb.libretexts.org/biowm/?p=108

Цели на обучението

  • Опишете структурата на клетъчните мембрани
  • Идентифицира компонентите на клетъчната мембрана, включително фосфолипиди, холестерол, протеини и въглехидрати

Клетъчните мембрани са течни

Плазмената мембрана на клетката определя границата на клетката и определя естеството на нейния контакт с околната среда. Клетките изключват някои вещества, поемат други и отделят трети, всички в контролирани количества. Плазмените мембрани обграждат границите на клетките, но вместо да са статична торбичка, те са динамични и постоянно се променят. Плазмената мембрана трябва да бъде достатъчно гъвкава, за да позволи на определени клетки, като червени кръвни клетки и бели кръвни клетки, да променят формата си, докато преминават през тесни капиляри. Това са по-очевидните функции на плазмената мембрана. В допълнение, повърхността на плазмената мембрана носи маркери, които позволяват на клетките да се разпознават една друга, което е жизненоважно, тъй като тъканите и органите се образуват по време на ранното развитие и което по-късно играе роля в разграничаването на „аз“ от „не-сам“ на имунния отговор.

Плазмената мембрана също носи рецептори, които са места на прикрепване за специфични вещества, които взаимодействат с клетката. Всеки рецептор е структуриран да се свързва със специфично вещество. Например повърхностните рецептори на мембраната създават промени във вътрешността, като промени в ензимите на метаболитните пътища. Тези метаболитни пътища може да са жизненоважни за осигуряване на клетката с енергия, за създаване на специфични вещества за клетката или за разграждане на клетъчните отпадъци или токсини за изхвърляне. Рецепторите на външната повърхност на плазмената мембрана взаимодействат с хормони или невротрансмитери и позволяват на техните съобщения да се предават в клетката. Някои сайтове за разпознаване се използват от вируси като точки за прикачване. Въпреки че са силно специфични, патогени като вируси могат да се развият, за да използват рецептори, за да влязат в клетката, като имитират специфичното вещество, което рецепторът трябва да свърже. Тази специфика помага да се обясни защо вирусът на човешкия имунодефицит (HIV) или някой от петте типа хепатитни вируси нахлуват само в специфични клетки.

Клетъчните мембрани са мозайки

През 1972 г. S. J. Singer и Garth L. Nicolson предложиха нов модел на плазмената мембрана, който, в сравнение с по-ранното разбиране, обяснява по-добре както микроскопските наблюдения, така и функцията на плазмената мембрана. Това се наричаше модел на флуидна мозайка. Моделът се е развил до известна степен с течение на времето, но все пак най-добре отчита структурата и функциите на плазмената мембрана, както сега ги разбираме. Моделът на флуидна мозайка описва структурата на плазмената мембрана като мозайка от компоненти – включително фосфолипиди, холестерол, протеини и въглехидрати – в които компонентите могат да текат и да променят позицията си, като същевременно поддържат основната цялост на мембраната. Както фосфолипидните молекули, така и вградените протеини са в състояние да дифундират бързо и странично в мембраната. Течливостта на плазмената мембрана е необходима за дейността на определени ензими и транспортни молекули в мембраната. Плазмените мембрани са с дебелина от 5-10 nm. За сравнение, човешките червени кръвни клетки, видими чрез светлинна микроскопия, са с дебелина приблизително 8 µm или приблизително 1000 пъти по-дебели от плазмената мембрана. (Фигура 1)

Плазмената мембрана е изградена предимно от двоен слой фосфолипиди с вградени протеини, въглехидрати, гликолипиди и гликопротеини, а в животинските клетки и холестерол. Количеството холестерол в животинските плазмени мембрани регулира течливостта на мембраната и се променя в зависимост от температурата на околната среда на клетката. С други думи, холестеролът действа като антифриз в клетъчната мембрана и е в по-голямо количество при животни, които живеят в студен климат.

Основната тъкан на мембраната е съставена от два слоя фосфолипидни молекули, а полярните краища на тези молекули (които изглеждат като колекция от топки в представянето на модела на художник) (Фигура 1) са в контакт с водна течност и двете вътре и извън клетката. По този начин и двете повърхности на плазмената мембрана са хидрофилни. За разлика от тях, вътрешността на мембраната, между двете й повърхности, е хидрофобна или неполярна област поради опашките на мастните киселини. Този регион не привлича вода или други полярни молекули.

Протеините съставляват втория основен химичен компонент на плазмените мембрани. Интегралните протеини са вградени в плазмената мембрана и могат да обхващат цялата или част от мембраната. Интегралните протеини могат да служат като канали или помпи за преместване на материали в или извън клетката. Периферните протеини се намират на външните или вътрешните повърхности на мембраните, прикрепени или към интегрални протеини, или към фосфолипидни молекули. Както интегралните, така и периферните протеини могат да служат като ензими, като структурни връзки за влакната на цитоскелета или като част от местата за разпознаване на клетката.

Въглехидратите са третият основен компонент на плазмените мембрани. Те винаги се намират на външната повърхност на клетките и са свързани или с протеини (образувайки гликопротеини), или с липиди (образуващи гликолипиди). Тези въглехидратни вериги могат да се състоят от 2-60 монозахаридни единици и могат да бъдат прави или разклонени. Заедно с периферните протеини въглехидратите образуват специализирани места на клетъчната повърхност, които позволяват на клетките да се разпознават взаимно.

Опитай

Специфични гликопротеинови молекули, изложени на повърхността на клетъчните мембрани на клетките гостоприемници, се експлоатират от много вируси, за да заразят специфични органи. Например, ХИВ е в състояние да проникне през плазмените мембрани на специфични видове бели кръвни клетки, наречени Т-хелперни клетки и моноцити, както и в някои клетки на централната нервна система. Вирусът на хепатита атакува само чернодробните клетки.

Тези вируси са в състояние да нахлуят в тези клетки, тъй като клетките имат места на свързване по повърхността си, които вирусите са използвали с еднакво специфични гликопротеини в техните обвивки. (Фигура 2). Клетката е измамена от мимикрията на молекулите на вирусната обвивка и вирусът е в състояние да влезе в клетката. Други места за разпознаване на повърхността на вируса взаимодействат с човешката имунна система, карайки тялото да произвежда антитела. Антителата се произвеждат в отговор на антигените (или протеини, свързани с инвазивни патогени). Същите тези места служат като места за прикрепване на антитела и или унищожават, или инхибират активността на вируса. За съжаление, тези сайтове на ХИВ са кодирани от гени, които се променят бързо, което прави производството на ефективна ваксина срещу вируса много трудно. Вирусната популация в заразения индивид бързо се развива чрез мутация в различни популации или варианти, отличаващи се с разликите в тези места за разпознаване. Тази бърза промяна на вирусните повърхностни маркери намалява ефективността на имунната система на човека при атака срещу вируса, тъй като антителата няма да разпознаят новите вариации на повърхностните модели.

Цели на обучението

Съвременното разбиране за плазмената мембрана се нарича модел на флуидна мозайка. Плазмената мембрана е съставена от двоен слой от фосфолипиди, като техните хидрофобни мастни киселини са в контакт един с друг. Пейзажът на мембраната е осеян с протеини, някои от които обхващат мембраната. Някои от тези протеини служат за транспортиране на материали в или извън клетката. Въглехидратите са прикрепени към някои от протеините и липидите на обърнатата навън повърхност на мембраната. Те образуват комплекси, които функционират за идентифициране на клетката към други клетки. Течният характер на мембраната се дължи на конфигурацията на опашките на мастните киселини, наличието на холестерол, вграден в мембраната (в животинските клетки) и мозаечния характер на протеините и протеин-въглехидратните комплекси, които не са здраво фиксирани в място. Плазмените мембрани обграждат границите на клетките, но вместо да са статична торбичка, те са динамични и постоянно се променят.

Проверете вашето разбиране

Отговорете на въпроса(ите) по-долу, за да видите колко добре разбирате темите, разгледани в предишния раздел. Този кратък тест прави не броете към оценката си в класа и можете да я преподавате неограничен брой пъти.

Използвайте този тест, за да проверите разбирането си и да решите дали (1) да проучите предишния раздел допълнително или (2) да преминете към следващия раздел.


Гледай видеото: Лекция 1. Химический состав клетки. Окштейн., МФТИ (Август 2022).