แบบจำลองโมเสคของไหลคืออะไร? - ชีววิทยา - 2026

ของเหลวรูปแบบโมเสคระบุว่าเยื่อหุ้มเซลล์หรือ biomembranes มีโครงสร้างแบบไดนามิกที่ปัจจุบันการไหลของส่วนประกอบของโมเลกุลที่แตกต่างกันของพวกเขาซึ่งสามารถย้ายไปด้านข้าง นั่นคือส่วนประกอบเหล่านี้เคลื่อนที่และไม่อยู่นิ่งอย่างที่เคยเชื่อกันมาก่อน

โมเดลนี้ได้รับการเลี้ยงดูโดย S. Jonathan Singer และ Garth L. Nicolson ในปีพ. ศ. 2515 และปัจจุบันได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางจากชุมชนวิทยาศาสตร์ เซลล์ทั้งหมดมีเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีลักษณะเฉพาะในโครงสร้างและหน้าที่ของมัน

รูปที่ 1. แผนผังของแบบจำลองโมเสคของไหล ที่มา: โดย LadyofHats Mariana Ruiz แปล Pilar Saenz ผ่าน Wikimedia Commons

เยื่อหุ้มเซลล์นี้กำหนดขีด จำกัด ของเซลล์ทำให้สามารถมีความแตกต่างระหว่างไซโตซอล (หรือภายในเซลล์) กับสภาพแวดล้อมภายนอกได้ นอกจากนี้ยังควบคุมการแลกเปลี่ยนสารระหว่างเซลล์กับภายนอก

ในเซลล์ยูคาริโอตเยื่อหุ้มภายในยังกำหนดช่องและออร์แกเนลล์ที่มีหน้าที่แตกต่างกันเช่นไมโตคอนเดรียคลอโรพลาสต์ซองนิวเคลียร์เอนโดพลาสมิกเรติคูลัมอุปกรณ์กอลจิเป็นต้น

โครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์

generalities

เยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยโครงสร้างที่โมเลกุลที่ละลายน้ำไม่ได้และไอออนที่มีความหนาระหว่าง 7 ถึง 9 นาโนเมตร สังเกตได้ในโฟโตพลาสซึมของอิเล็กตรอนเป็นเส้นคู่ที่ต่อเนื่องและบาง ๆ ที่ล้อมรอบไซโทพลาซึมของเซลล์

เมมเบรนประกอบด้วย bilayer ฟอสโฟลิปิดโดยมีโปรตีนฝังอยู่ทั่วโครงสร้างและจัดเรียงบนพื้นผิว

นอกจากนี้ยังมีโมเลกุลของคาร์โบไฮเดรตบนพื้นผิวทั้งสอง (ภายในและภายนอก) และในกรณีของเซลล์สัตว์ยูคาริโอตก็มีโมเลกุลของคอเลสเตอรอลแทรกอยู่ภายใน bilayer ด้วย

Phospholipid bilayer

ฟอสโฟลิปิดเป็นโมเลกุลแอมฟิพาทิกที่มีส่วนปลายที่ชอบน้ำ - ปลายน้ำ - และอีกตัวที่ไม่ชอบน้ำ - ซึ่งขับไล่น้ำ -

phospholipid bilayer ที่ประกอบเป็นเยื่อหุ้มเซลล์มีสายโซ่ที่ไม่ชอบน้ำ (apolar) ที่จัดเรียงไปทางด้านในของเมมเบรนและปลายที่ชอบน้ำ (ขั้ว) ซึ่งอยู่ในสภาพแวดล้อมภายนอก

ดังนั้นส่วนหัวของกลุ่มฟอสเฟตของฟอสโฟลิปิดจึงสัมผัสกับผิวด้านนอกของเมมเบรน

โปรดจำไว้ว่าทั้งสภาพแวดล้อมภายนอกและภายในหรือไซโตซอลเป็นน้ำ สิ่งนี้มีผลต่อการจัดเรียงของชั้นสองชั้นของฟอสโฟลิปิดโดยมีส่วนที่มีขั้วของมันที่ทำปฏิกิริยากับน้ำและส่วนที่ไม่ชอบน้ำจะสร้างเมทริกซ์ภายในของเมมเบรน

คอเลสเตอรอล

ในเยื่อหุ้มเซลล์สัตว์ยูคาริโอตจะพบโมเลกุลของคอเลสเตอรอลที่ฝังอยู่ในหางของฟอสโฟลิปิดที่ไม่ชอบน้ำ

ไม่พบโมเลกุลเหล่านี้ในเยื่อหุ้มเซลล์โปรคาริโอตโพรทิสต์พืชและเชื้อราบางชนิด

อินทิกรัลเมมเบรนหรือโปรตีนทรานส์เมมเบรน

ที่กระจายอยู่ภายใน bilayer ของ phospholipid เป็นโปรตีนเมมเบรน

สิ่งเหล่านี้ทำปฏิกิริยาที่ไม่ใช่โควาเลนต์ผ่านส่วนที่ไม่ชอบน้ำโดยมี lipid bilayer หาตำแหน่งที่ไม่ชอบน้ำไปยังตัวกลางที่เป็นน้ำภายนอก

การกำหนดค่าโปรตีนเมมเบรน

พวกเขาสามารถมีโครงร่างที่เป็นรูปแท่งอย่างง่ายโดยมีเกลียวอัลฟาที่ไม่ชอบน้ำแบบพับได้ฝังอยู่ในด้านในเมมเบรนและมีส่วนที่ชอบน้ำยื่นออกไปด้านข้าง

นอกจากนี้ยังสามารถนำเสนอโครงร่างที่ใหญ่ขึ้นประเภททรงกลมและโครงสร้างระดับตติยภูมิหรือควอเทอร์นารีที่ซับซ้อน

ส่วนหลังมักจะข้ามเยื่อหุ้มเซลล์หลาย ๆ ครั้งโดยมีส่วนของแอลฟาแอลฟาซ้ำ ๆ เรียงกันเป็นฟันปลาผ่าน bilayer ของไขมัน

รูขุมขนในเยื่อ

โปรตีนทรงกลมเหล่านี้บางส่วนมีส่วนภายในที่ชอบน้ำสร้างช่องทางหรือรูพรุนซึ่งการแลกเปลี่ยนสารโพลาร์เกิดขึ้นจากภายนอกเซลล์ไปยังไซโตซอลและในทางกลับกัน

โปรตีนอุปกรณ์ต่อพ่วง

บนผิวหน้าไซโตพลาสซึมของเยื่อหุ้มเซลล์มีโปรตีนเยื่อหุ้มรอบนอกซึ่งเชื่อมโยงกับส่วนที่ยื่นออกมาของโปรตีนอินทิกรัลบางส่วน

โปรตีนเหล่านี้จะไม่ทะลุผ่านแกนกลางที่ไม่ชอบน้ำของ lipid bilayer

คาร์โบไฮเดรต

มีโมเลกุลของคาร์โบไฮเดรตอยู่บนพื้นผิวทั้งสองของเมมเบรน

โดยเฉพาะอย่างยิ่งผิวด้านนอกของเมมเบรนจะมีไกลโคลิปิดจำนวนมาก นอกจากนี้ยังเห็นคาร์โบไฮเดรตโซ่สั้น ๆ สัมผัสและโควาเลนต์ติดอยู่กับส่วนของโปรตีนที่ยื่นออกมาเรียกว่าไกลโคโปรตีน

ความลื่นไหลของเยื่อหุ้มเซลล์

อัตราส่วนอิ่มตัวเทียบกับกรดไขมันไม่อิ่มตัว

การไหลของเมมเบรนส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของฟอสโฟลิปิดกรดไขมันอิ่มตัวและไม่อิ่มตัว การไหลของเยื่อหุ้มเซลล์นี้จะลดลงเมื่อสัดส่วนของฟอสโฟลิปิดโซ่กรดไขมันอิ่มตัวเพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับสารที่ไม่อิ่มตัว

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าการเกาะติดกันระหว่างโซ่ยาวและเรียบง่ายของกรดไขมันอิ่มตัวนั้นมีมากกว่าเมื่อเทียบกับการเกาะกันระหว่างโซ่สั้นและไม่อิ่มตัวของกรดไขมันไม่อิ่มตัว

ยิ่งการเกาะติดกันระหว่างส่วนประกอบของโมเลกุลมากขึ้นเยื่อหุ้มเซลล์ก็จะมีของเหลวน้อยลง

คอเลสเตอรอล

โมเลกุลของคอเลสเตอรอลมีปฏิสัมพันธ์ผ่านวงแหวนที่แข็งกับโซ่ไฮโดรคาร์บอนของลิพิดเพิ่มความแข็งแกร่งของเมมเบรนและลดการซึมผ่านของสิ่งเดียวกัน

ในเยื่อหุ้มเซลล์ยูคาริโอตส่วนใหญ่ซึ่งมีคอเลสเตอรอลค่อนข้างสูงจะป้องกันไม่ให้โซ่คาร์บอนจับตัวกันที่อุณหภูมิต่ำ สิ่งนี้ทำให้เกิดการเยือกแข็งของเมมเบรนที่อุณหภูมิต่ำ

คุณสมบัติพิเศษ

เยื่อหุ้มเซลล์ประเภทต่างๆมีลักษณะเฉพาะในปริมาณและชนิดของโปรตีนและคาร์โบไฮเดรตรวมถึงความหลากหลายของไขมันที่มีอยู่

ลักษณะเฉพาะเหล่านี้เกี่ยวข้องกับฟังก์ชันเซลลูลาร์เฉพาะ

ไม่เพียง แต่มีความแตกต่างที่เป็นส่วนประกอบระหว่างเยื่อของเซลล์ยูคาริโอตและเซลล์โปรคาริโอตและระหว่างออร์แกเนลล์เท่านั้น แต่ยังอยู่ระหว่างบริเวณของเมมเบรนเดียวกันด้วย

การทำงานของเยื่อหุ้มเซลล์

generalities

เยื่อหุ้มเซลล์แบ่งเซลล์ออกและช่วยให้เซลล์รักษาสภาพคงที่ในไซโตซอลซึ่งแตกต่างจากสภาพแวดล้อมภายนอก สิ่งนี้ผ่านการควบคุมการใช้งานและแบบพาสซีฟของการไหลผ่านของสาร (น้ำไอออนและสารเมตาบอไลต์) ผ่านกันและกันการรักษาศักยภาพทางเคมีไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์

นอกจากนี้ยังช่วยให้เซลล์ตอบสนองต่อสัญญาณจากสภาพแวดล้อมภายนอกผ่านตัวรับสารเคมีบนเมมเบรนและจัดหาจุดยึดสำหรับเส้นใยเซลล์

ในกรณีของเซลล์ยูคาริโอตมันยังมีส่วนร่วมในการสร้างช่องภายในและออร์แกเนลล์ที่มีฟังก์ชันการเผาผลาญเฉพาะ

หน้าที่ของโปรตีนในเยื่อหุ้มเซลล์

มีโปรตีนเมมเบรนที่แตกต่างกันซึ่งมีหน้าที่เฉพาะซึ่งเราสามารถพูดถึง:

• เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาเคมี (เร่งความเร็ว)
• ตัวรับเมมเบรนที่เกี่ยวข้องกับการรับรู้และการจับกับโมเลกุลของสัญญาณ (เช่นฮอร์โมน)
• สารขนส่งโปรตีนผ่านเมมเบรน (ไปยังไซโตซอลและจากมันไปสู่ภายนอกเซลล์) สิ่งเหล่านี้รักษาการไล่ระดับสีทางเคมีไฟฟ้าด้วยการขนส่งไอออน

หน้าที่ของเปลือกคาร์โบไฮเดรตชั้นนอก

คาร์โบไฮเดรตหรือไกลโคลิปิดมีส่วนร่วมในการยึดเกาะของเซลล์ซึ่งกันและกันและในกระบวนการรับรู้และปฏิสัมพันธ์ของเยื่อหุ้มเซลล์กับโมเลกุลเช่นแอนติบอดีฮอร์โมนและไวรัส

อ้างอิง

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA และ Wiedemann, CG (2003) Cell Biology หลักสูตรระยะสั้น พิมพ์ครั้งที่สอง. ไวลีย์ลิสหน้า 535
2. Engelman, D. (2005). เมมเบรนเป็นโมเสกมากกว่าของไหล ธรรมชาติ 438 (7068), 578-580 ดอย: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). แบบจำลองของไหล - โมเสคของโครงสร้างเมมเบรน ยังคงเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจโครงสร้างหน้าที่และพลวัตของเยื่อชีวภาพหลังจากผ่านไปนานกว่า 40 ปี Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466 ดอย: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. เรเวน, J. (2002). ชีววิทยา. รุ่นที่หก แมสซาชู หน้า 1239
5. นักร้อง SJ และ Nicolson, GL (2515) แบบจำลองโมเสคของไหลของโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์ วิทยาศาสตร์, 175 (4023), 720-731. ดอย: 10.1126 / science.175.4023.720