BIOMEMBRANES: โครงสร้างและหน้าที่ - ชีววิทยา - 2025

biomembranesมีโครงสร้างแบบไดนามิกมากและ selective ธรรมชาติส่วนใหญ่เป็นไขมันส่วนหนึ่งของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด โดยพื้นฐานแล้วพวกเขามีหน้าที่ในการกำหนดขอบเขตระหว่างสิ่งมีชีวิตและพื้นที่นอกเซลล์นอกเหนือจากการตัดสินใจอย่างมีการควบคุมว่าอะไรสามารถเข้าและออกจากเซลล์ได้

คุณสมบัติของเมมเบรน (เช่นความลื่นไหลและความสามารถในการซึมผ่าน) ถูกกำหนดโดยตรงโดยประเภทของไขมันความอิ่มตัวและความยาวของโมเลกุลเหล่านี้ เซลล์แต่ละประเภทมีเมมเบรนที่มีองค์ประกอบลักษณะของไขมันโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตซึ่งช่วยให้สามารถทำหน้าที่ได้

ที่มา: งานอนุพันธ์: Dhatfield (พูดคุย) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * งานอนุพันธ์: Dhatfield (พูดคุย) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz

โครงสร้าง

แบบจำลองที่ยอมรับในปัจจุบันสำหรับการอธิบายโครงสร้างของเยื่อชีวภาพเรียกว่า "โมเสคของเหลว" ได้รับการพัฒนาในปี 1972 โดยนักวิจัย S.Jon Singer และ Garth Nicolson

กระเบื้องโมเสคคือการรวมกันขององค์ประกอบที่แตกต่างกัน ในกรณีของเยื่อหุ้มเซลล์องค์ประกอบเหล่านี้ประกอบด้วยไขมันและโปรตีนประเภทต่างๆ ส่วนประกอบเหล่านี้ไม่คงที่: ในทางกลับกันเมมเบรนมีลักษณะเป็นแบบไดนามิกมากโดยที่ไขมันและโปรตีนเคลื่อนไหวตลอดเวลา '

ในบางกรณีเราสามารถพบคาร์โบไฮเดรตที่เชื่อมต่อกับโปรตีนบางชนิดหรือกับไขมันที่สร้างเยื่อหุ้มเซลล์ ต่อไปเราจะสำรวจส่วนประกอบหลักของเมมเบรน

-Lipids

ลิปิดเป็นโพลีเมอร์ทางชีวภาพที่ประกอบด้วยโซ่คาร์บอนซึ่งมีลักษณะสำคัญคือไม่สามารถละลายได้ในน้ำ แม้ว่าพวกมันจะทำหน้าที่ทางชีวภาพได้หลายอย่าง แต่สิ่งที่โดดเด่นที่สุดคือบทบาทโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์

ไขมันที่มีความสามารถในการสร้างเยื่อชีวภาพประกอบด้วยส่วน apolar (ไม่ละลายในน้ำ) และส่วนที่มีขั้ว (ละลายในน้ำ) โมเลกุลประเภทนี้เรียกว่าแอมฟิพาทิก โมเลกุลเหล่านี้คือฟอสโฟลิปิด

ไขมันมีพฤติกรรมอย่างไรในน้ำ?

เมื่อฟอสโฟลิปิดสัมผัสกับน้ำส่วนที่มีขั้วคือส่วนที่สัมผัสกับมันจริงๆ ในทางตรงกันข้าม "หาง" ที่ไม่ชอบน้ำมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันพยายามที่จะหลบหนีของเหลว ในการแก้ปัญหาไขมันสามารถได้รับสองรูปแบบขององค์กร: micelles หรือ lipid bilayers

Micelles เป็นกลุ่มไขมันขนาดเล็กโดยที่หัวขั้วจะถูกจัดกลุ่ม "มอง" ที่น้ำและหางจะรวมกันเป็นกลุ่มภายในทรงกลม Bilayers ตามชื่อของพวกเขาคือฟอสโฟลิปิดสองชั้นที่ส่วนหัวหันเข้าหาน้ำและหางของแต่ละชั้นมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

การก่อตัวเหล่านี้เกิดขึ้นเองโดยธรรมชาติ นั่นคือไม่จำเป็นต้องใช้พลังงานในการขับเคลื่อนการก่อตัวของไมเซลส์หรือบิลเลเยอร์

คุณสมบัติของแอมฟิพาทิกนี้ไม่ต้องสงสัยเลยว่าเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุดของไขมันบางชนิดเนื่องจากอนุญาตให้มีการแบ่งส่วนของชีวิต

เยื่อบางส่วนไม่เหมือนกัน

ในแง่ขององค์ประกอบของไขมันไม่ใช่ว่าเยื่อชีวภาพทั้งหมดจะเหมือนกัน สิ่งเหล่านี้แตกต่างกันไปตามความยาวของโซ่คาร์บอนและความอิ่มตัวระหว่างกัน

โดยการอิ่มตัวเราหมายถึงจำนวนพันธะที่มีอยู่ระหว่างคาร์บอน เมื่อมีพันธะคู่หรือสามพันธะโซ่จะไม่อิ่มตัว

องค์ประกอบไขมันของเมมเบรนจะเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติโดยเฉพาะความลื่นไหล เมื่อมีพันธะคู่หรือสามพันธะคาร์บอนจะ "บิด" สร้างช่องว่างและลดการบรรจุของหางไขมัน

รอยย่นจะลดพื้นผิวสัมผัสกับหางที่อยู่ใกล้เคียง (โดยเฉพาะแรงปฏิสัมพันธ์ของแวนเดอร์วาลส์) ทำให้สิ่งกีดขวางอ่อนแอลง

ในทางตรงกันข้ามเมื่อความอิ่มตัวของโซ่เพิ่มขึ้นปฏิสัมพันธ์ของแวนเดอร์วาลส์จะแข็งแกร่งขึ้นมากทำให้ความหนาแน่นและความแข็งแรงของเมมเบรนเพิ่มขึ้น ในทำนองเดียวกันความแข็งแรงของสิ่งกีดขวางสามารถเพิ่มขึ้นได้หากโซ่ไฮโดรคาร์บอนมีความยาวเพิ่มขึ้น

คอเลสเตอรอลเป็นไขมันอีกประเภทหนึ่งที่เกิดจากการหลอมรวมกันของวงแหวนสี่วง การมีอยู่ของโมเลกุลนี้ยังช่วยปรับการไหลและการซึมผ่านของเมมเบรน คุณสมบัติเหล่านี้อาจได้รับผลกระทบจากตัวแปรภายนอกเช่นอุณหภูมิ

-Proteins

ในเซลล์ปกติมีโปรตีนน้อยกว่าครึ่งหนึ่งขององค์ประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ สามารถพบสิ่งเหล่านี้ฝังอยู่ในเมทริกซ์ไขมันได้หลายวิธี: แบบจุ่มเต็มนั่นคืออินทิกรัล หรือโดยทั่วไปซึ่งมีเพียงบางส่วนของโปรตีนเท่านั้นที่ยึดติดกับไขมัน

โปรตีนถูกใช้โดยโมเลกุลบางชนิดเป็นช่องทางหรือตัวขนส่ง (ของทางเดินที่ใช้งานอยู่หรือแบบพาสซีฟ) เพื่อช่วยให้โมเลกุลที่ชอบน้ำขนาดใหญ่ข้ามอุปสรรคที่เลือกได้ ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดคือโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็นปั๊มโซเดียม - โพแทสเซียม

-Carbohydrates

คาร์โบไฮเดรตสามารถยึดติดกับโมเลกุลทั้งสองที่กล่าวมาแล้ว โดยทั่วไปมักพบโดยรอบเซลล์และมีบทบาทในการทำเครื่องหมายการรับรู้และการสื่อสารของเซลล์ทั่วไป

ตัวอย่างเช่นเซลล์ของระบบภูมิคุ้มกันใช้การทำเครื่องหมายประเภทนี้เพื่อแยกความแตกต่างของสิ่งที่เป็นของตัวเองจากสิ่งแปลกปลอมและทำให้ทราบว่าเซลล์ใดควรถูกโจมตีและไม่ควรโจมตี

คุณสมบัติ

กำหนดขีด จำกัด

กำหนดขีด จำกัด ของชีวิตได้อย่างไร? ผ่าน biomembranes เมมเบรนของแหล่งกำเนิดทางชีววิทยามีหน้าที่ในการกำหนดพื้นที่เซลล์ในทุกรูปแบบของชีวิต คุณสมบัติการแบ่งส่วนนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสร้างระบบสิ่งมีชีวิต

ด้วยวิธีนี้สามารถสร้างสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกันภายในเซลล์โดยมีความเข้มข้นและการเคลื่อนไหวที่จำเป็นของวัสดุที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตอินทรีย์

นอกจากนี้เยื่อชีวภาพยังสร้างขีด จำกัด ภายในเซลล์ซึ่งทำให้เกิดช่องของเซลล์ยูคาริโอตโดยทั่วไป: ไมโทคอนเดรียคลอโรพลาสต์แวคิวโอล ฯลฯ

ชั้นหัวกะทิ

เซลล์ที่มีชีวิตต้องการการเข้าและออกขององค์ประกอบบางอย่างอย่างต่อเนื่องตัวอย่างเช่นการแลกเปลี่ยนไอออนกับสภาพแวดล้อมนอกเซลล์และการขับถ่ายของเสียเป็นต้น

ลักษณะของเมมเบรนทำให้สามารถซึมผ่านสารบางชนิดและไม่ให้สารอื่นซึมผ่านได้ ด้วยเหตุนี้เมมเบรนพร้อมกับโปรตีนที่อยู่ภายในจึงทำหน้าที่เป็น "ผู้เฝ้าประตู" ระดับโมเลกุลที่ควบคุมการแลกเปลี่ยนวัสดุกับสิ่งแวดล้อม

โมเลกุลขนาดเล็กซึ่งไม่มีขั้วสามารถข้ามเมมเบรนได้โดยไม่มีปัญหา ในทางตรงกันข้ามยิ่งโมเลกุลมีขนาดใหญ่และมีขั้วมากขึ้นความยากของเนื้อเรื่องก็จะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน

ยกตัวอย่างเฉพาะโมเลกุลออกซิเจนสามารถเดินทางผ่านเยื่อชีวภาพได้เร็วกว่าคลอไรด์ไอออนหนึ่งพันล้านเท่า

อ้างอิง

1. ฟรีแมน, S. (2016). วิทยาศาสตร์ชีวภาพ. เพียร์สัน
2. Kaiser, CA, Krieger, M. , Lodish, H. , & Berk, A. (2007) อณูชีววิทยาของเซลล์. WH ฟรีแมน
3. Peña, A. (2013). เยื่อหุ้มเซลล์ กองทุนวัฒนธรรมทางเศรษฐกิจ.
4. นักร้อง, SJ, และ Nicolson, GL (2515) แบบจำลองโมเสคของไหลของโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ วิทยาศาสตร์, 175 (4023), 720-731.
5. Stein, W. (2012). การเคลื่อนที่ของโมเลกุลข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ เอลส์