BIOMEMBRAANIT: RAKENNE JA TOIMINNOT - BIOLOGIA - 2026

Biomembraanien ovat rakenteita, erittäin dynaaminen ja valikoiva pääasiassa lipidien luonteesta, osa soluista kaikkien elävien olentojen. Pohjimmiltaan he ovat vastuussa rajojen asettamisesta elämän ja solunulkoisen tilan välille, sen lisäksi, että he päättävät hallitulla tavalla, mitä soluun voi tulla ja siitä poistua.

Kalvon ominaisuudet (kuten juoksevuus ja läpäisevyys) määräytyvät suoraan lipidityypin, näiden molekyylien kylläisyyden ja pituuden perusteella. Jokaisella solutyypillä on kalvo, jolla on tyypillinen lipidien, proteiinien ja hiilihydraattien koostumus, joka antaa sille mahdollisuuden suorittaa toiminnot.

Lähde: johdannaisteos: Dhatfield (keskustelu) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * johdannaisteos: Dhatfield (talk) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz

Rakenne

Tällä hetkellä hyväksyttyä mallia biologisten membraanien rakenteen kuvaamiseksi kutsutaan "nestemäiseksi mosaiikiksi". Sitä kehittivät tutkijat S. Jon Singer ja Garth Nicolson vuonna 1972.

Mosaiikki on erilaisten heterogeenisten elementtien liitto. Kalvojen tapauksessa nämä elementit käsittävät erityyppisiä lipidejä ja proteiineja. Nämä komponentit eivät ole staattisia: päinvastoin, kalvolle on ominaista erittäin dynaaminen, jossa lipidit ja proteiinit ovat jatkuvassa liikkeessä.

Joissain tapauksissa voimme löytää hiilihydraatteja, jotka ovat kiinnittyneitä joihinkin proteiineihin tai lipideihin, jotka muodostavat kalvon. Seuraavaksi tutkimme kalvojen pääkomponentteja.

-Lipids

Lipidit ovat hiiliketjuista koostuvia biologisia polymeerejä, joiden pääominaisuus on liukenemattomuus veteen. Vaikka ne täyttävät useita biologisia toimintoja, merkittävin on niiden rakenteellinen rooli kalvoissa.

Lipidit, jotka kykenevät muodostamaan biologisia membraaneja, koostuvat apolaarisesta osasta (veteen liukenematon) ja polaarisesta osasta (veteen liukeneva). Tämän tyyppiset molekyylit tunnetaan amfipaattisina. Nämä molekyylit ovat fosfolipidejä.

Kuinka lipidit käyttäytyvät vedessä?

Kun fosfolipidit joutuvat kosketuksiin veden kanssa, polaarinen osa on se, joka tosiasiallisesti joutuu kosketukseen sen kanssa. Sitä vastoin hydrofobiset "hännät" ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa yrittäen paeta nestettä. Ratkaisussa lipidit voivat hankkia kaksi organisaatiomallia: misellit tai lipidikaksoiskerrokset.

Mitsellit ovat pieniä lipidiyhdisteitä, joissa napapäät on ryhmitelty "katsomalla" vettä ja hännät on ryhmitelty yhteen pallon sisällä. Tilakerrokset, kuten nimensä viittaavat, ovat kaksi fosfolipidikerrosta, joissa päät ovat veden suuntaan ja kunkin kerroksen hännät ovat vuorovaikutuksessa keskenään.

Nämä muodostelmat tapahtuvat spontaanisti. Toisin sanoen ei tarvita energiaa misellien tai kaksikerroksisten muodostumisen estämiseksi.

Tämä amfipaattinen ominaisuus on epäilemättä tärkein tietyistä lipideistä, koska se mahdollisti elämän lokeroitumisen.

Kaikki kalvot eivät ole samoja

Lipidikoostumuksensa suhteen kaikki biologiset membraanit eivät ole samoja. Ne vaihtelevat hiiliketjun pituuden ja niiden välisen kylläisyyden suhteen.

Kylläisyydellä tarkoitamme hiilien välillä olevien sidosten lukumäärää. Kun on kaksois- tai kolmoissidoksia, ketju on tyydyttymätön.

Kalvon lipidikoostumus määrää sen ominaisuudet, erityisesti sen juoksevuuden. Kun on kaksois- tai kolmoissidoksia, hiiliketjut "kiertyvät", luomalla välilyöntejä ja vähentämällä lipidijäämien pakkaamista.

Kinkit vähentävät kosketuspintaa naapurimaiden kanssa (erityisesti van der Waalsin vuorovaikutusvoimat) heikentäen estettä.

Sitä vastoin, kun ketjun kylläisyys kasvaa, van der Waals -vuorovaikutukset ovat paljon vahvempia, mikä lisää membraanin tiheyttä ja lujuutta. Samoin esteen lujuutta voidaan lisätä, jos hiilivetyketju kasvaa pituudella.

Kolesteroli on toinen lipidityyppi, joka muodostuu sulamalla neljä rengasta. Tämän molekyylin läsnäolo auttaa myös moduloimaan kalvon juoksevuutta ja läpäisevyyttä. Näihin ominaisuuksiin voivat vaikuttaa myös ulkoiset muuttujat, kuten lämpötila.

proteiineissa

Normaalissa solussa hiukan alle puolet kalvon koostumuksesta on proteiineja. Ne voidaan löytää upotettuina lipidimatriisiin monin tavoin: täysin upotettuina, ts. Kiinteinä; tai perifeerisesti, jolloin vain osa proteiinista on kiinnittynyt lipideihin.

Jotkut molekyylit käyttävät proteiineja (aktiivisen tai passiivisen reitin kanavina tai kuljettajina) auttamaan suuria, hydrofiilisiä molekyylejä ylittämään selektiivinen este. Vaikuttavin esimerkki on proteiini, joka toimii natrium-kaliumpumpuna.

-Carbohydrates

Hiilihydraatit voidaan kiinnittää kahteen edellä mainittuun molekyyliin. Niitä löytyy yleensä solua ympäröivistä ja niillä on merkitys solun yleisessä merkinnässä, tunnistamisessa ja viestinnässä.

Esimerkiksi immuunijärjestelmän solut käyttävät tämän tyyppisiä merkintöjä erottaakseen sen, mikä on heidän omaaan vieraasta, ja tietää siten, mihin soluun tulisi hyökätä ja mitä ei.

ominaisuudet

Aseta rajat

Kuinka elämän rajat vahvistetaan? Biomembraanien kautta. Biologisen alkuperän kalvot vastaavat solutilan rajaamisesta kaikissa elämän muodoissa. Tämä lokerointiominaisuus on välttämätön elävien järjestelmien luomiselle.

Tällä tavalla solun sisälle voidaan luoda erilainen ympäristö, jossa tarvittavat pitoisuudet ja materiaalien liikkeet ovat optimaalisia orgaanisille olennoille.

Lisäksi biologiset membraanit asettavat rajat solun sisälle, ja ne ovat lähtöisin eukaryoottisolujen tyypillisistä osastoista: mitokondrioista, kloroplastiista, tyhjöistä jne.

valikoivuus

Elävät solut vaativat tiettyjen elementtien jatkuvaa tuloa ja poistumista, esimerkiksi ioninvaihto solunulkoisen ympäristön kanssa ja jäteaineiden erittyminen muun muassa.

Kalvon luonne tekee siitä tiettyjen aineiden läpäisevän ja muille läpäisemätön. Tästä syystä kalvo yhdessä sen sisällä olevien proteiinien kanssa toimii eräänlaisena molekyylin "portinvartijana", joka organisoi materiaalien vaihdon ympäristön kanssa.

Pienet molekyylit, jotka eivät ole polaarisia, voivat ylittää kalvon ilman mitään ongelmia. Sitä vastoin, mitä suurempi on molekyyli ja mitä polaarisempi se on, läpikulun vaikeus kasvaa suhteellisesti.

Jotta voitaisiin antaa erityinen esimerkki, happimolekyyli voi kulkea biologisen kalvon läpi miljardi kertaa nopeammin kuin kloridi-ioni.

Viitteet

1. Freeman, S. (2016). Biologinen tiede. Pearson.
2. Kaiser, Kalifornia, Krieger, M., Lodish, H., ja Berk, A. (2007). Molekyylisolubiologia. WH Freeman.
3. Peña, A. (2013). Solukalvot. Taloudellisen kulttuurin rahasto.
4. Singer, SJ, ja Nicolson, GL (1972). Solumembraanien nestemäinen mosaiikkimalli. Science, 175 (4023), 720-731.
5. Stein, W. (2012). Molekyylien liikkuminen solukalvojen läpi. Elsevier.