พลาสม่าเมมเบรน: ลักษณะหน้าที่และโครงสร้าง - ชีววิทยา

เยื่อหุ้มพลาสม่า,เยื่อหุ้มเซลล์, plasmalemma หรือเยื่อหุ้มนิวเคลียสเป็นโครงสร้าง lipidic ที่ล้อมรอบและ delimits เซลล์ที่เป็นองค์ประกอบสำคัญของสถาปัตยกรรมของพวกเขา Biomembranes มีคุณสมบัติในการปิดโครงสร้างบางอย่างกับภายนอก หน้าที่หลักคือทำหน้าที่กั้น

นอกจากนี้ยังควบคุมการขนส่งของอนุภาคที่สามารถเข้าและออกได้ โปรตีนจากเมมเบรนทำหน้าที่เป็น "ประตูโมเลกุล" กับผู้เฝ้าประตูที่ค่อนข้างต้องการ องค์ประกอบของเมมเบรนยังมีส่วนในการจดจำเซลล์

โครงสร้างพวกมันเป็น bilayers ซึ่งประกอบด้วยฟอสโฟลิปิดโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตที่จัดเรียงตามธรรมชาติ ในทำนองเดียวกันฟอสโฟลิปิดหมายถึงสารเรืองแสงที่มีหัวและหาง หางประกอบด้วยโซ่คาร์บอนที่ไม่ละลายในน้ำซึ่งรวมอยู่ด้านใน

แต่หัวจะมีขั้วและให้สภาพแวดล้อมของเซลล์ในน้ำ เมมเบรนเป็นโครงสร้างที่มั่นคงมาก กองกำลังที่รักษาพวกมันเป็นของแวนเดอร์วาลส์ในหมู่ฟอสโฟลิปิดที่ประกอบขึ้น สิ่งนี้ช่วยให้พวกมันล้อมรอบขอบเซลล์ได้อย่างแน่นหนา

อย่างไรก็ตามพวกมันยังค่อนข้างมีชีวิตชีวาและลื่นไหล คุณสมบัติของเมมเบรนแตกต่างกันไปตามชนิดของเซลล์ที่วิเคราะห์ ตัวอย่างเช่นเซลล์เม็ดเลือดแดงต้องยืดหยุ่นเพื่อเคลื่อนผ่านหลอดเลือด

ในทางตรงกันข้ามในเซลล์ประสาทเมมเบรน (ปลอกไมอีลิน) มีโครงสร้างที่จำเป็นเพื่อให้สามารถนำกระแสประสาทได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ลักษณะทั่วไป

โดย Jpablo cad จาก Wikimedia Commons

เมมเบรนเป็นโครงสร้างแบบไดนามิกที่แตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์และองค์ประกอบของไขมัน เมมเบรนมีการปรับเปลี่ยนตามลักษณะดังต่อไปนี้:

ความลื่นไหลของเมมเบรน

เมมเบรนไม่ใช่เอนทิตีแบบคงที่ แต่จะทำงานเหมือนของไหล ระดับความลื่นไหลของโครงสร้างขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ได้แก่ องค์ประกอบของไขมันและอุณหภูมิที่เยื่อสัมผัสถูก

เมื่อพันธะทั้งหมดที่มีอยู่ในโซ่คาร์บอนอิ่มตัวเมมเบรนมีแนวโน้มที่จะทำงานเหมือนเจลและปฏิสัมพันธ์ของแวนเดอร์วาลส์จะคงที่ ในทางตรงกันข้ามเมื่อมีพันธะคู่ปฏิสัมพันธ์จะน้อยลงและความลื่นไหลจะเพิ่มขึ้น

นอกจากนี้ยังมีผลกระทบจากความยาวของโซ่คาร์บอน ยิ่งอยู่นานยิ่งมีปฏิสัมพันธ์กับเพื่อนบ้านมากขึ้นจึงเพิ่มความคล่องแคล่ว เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นความลื่นไหลของเมมเบรนก็เพิ่มขึ้นด้วย

คอเลสเตอรอลมีบทบาทสำคัญในการควบคุมความลื่นไหลและขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของคอเลสเตอรอล เมื่อคิวยาวคอเลสเตอรอลจะทำหน้าที่เป็นตัวทำให้เคลื่อนที่ไม่ได้เหมือนเดิมทำให้การไหลเวียนลดลง ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นในระดับคอเลสเตอรอลปกติ

ผลจะเปลี่ยนแปลงเมื่อระดับคอเลสเตอรอลต่ำลง ด้วยการโต้ตอบกับหางไขมันผลที่เกิดขึ้นคือการแยกตัวของมันทำให้การไหลเวียนลดลง

ความโค้ง

เช่นเดียวกับความลื่นไหลความโค้งของเมมเบรนจะถูกกำหนดโดยไขมันที่ประกอบขึ้นเป็นเมมเบรนแต่ละอัน

ความโค้งขึ้นอยู่กับขนาดของหัวและหางของไขมัน หางยาวและหัวใหญ่แบน ผู้ที่มีศีรษะค่อนข้างเล็กมักจะโค้งมากกว่ากลุ่มก่อนหน้า

คุณสมบัตินี้มีความสำคัญในปรากฏการณ์การระเหยของเมมเบรนการสร้างถุงน้ำคร่ำไมโครวิลลีและอื่น ๆ

การกระจายตัวของไขมัน

"แผ่น" สองแผ่นที่ประกอบขึ้นเป็นเมมเบรนแต่ละแผ่น - โปรดจำไว้ว่ามันเป็น bilayer - ไม่มีส่วนประกอบของไขมันอยู่ภายใน ด้วยเหตุนี้จึงมีการกล่าวว่าการกระจายแบบไม่สมมาตร ข้อเท็จจริงนี้มีผลการทำงานที่สำคัญ

ตัวอย่างเฉพาะคือองค์ประกอบของพลาสมาเมมเบรนของเม็ดเลือดแดง ในเซลล์เม็ดเลือดเหล่านี้จะพบ sphingomyelin และ phosphatidylcholine (ซึ่งสร้างเยื่อที่มีความลื่นไหลสัมพัทธ์มากกว่า) หันหน้าไปทางด้านนอกของเซลล์

ไขมันที่มีแนวโน้มที่จะสร้างโครงสร้างของเหลวมากขึ้นจะเผชิญกับไซโตซอล รูปแบบนี้ไม่ตามด้วยคอเลสเตอรอลซึ่งกระจายเป็นเนื้อเดียวกันมากหรือน้อยในทั้งสองชั้น

คุณสมบัติ

การทำงานของเมมเบรนของเซลล์แต่ละชนิดมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับโครงสร้างของมัน อย่างไรก็ตามพวกเขาตอบสนองฟังก์ชันพื้นฐาน

Biomembranes มีหน้าที่กำหนดสภาพแวดล้อมของเซลล์ ในทำนองเดียวกันมีช่องเยื่อภายในเซลล์

ตัวอย่างเช่นไมโตคอนเดรียและคลอโรพลาสต์ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์และโครงสร้างเหล่านี้มีส่วนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในออร์แกเนลล์เหล่านี้

เมมเบรนควบคุมการผ่านของวัสดุเข้าสู่เซลล์ ด้วยสิ่งกีดขวางนี้วัสดุที่จำเป็นจึงสามารถเข้ามาได้ไม่ว่าจะอยู่เฉยๆหรืออย่างแข็งขัน (โดยต้องใช้ ATP) นอกจากนี้ห้ามใส่วัสดุที่ไม่ต้องการหรือเป็นพิษ

เมมเบรนรักษาองค์ประกอบไอออนิกของเซลล์ในระดับที่เพียงพอโดยผ่านกระบวนการออสโมซิสและการแพร่กระจาย น้ำสามารถไหลได้อย่างอิสระขึ้นอยู่กับการไล่ระดับความเข้มข้น เกลือและสารเมตาบอไลต์มีตัวขนส่งเฉพาะและยังควบคุม pH ของเซลล์

เนื่องจากการมีโปรตีนและช่องบนพื้นผิวของเมมเบรนทำให้เซลล์ข้างเคียงสามารถโต้ตอบและแลกเปลี่ยนวัสดุได้ ด้วยวิธีนี้เซลล์จะรวมตัวกันและเนื้อเยื่อเกิดขึ้น

สุดท้ายเยื่อหุ้มเซลล์มีโปรตีนสัญญาณจำนวนมากและอนุญาตให้มีปฏิสัมพันธ์กับฮอร์โมนสารสื่อประสาทและอื่น ๆ

โครงสร้างและองค์ประกอบ

ส่วนประกอบพื้นฐานของเมมเบรนคือฟอสโฟลิปิด โมเลกุลเหล่านี้เป็นแอมฟิพาทิกมีขั้วและอะโพลาร์โซน ขั้วโลกช่วยให้พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กับน้ำในขณะที่หางเป็นโซ่คาร์บอนที่ไม่ชอบน้ำ

ความสัมพันธ์ของโมเลกุลเหล่านี้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติใน bilayer โดยหางที่ไม่ชอบน้ำมีปฏิสัมพันธ์กันและส่วนหัวจะชี้ออกไปด้านนอก

ในเซลล์สัตว์ขนาดเล็กเราพบไขมันจำนวนมากอย่างไม่น่าเชื่อตามลำดับ 10 ⁹โมเลกุล เยื่อมีความหนาประมาณ 7 นาโนเมตร แกนชั้นในที่ไม่ชอบน้ำในเยื่อเกือบทั้งหมดมีความหนา 3 ถึง 4 นาโนเมตร

ลวดลายโมเสคของไหล

รูปแบบของ biomembranes ในปัจจุบันเรียกว่า "โมเสคของเหลว" ซึ่งคิดค้นขึ้นในปี 1970 โดยนักวิจัย Singer และ Nicolson แบบจำลองเสนอว่าเมมเบรนไม่เพียง แต่สร้างขึ้นจากไขมันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนด้วย คำว่ากระเบื้องโมเสคหมายถึงส่วนผสมนี้

ใบหน้าของพังผืดที่หันหน้าไปทางด้านนอกของเซลล์เรียกว่าใบหน้าภายนอก (exoplasmic face) ในทางตรงกันข้ามใบหน้าด้านในคือไซโตโซลิก

ระบบการตั้งชื่อเดียวกันนี้ใช้กับ biomembranes ที่ประกอบเป็นออร์แกเนลล์ยกเว้นว่าใบหน้าภายนอกในกรณีนี้จะชี้ไปที่ด้านในของเซลล์ไม่ใช่ด้านนอก

ไขมันที่ประกอบเป็นเยื่อไม่คงที่ สิ่งเหล่านี้มีความสามารถในการเคลื่อนที่โดยมีอิสระในระดับหนึ่งในบางภูมิภาคผ่านโครงสร้าง

เมมเบรนประกอบด้วยไขมันพื้นฐานสามประเภท ได้แก่ ฟอสโฟกลีเซอไรด์สฟิงโกลิปิดและสเตียรอยด์ ทั้งหมดเป็นโมเลกุลแอมฟิพาทิก เราจะอธิบายแต่ละกลุ่มโดยละเอียดด้านล่าง:

ประเภทของไขมัน

กลุ่มแรกประกอบด้วยฟอสโฟกลีเซอไรด์มาจากกลีเซอรอล -3- ฟอสเฟต หางซึ่งไม่ชอบน้ำในธรรมชาติประกอบด้วยโซ่กรดไขมันสองสาย ความยาวของโซ่แปรผัน: สามารถมีได้ตั้งแต่ 16 ถึง 18 คาร์บอน พวกเขาสามารถมีพันธะเดี่ยวหรือคู่ระหว่างคาร์บอน

การจำแนกประเภทย่อยของกลุ่มนี้กำหนดโดยประเภทของส่วนหัวที่พวกเขานำเสนอ ฟอสฟาติดิลโคลีนมีมากที่สุดและในหัวมีโคลีน ในประเภทอื่น ๆ โมเลกุลที่แตกต่างกันเช่นเอทานอลามีนหรือซีรีนทำปฏิกิริยากับกลุ่มฟอสเฟต

ฟอสโฟกลีเซอไรด์อีกกลุ่มหนึ่งคือพลาสม่าโลเจน ห่วงโซ่ไขมันเชื่อมโยงกับกลีเซอรอลด้วยพันธะเอสเทอร์ ในทางกลับกันมีโซ่คาร์บอนที่เชื่อมโยงกับกลีเซอรอลผ่านพันธะอีเธอร์ พวกมันมีอยู่มากมายในหัวใจและในสมอง

Sphingolipids มาจาก sphingosine Sphingomyelin เป็น sphingolipid ที่อุดมสมบูรณ์ ไกลโคลิปิดประกอบด้วยส่วนหัวที่ทำจากน้ำตาล

ระดับที่สามและขั้นสุดท้ายของไขมันที่ประกอบขึ้นเป็นเมมเบรนคือสเตียรอยด์ เป็นแหวนที่ทำจากคาร์บอนรวมกันเป็นสี่กลุ่ม คอเลสเตอรอลเป็นสเตียรอยด์ที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์และโดยเฉพาะอย่างยิ่งในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมและแบคทีเรีย

ไขมันแพ

มีพื้นที่เฉพาะของเยื่อหุ้มของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตที่มีความเข้มข้นของคอเลสเตอรอลและสฟิงโกลิปิด โดเมนเหล่านี้เรียกอีกอย่างว่าแพไขมัน

ภายในบริเวณเหล่านี้ยังมีโปรตีนที่แตกต่างกันซึ่งมีหน้าที่ในการส่งสัญญาณของเซลล์ เชื่อกันว่าส่วนประกอบของลิพิดจะปรับส่วนประกอบของโปรตีนในแพ

โปรตีนเมมเบรน

ชุดของโปรตีนถูกยึดไว้ภายในเยื่อหุ้มพลาสมา สิ่งเหล่านี้สามารถเป็นส่วนประกอบที่ยึดติดกับไขมันหรืออยู่บริเวณรอบนอก

ปริพันธ์ผ่านเมมเบรน ดังนั้นจึงต้องมีโดเมนของโปรตีนที่ชอบน้ำและไม่ชอบน้ำเพื่อที่จะทำปฏิกิริยากับส่วนประกอบทั้งหมด

ในโปรตีนที่ยึดติดกับไขมันโซ่คาร์บอนจะยึดติดอยู่ในชั้นใดชั้นหนึ่งของเมมเบรน โปรตีนไม่ได้เข้าไปในพังผืดจริง

ประการสุดท้ายอุปกรณ์ต่อพ่วงไม่ได้ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโซนที่ไม่ชอบน้ำของเมมเบรน แต่สามารถติดได้โดยใช้โปรตีนอินทิกรัลหรือโดยหัวที่มีขั้ว สามารถอยู่ได้ทั้งสองด้านของเมมเบรน

เปอร์เซ็นต์ของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์แต่ละอันแตกต่างกันอย่างมาก: จาก 20% ในเซลล์ประสาทไปจนถึง 70% ในเยื่อไมโทคอนเดรียเนื่องจากต้องการองค์ประกอบโปรตีนจำนวนมากเพื่อทำปฏิกิริยาการเผาผลาญที่เกิดขึ้นที่นั่น

อ้างอิง

คราฟท์, มล. (2013). การจัดระเบียบและหน้าที่ของเมมเบรนในพลาสมา: เคลื่อนย้ายแพไขมัน อณูชีววิทยาของเซลล์, 24 (18), 2765-2768.
Lodish, H. (2002). อณูชีววิทยาของเซลล์. พิมพ์ครั้งที่ 4. การ์แลนด์วิทยาศาสตร์
Lodish, H. (2005). ชีววิทยาระดับเซลล์และโมเลกุล Panamerican Medical Ed.
ลอมบาร์ด, J. (2014). กาลครั้งหนึ่งเยื่อหุ้มเซลล์: 175 ปีของการวิจัยขอบเขตเซลล์ ชีววิทยาโดยตรง, 9 (1), 32.
Thibodeau, GA, Patton, KT และ Howard, K. (1998) โครงสร้างและหน้าที่ Elsevier สเปน

พลาสม่าเมมเบรน: ลักษณะหน้าที่และโครงสร้าง - ชีววิทยา - 2025