membraanlipiden
het celmembraan is een dynamische structuur die bestaat uit lipiden, eiwitten en koolhydraten. Het beschermt de cel door materialen te verhinderen lekken uit, controleert wat door het membraan kan ingaan of vertrekken, verstrekt een bindende plaats voor hormonen en andere chemische producten, en dient als identificatiekaart voor het immuunsysteem om tussen “zelf” en “niet-zelf” cellen te onderscheiden., We zullen eerst de anatomie van het celmembraan onderzoeken en daarna verder gaan met de fysiologie van membraantransport.
de fosfolipide bilayer is de belangrijkste stof van het membraan. De structuur van de dubbellaag zorgt ervoor dat het membraan semi-permeabel is. Vergeet niet dat fosfolipidemoleculen amfifilisch zijn, wat betekent dat zij zowel een niet-polair als polair gebied bevatten. Fosfolipiden hebben een polaire kop (het bevat een geladen fosfaatgroep) met twee niet-polaire hydrofobe vetzuurstaarten., De staarten van de fosfolipiden staan tegenover elkaar in de kern van het membraan terwijl elk polair hoofd aan de buitenkant en binnenkant van de cel ligt. Het hebben van de polaire hoofden die naar de externe en interne kanten van het membraan worden georiënteerd trekt andere polaire molecules aan het celmembraan aan. De hydrofobe kern blokkeert de verspreiding van hydrofiele ionen en polaire moleculen. Kleine hydrophobic molecules en gassen, die in de kern van het membraan kunnen oplossen, kruisen het met gemak.
andere moleculen hebben eiwitten nodig om ze over het membraan te transporteren., De proteã nen bepalen de meeste specifieke functies van het membraan. Het plasmamembraan en de membranen van de diverse organellen hebben elk unieke verzamelingen proteã nen. Bijvoorbeeld, tot op heden zijn meer dan 50 soorten eiwitten gevonden in het plasmamembraan van rode bloedcellen.
belang van fosfolipide membraanstructuur
Wat is belangrijk over de structuur van een fosfolipide membraan? Ten eerste is het vloeibaar. Hierdoor kunnen cellen van vorm veranderen, waardoor groei en beweging mogelijk zijn., De vloeibaarheid van het membraan wordt geregeld door de soorten fosfolipiden en de aanwezigheid van cholesterol. Ten tweede is het fosfolipidemembraan selectief permeabel.
het vermogen van een molecuul om door het membraan te gaan hangt af van zijn polariteit en tot op zekere hoogte zijn grootte. Veel apolaire moleculen zoals zuurstof, kooldioxide en kleine koolwaterstoffen kunnen gemakkelijk door celmembranen stromen. Deze eigenschap van membranen is erg belangrijk omdat hemoglobine, het eiwit dat zuurstof in ons bloed draagt, is opgenomen in rode bloedcellen., Zuurstof moet vrij door het membraan kunnen, zodat hemoglobine volledig kan worden geladen met zuurstof in onze longen, en effectief leveren aan onze weefsels. De meeste polaire stoffen worden tegengehouden door een celmembraan, behalve misschien voor kleine polaire verbindingen zoals die ene koolstofalcohol, methanol. Glucose is te groot om zonder hulp door het membraan te gaan en een speciaal transporteiwit brengt het over. Eén type diabetes wordt veroorzaakt door verkeerde regulering van de glucosetransporter. Dit vermindert het vermogen van glucose om de cel in te gaan en resulteert in hoge bloedglucosespiegels., Geladen ionen, zoals natrium (Na+) of kalium (K+) ionen gaan zelden door een membraan, daarom hebben ze ook speciale transportmoleculen nodig om door het membraan te gaan. Het onvermogen van Na+ en K + om door het membraan te gaan staat de cel toe om de concentraties van deze ionen aan de binnenkant of buiten de cel te regelen. De geleiding van elektrische signalen in uw neuronen is gebaseerd op het vermogen van cellen om na+ en K+ niveaus te controleren.
selectief permeabele membranen zorgen ervoor dat cellen de chemie van het cytoplasma anders houden dan die van de externe omgeving., Het staat hen ook toe om chemisch unieke voorwaarden binnen hun organellen te handhaven.
vloeibaarheid van celmembranen
het celmembraan is geen statische structuur. Het is een dynamische structuur die de beweging van fosfolipiden en proteã nen toestaat. Vloeibaarheid is een term die wordt gebruikt om het gemak van beweging van molecules in het membraan te beschrijven en is een belangrijk kenmerk voor celfunctie. Vloeibaarheid is afhankelijk van de temperatuur (verhoogde temperaturen het meer vocht en verlaagde temperaturen maken het meer vast), verzadigde vetzuren en onverzadigde vetzuren., Verzadigde vetzuren maken het membraan minder vloeibaar terwijl onverzadigde vetzuren het meer vloeibaar maken. De juiste verhouding van verzadigde tot onverzadigde vetzuren houdt de membraanvloeistof bij elke temperatuur die bevorderlijk is voor het leven. Wintertarwe reageert bijvoorbeeld op dalende temperaturen door de hoeveelheid onverzadigde vetzuren in celmembranen te verhogen om te voorkomen dat het celmembraan te vast wordt in de kou. In dierlijke cellen helpt cholesterol de verpakking van vetzuurstaarten te voorkomen en verlaagt zo de behoefte aan onverzadigde vetzuren., Dit helpt de vloeibare aard van het celmembraan te handhaven zonder dat het bij lichaamstemperatuur te vloeibaar wordt.
membraaneiwitten
membranen bevatten ook eiwitten, die veel van de functies van het membraan vervullen. Sommige functies van membraaneiwitten zijn:
- Transport. Omdat het plasmamembraan slechts semipermeable is, heeft de cel een manier nodig om grotere materialen in en uit de cel te vervoeren.
- communicatie. Omdat het plasmamembraan de grens van de cel is, is dit waar de cel met zijn omgeving communiceert., Membraanproteã nen kunnen signalen van buiten de cel ontvangen en een keten van gebeurtenissen beginnen die de cel veroorzaken om aan deze signalen te antwoorden.
- metabolisme. Membraanproteã nen kunnen enzymen zijn die bij de chemische reacties van metabolisme betrokken zijn. Dit zijn de processen die de cel toestaan om te groeien, energie te verkrijgen, en afval te elimineren.
- hechting. Membraanproteã nen helpen cellen aan elkaar binden en weefsels vormen. Een voorbeeld hiervan zijn huidcellen, die een strak oppervlak moeten vormen als de huid de juiste integriteit moet behouden., Membraanproteã nen binden ook aan molecules binnen en buiten de cel die de cel helpen zijn structuur handhaven.
membraaneiwitten worden ingedeeld in twee belangrijke categorieën: integrale eiwitten en perifere eiwitten. De integrale membraanproteã nen zijn die proteã nen die in de lipide bilayer worden ingebed en over het algemeen door hun oplosbaarheid in niet-polaire, hydrophobic oplosmiddelen worden gekenmerkt. Transmembrane proteã nen zijn voorbeelden van integrale proteã nen met hydrophobic gebieden die het hydrophobic binnenland van het membraan volledig overspannen., De delen van de proteã ne die aan het binnenland en de buitenkant van de cel worden blootgesteld zijn hydrofiel. De integrale proteã nen kunnen als poriën dienen die selectief ionen of voedingsstoffen en afval in of uit de cel toestaan. Zij kunnen signalen over het membraan ook overbrengen.
In tegenstelling tot integrale proteã nen die het membraan overspannen, verblijven de perifere proteã nen aan slechts één kant van het membraan en zijn vaak in bijlage aan integrale proteã nen. Sommige perifere proteã nen dienen als ankerpunten voor de cytoskeleton of extracellulaire vezels. Eiwitten zijn veel groter dan lipiden en bewegen langzamer., Sommige bewegen op een schijnbaar gerichte manier, terwijl anderen drijven. Sommigen zijn glycoproteïnen die een koolhydraatgroep in bijlage aan de proteã ne hebben. Deze zijn aan de buitenkant van het membraan en belangrijk voor celherkenning, werken zij als een cellulaire identificatiekaart.
Membraancarbohydraten
het extracellulaire oppervlak van het celmembraan is versierd met koolhydraatgroepen die aan lipiden en eiwitten zijn gehecht. Koolhydraten worden toegevoegd aan lipiden en eiwitten door een proces genaamd glycosylatie, en worden glycolipiden of glycoproteïnen genoemd., Deze korte koolhydraten, of oligosacchariden, zijn meestal ketens van 15 of minder suikermoleculen. Oligosacchariden geven een celidentiteit (d.w.z., onderscheidend “zelf” van “nietzelf”) en zijn de onderscheidende factor in menselijke bloedtypes en transplantaatafstoting.
membranen zijn asymmetrisch
zoals hierboven besproken en op de foto te zien is, is het celmembraan asymmetrisch. Het extracellulaire gezicht van het membraan is in contact met de extracellulaire matrijs. De extracellulaire kant van het membraan bevat oligosacchariden die de cel als “zelf onderscheiden.,”Het bevat ook het einde van integrale eiwitten die interageren met signalen van andere cellen en de extracellulaire omgeving aanvoelen. Het binnenmembraan is in contact met de inhoud van de cel. Deze kant van het membraan verankert aan cytoskeleton en bevat het einde van integrale proteã nen die signalen doorgeven die aan de externe kant worden ontvangen.
samenvatting: membranen als mozaïeken van structuur en functie
het biologische membraan is een collage van veel verschillende eiwitten die zijn ingebed in de vloeibare matrix van de lipide bilayer., De lipide bilayer is de belangrijkste stof van het membraan, en zijn structuur leidt tot een semipermeable membraan. De hydrophobic kern belemmert de verspreiding van hydrofiele structuren zoals ionen en polaire molecules, maar staat hydrophobic molecules toe, die in het membraan kunnen oplossen, om het met gemak te kruisen.