Plasmamembran Eigenschaften, Funktionen und Struktur

Die Plasmamembran,zellulares mebrana, plasmalemma oder cytoplasmatische membran, ist eine struktur der lipidnatur, die die zellen umgibt und abgrenzt und ein unverzichtbarer bestandteil ihrer architektur ist. Biomembranen haben die Eigenschaft, mit ihrem Äußeren eine bestimmte Struktur zu umschließen. Seine Hauptfunktion besteht darin, als Barriere zu dienen.

Darüber hinaus steuert es den Transport von Partikeln, die ein- und austreten können. Membranproteine ​​fungieren als "molekulare Türen" mit ziemlich anspruchsvollen Gatekeepern. Die Zusammensetzung der Membran spielt auch eine Rolle bei der zellulären Erkennung.

Strukturell sind sie Doppelschichten, die von natürlich vorkommenden Phospholipiden, Proteinen und Kohlenhydraten gebildet werden. Analog stellt ein Phospholipid einen Phosphor mit einem Kopf und einem Schwanz dar. Der Schwanz besteht aus in Wasser unlöslichen kohlensäurehaltigen Ketten, die nach innen gruppiert sind.

Im Gegensatz dazu sind die Köpfe polar und geben der wässrigen Zelle Umgebung. Die Membranen sind extrem stabile Strukturen. Die Kräfte, die sie aufrechterhalten, sind die von van der Waals, unter den Phospholipiden, die sie bilden; Dadurch können sie den Rand der Zellen fest umgeben.

Sie sind jedoch auch sehr dynamisch und flüssig. Die Eigenschaften der Membranen variieren entsprechend dem analysierten Zelltyp. Zum Beispiel müssen rote Blutzellen elastisch sein, um sich durch Blutgefäße zu bewegen.

Im Gegensatz dazu hat die Membran (Myelinscheide) in Neuronen die Struktur, die notwendig ist, um die Leitung des Nervenimpulses effizient zu ermöglichen.

Index

• 1 Allgemeine Eigenschaften
  • 1.1 Fließfähigkeit der Membran
  • 1.2 Krümmung
  • 1.3 Lipidverteilung
• 2 Funktionen
• 3 Struktur und Zusammensetzung
  • 3.1 Strömungsmosaikmodell
  • 3.2 Arten von Lipiden
  • 3.3 Lipidflöße
  • 3.4 Membranproteine
• 4 Referenzen

Allgemeine Eigenschaften

Membranen sind ziemlich dynamische Strukturen, die in Abhängigkeit vom Zelltyp und der Zusammensetzung ihrer Lipide stark variieren. Die Membranen werden gemäß diesen Eigenschaften in der folgenden Weise modifiziert:

Fluidität der Membran

Die Membran ist keine statische Einheit, sie verhält sich wie eine Flüssigkeit. Der Grad der Fluidität der Struktur hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Lipidzusammensetzung und der Temperatur, bei der die Membranen exponiert sind.

Wenn alle Bindungen, die in den Kohlenstoffketten existieren, gesättigt sind, neigt die Membran dazu, sich wie ein Gel zu verhalten, und die Van-der-Waals-Wechselwirkungen sind stabil. Umgekehrt, wenn Doppelbindungen vorhanden sind, sind die Wechselwirkungen kleiner und die Fließfähigkeit nimmt zu

Darüber hinaus wirkt sich die Länge der Kohlenstoffkette aus. Je länger es ist, desto mehr Wechselwirkungen treten mit seinen Nachbarn auf und erhöhen so die Fließfähigkeit. Mit steigender Temperatur nimmt auch die Fließfähigkeit der Membran zu.

Cholesterin spielt eine unverzichtbare Rolle bei der Regulierung der Fluidität und hängt von den Cholesterinkonzentrationen ab. Wenn die Schwänze lang sind, wirkt Cholesterin als Wegfahrsperre für sie und verringert die Fließfähigkeit. Dieses Phänomen tritt bei normalen Cholesterinspiegeln auf.

Die Wirkung ändert sich, wenn die Cholesterinkonzentrationen niedriger sind. Bei der Wechselwirkung mit den Lipidschwänzen ist der Effekt, der diese verursacht, die Trennung von diesen, was die Fluidität verringert.

Krümmung

Wie die Fluidität wird die Krümmung der Membran durch die Lipide bestimmt, die insbesondere jede Membran bilden.

Die Krümmung hängt von der Größe des Lipid- und Schwanzkopfes ab. Diejenigen mit langen Schwänzen und großen Köpfen sind flach; Diejenigen mit relativ kleineren Köpfen tendieren dazu, viel mehr zu krümmen als die vorherige Gruppe.

Diese Eigenschaft ist unter anderem bei Phänomenen der Membranausstülpung, Vesikelbildung, Mikrovilli wichtig.

Lipidverteilung

Die zwei "Blätter", die jede Membran bilden - wir erinnern uns, dass es eine Doppelschicht ist - haben nicht die gleiche Zusammensetzung von Lipiden darin; daher wird gesagt, dass die Verteilung asymmetrisch ist. Diese Tatsache hat wichtige funktionelle Konsequenzen.

Ein spezifisches Beispiel ist die Zusammensetzung der Plasmamembran von Erythrozyten. In diesen Blutzellen finden sich Sphingomyelin und Phosphatidylcholin (die Membranen mit einer größeren relativen Fluidität bilden), indem sie der Außenseite der Zelle zugewandt sind.

Lipide, die dazu neigen, flüssigere Strukturen zu bilden, sind dem Zytosol zugewandt. Diesem Muster folgt kein Cholesterin, das in beiden Schichten mehr oder weniger homogen verteilt ist.

Funktionen

Die Funktion der Membran jedes Zelltyps ist eng mit seiner Struktur verbunden. Sie erfüllen jedoch grundlegende Funktionen.

Die Biomembranen sind verantwortlich für die Abgrenzung der zellulären Umgebung. In ähnlicher Weise gibt es membranartige Kompartimente innerhalb der Zelle.

Zum Beispiel sind Mitochondrien und Chloroplasten von Membranen umgeben und diese Strukturen sind an den biochemischen Reaktionen beteiligt, die in diesen Organellen auftreten.

Die Membranen regulieren den Durchgang von Materialien zur Zelle.Dank dieser Barriere können die notwendigen Materialien entweder passiv oder aktiv (mit der Notwendigkeit für ATP) eintreten. Auch unerwünschte oder giftige Stoffe gelangen nicht hinein.

Die Membranen halten die Ionenzusammensetzung der Zelle auf geeigneten Niveaus durch die Prozesse der Osmose und Diffusion aufrecht. Wasser kann sich abhängig von seinem Konzentrationsgradienten frei bewegen. Salze und Metaboliten haben spezifische Transporter und regulieren auch den pH-Wert der Zelle.

Dank der Anwesenheit von Proteinen und Kanälen auf der Oberfläche der Membran können benachbarte Zellen interagieren und Materialien austauschen. Auf diese Weise kommen die Zellen zusammen und das Gewebe wird gebildet.

Schließlich beherbergen die Membranen eine signifikante Anzahl von Signalproteinen und ermöglichen unter anderem die Interaktion mit Hormonen, Neurotransmittern.

Struktur und Zusammensetzung

Die Grundkomponente der Membranen sind die Phospholipide. Diese Moleküle sind amphipathisch, sie haben eine polare und eine apolare Zone. Die Polar ermöglicht ihnen die Wechselwirkung mit Wasser, während der Schwanz eine hydrophobe Kohlenstoffkette ist.

Die Assoziation dieser Moleküle erfolgt spontan in der Doppelschicht, wobei die hydrophoben Schwänze miteinander wechselwirken und die Köpfe nach außen zeigen.

In einer kleinen Tierzelle finden wir eine unglaublich große Anzahl von Lipiden in der Größenordnung von 10⁹ Moleküle Die Membranen haben eine Dicke von ungefähr 7 nm. Der hydrophobe innere Kern nimmt in fast allen Membranen eine Dicke von 3 bis 4 nm ein.

Flüssiges Mosaikmodell

Das Modell, das derzeit von Biomembranen gehandhabt wird, ist bekannt als "flüssiges Mosaik", das in den 70er Jahren von den Forschern Singer und Nicolson entwickelt wurde. Das Modell schlägt vor, dass die Membranen nicht nur aus Lipiden, sondern auch aus Kohlenhydraten und Proteinen gebildet werden. Der Begriff Mosaik bezieht sich auf diese Mischung.

Die Seite der Membran, die zur Außenseite der Zelle zeigt, wird als die Exoplasmafläche bezeichnet. Im Gegensatz dazu ist die Innenseite die zytosolische.

Dieselbe Nomenklatur wird auf die Biomembranen angewendet, aus denen die Organellen bestehen, mit der Ausnahme, dass die Exoplasmafläche in diesem Fall auf das Innere der Zelle und nicht nach außen zeigt.

Die Lipide, aus denen die Membranen bestehen, sind nicht statisch. Diese haben die Fähigkeit, sich mit gewissen Freiheitsgraden in bestimmten Regionen durch die Struktur zu bewegen.

Die Membranen bestehen aus drei grundlegenden Arten von Lipiden: Phosphoglyceriden, Sphingolipiden und Steroiden; sie sind alle amphipathische Moleküle. Als nächstes werden wir jede Gruppe im Detail beschreiben:

Arten von Lipiden

Die erste Gruppe, bestehend aus Phosphoglyceriden, stammt aus Glycerin-3-phosphat. Der Schwanz mit hydrophobem Charakter besteht aus zwei Fettsäureketten. Die Länge der Ketten ist variabel: Sie können 16 bis 18 Kohlenstoffatome haben. Sie können Einzel- oder Doppelbindungen zwischen den Kohlenstoffen haben.

Die Untergliederung dieser Gruppe ergibt sich aus der Art des Kopfes, den sie darstellen. Phosphatidylcholine sind am häufigsten und der Kopf enthält Cholin. Bei anderen Arten interagieren verschiedene Moleküle wie Ethanolamin oder Serin mit der Phosphatgruppe.

Eine andere Gruppe von Phosphoglyceriden sind die Plasmalogene. Die Lipidkette ist über eine Esterbindung mit Glycerin verbunden; Im Gegenzug gibt es eine Kohlenstoffkette, die über eine Etherbindung mit Glycerin verknüpft ist. Sie sind reichlich im Herzen und im Gehirn.

Sphingolipide kommen von Sphingosin. Sphingomyelin ist ein reichlich vorhandenes Sphingolipid. Die Glycolipide bestehen aus Köpfen, die aus Zuckern gebildet sind.

Die dritte und letzte Klasse von Lipiden, aus denen die Membranen bestehen, sind Steroide. Sie sind Ringe aus Kohlenstoffen, die in Vierergruppen vereinigt sind. Cholesterin ist ein Steroid, das in Membranen vorhanden ist und besonders häufig in Säugetieren und Bakterien vorkommt.

Lipid-Flöße

Es gibt spezifische Zonen der Membranen von eukaryotischen Organismen, in denen Cholesterin und Sphingolipide konzentriert sind. Diese Domänen sind auch bekannt als Flöße Lipid

Innerhalb dieser Regionen beherbergen sie auch verschiedene Proteine, deren Funktionen zelluläre Signalgebung sind. Es wird angenommen, dass die Lipidkomponenten die Proteinkomponenten in den Flößen modulieren.

Membranproteine

Innerhalb der Plasmamembran sind eine Reihe von Proteinen verankert. Diese können integral, an den Lipiden verankert oder in der Peripherie lokalisiert sein.

Die Integrale gehen durch die Membran. Daher müssen sie hydrophile und hydrophobe Proteindomänen besitzen, um mit allen Komponenten interagieren zu können.

In den Proteinen, die an Lipiden verankert sind, ist die Kohlenstoffkette in einer der Schichten der Membran verankert. Das Protein dringt nicht wirklich in die Membran ein.

Schließlich interagieren die peripheren nicht direkt mit der hydrophoben Zone der Membran. Im Gegenteil, sie können durch ein integrales Protein oder durch die polaren Köpfe verbunden werden. Sie können sich auf beiden Seiten der Membran befinden.

Der prozentuale Anteil an Proteinen in jeder Membran variiert stark: von 20% in den Neuronen bis zu 70% in der mitochondrialen Membran, da sie eine große Menge an Proteinelementen benötigt, um die metabolischen Reaktionen durchzuführen, die dort auftreten.

Referenzen

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