CO TO JEST MODEL PŁYNNEJ MOZAIKI? - BIOLOGIA - 2025

Model płynnej mozaiki stwierdza, że ​​błony komórkowe lub biomembrany są dynamicznymi strukturami, które wykazują płynność swoich różnych składników molekularnych, które mogą poruszać się na boki. Oznacza to, że te elementy są w ruchu, a nie statyczne, jak wcześniej sądzono.

Ten model został wychowany przez S. Jonathana Singera i Gartha. L. Nicolsona w 1972 roku i dziś jest powszechnie akceptowany przez społeczność naukową. Wszystkie komórki są otoczone błoną komórkową o szczególnej budowie i funkcji.

Rysunek 1. Schemat modelu płynnej mozaiki. Źródło: LadyofHats Mariana Ruiz, tłumaczenie Pilar Saenz, za Wikimedia Commons

Ta błona wyznacza granice komórki, pozwalając na istnienie różnic między cytozolem (lub wnętrzem komórki) a środowiskiem zewnętrznym. Ponadto reguluje wymianę substancji między komórką a otoczeniem.

W komórkach eukariotycznych błony wewnętrzne definiują również przedziały i organelle o różnych funkcjach, takie jak między innymi mitochondria, chloroplasty, otoczka jądrowa, retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego.

Struktura błony komórkowej

Ogólne

Błona komórkowa składa się ze struktury nieprzepuszczalnej dla rozpuszczalnych w wodzie cząsteczek i jonów o grubości od 7 do 9 nanometrów. Jest obserwowany na fotomikrografiach elektronowych jako ciągła i cienka podwójna linia, która otacza cytoplazmę komórki.

Membrana składa się z dwuwarstwy fosfolipidowej, z białkami osadzonymi w całej jej strukturze i rozmieszczonymi na powierzchni.

Ponadto zawiera cząsteczki węglowodanów na obu powierzchniach (wewnętrznej i zewnętrznej), aw przypadku eukariotycznych komórek zwierzęcych ma również cząsteczki cholesterolu rozmieszczone wewnątrz dwuwarstwy.

Dwuwarstwowa fosfolipidowa

Fosfolipidy to amfipatyczne cząsteczki, które mają hydrofilowy koniec - koniec do wody - i inny hydrofobowy - który odpycha wodę -.

Fosfolipidowa podwójna warstwa tworząca błonę komórkową ma hydrofobowe (niepolarne) łańcuchy ułożone w kierunku wnętrza błony i hydrofilowe (polarne) końce położone w kierunku środowiska zewnętrznego.

W ten sposób głowy grup fosforanowych fosfolipidów są odsłonięte na zewnętrznej powierzchni membrany.

Pamiętaj, że zarówno środowisko zewnętrzne, jak i wewnętrzny lub cytozol są wodne. Wpływa to na ułożenie podwójnej warstwy fosfolipidowej, której części polarne oddziałują z wodą, a jej części hydrofobowe tworzą wewnętrzną matrycę membrany.

Cholesterol

W błonie eukariotycznych komórek zwierzęcych cząsteczki cholesterolu znajdują się w hydrofobowych ogonach fosfolipidów.

Cząsteczki te nie występują w błonach komórek prokariotycznych, niektórych protistów, roślin i grzybów.

Integralne białka błonowe lub transbłonowe

W obrębie dwuwarstwy fosfolipidowej przeplatają się integralne białka błonowe.

Oddziałują one niekowalencyjnie poprzez swoje hydrofobowe części, z podwójną warstwą lipidową, lokalizując swoje hydrofilowe końce w kierunku zewnętrznego ośrodka wodnego.

Konfiguracja białek błonowych

Mogą mieć prostą konfigurację w kształcie pręta, ze złożoną hydrofobową helisą alfa osadzoną we wnętrzu membrany oraz z częściami hydrofilowymi rozciągającymi się na boki.

Mogą również mieć większą konfigurację, typ kulisty i złożoną strukturę trzeciorzędową lub czwartorzędową.

Te ostatnie zwykle kilkakrotnie przekraczają błonę komórkową, a ich segmenty powtarzających się helis alfa ułożonych zygzakiem przez dwuwarstwę lipidową.

Pory w błonach

Niektóre z tych globularnych białek mają hydrofilowe części wewnętrzne, tworząc kanały lub pory, przez które następuje wymiana substancji polarnych z zewnątrz komórki do cytozolu i odwrotnie.

Białka obwodowe

Na powierzchni cytoplazmatycznej powierzchni błony komórkowej znajdują się białka błony obwodowej, połączone z wystającymi częściami niektórych integralnych białek.

Białka te nie wnikają w hydrofobowy rdzeń dwuwarstwy lipidowej.

Osłona węglowodanów

Na obu powierzchniach membrany znajdują się cząsteczki węglowodanów.

W szczególności zewnętrzna powierzchnia błony zawiera dużo glikolipidów. Widoczne są również krótkie łańcuchy węglowodanów odsłonięte i kowalencyjnie połączone z wystającymi częściami białka, zwanymi glikoproteinami.

Płynność błony komórkowej

Stosunek nasyconych do nienasyconych kwasów tłuszczowych

Płynność błony zależy głównie od stosunku obecnych fosfolipidów nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych. Ta płynność błony maleje wraz ze wzrostem udziału fosfolipidów łańcuchów nasyconych kwasów tłuszczowych w stosunku do nienasyconych.

Wynika to z faktu, że spójność między długimi i prostymi łańcuchami nasyconych kwasów tłuszczowych jest wyższa w porównaniu do spójności między krótkimi i nienasyconymi łańcuchami nienasyconych kwasów tłuszczowych.

Im większa spójność między jego składnikami molekularnymi, tym mniej płynu będzie przedstawiać membrana.

Cholesterol

Cząsteczki cholesterolu oddziałują poprzez swoje sztywne pierścienie z łańcuchami węglowodorowymi lipidów, zwiększając sztywność błony i zmniejszając jej przepuszczalność.

W błonach większości komórek eukariotycznych, gdzie występuje stosunkowo wysokie stężenie cholesterolu, zapobiega wiązaniu łańcuchów węglowych w niskich temperaturach. Zapewnia to zamarzanie membrany w niskich temperaturach.

Cechy szczególne

Różne typy błon komórkowych wykazują szczególne cechy pod względem ilości i rodzaju białek i węglowodanów, a także różnorodności istniejących lipidów.

Te cechy są związane z określonymi funkcjami komórkowymi.

Istnieją nie tylko konstytutywne różnice między błonami komórek eukariotycznych i prokariotycznych oraz między błonami organelli, ale także między regionami tej samej błony.

Funkcja błony komórkowej

Ogólne

Błona komórkowa ogranicza komórkę i pozwala jej na utrzymanie stabilnego stanu cytozolu, odmiennego od warunków otoczenia zewnętrznego. Dzieje się to poprzez aktywną i pasywną regulację przepływu substancji (wody, jonów i metabolitów) między sobą, utrzymując potencjał elektrochemiczny niezbędny do funkcjonowania komórki.

Umożliwia także komórce reagowanie na sygnały ze środowiska zewnętrznego poprzez receptory chemiczne na błonie i zapewnia miejsca zakotwiczenia dla włókien cytoszkieletu.

W przypadku komórek eukariotycznych uczestniczy także w tworzeniu wewnętrznych przegródek i organelli o określonych funkcjach metabolicznych.

Funkcja białek w błonie

Istnieją różne białka błonowe o określonych funkcjach, wśród których możemy wymienić:

• Enzymy katalizujące (przyspieszające) reakcje chemiczne,
• Receptory błonowe biorące udział w rozpoznawaniu i wiązaniu cząsteczek sygnałowych (takich jak hormony),
• Substancja transportuje białka przez błonę (w kierunku cytozolu iz niego na zewnątrz komórki). Utrzymują one gradient elektrochemiczny dzięki transportowi jonów.

Funkcja zewnętrznej otoczki węglowodanowej

Węglowodany lub glikolipidy uczestniczą w adhezji komórek do siebie oraz w procesie rozpoznawania i interakcji błony komórkowej z cząsteczkami takimi jak przeciwciała, hormony i wirusy.

Bibliografia

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA i Wiedemann, CG (2003). Biologia komórki, krótki kurs. Druga edycja. Wiley-Liss str. 535.
2. Engelman, D. (2005). Błony są bardziej mozaikowe niż płynne. Naturę 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). Fluidowo-mozaikowy model struktury membrany. Nadal istotne dla zrozumienia struktury, funkcji i dynamiki błon biologicznych po ponad 40 latach. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biologia. Wydanie szóste. MGH. pp 1239.
5. Singer, SJ i Nicolson, GL (1972). Płynny model mozaikowy budowy błon komórkowych. Science, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720