KĀDS IR ŠĶIDRUMA MOZAĪKAS MODELIS? - BIOLOĢIJA - 2025

Ar šķidrumu mozaīkas modelis nosaka, ka šūnu membrānas vai biomembranes ir dinamiskās struktūras, kas pašreizējā vienmērīgo to dažādām molekulu komponenti, kas var pārvietoties uz sāniem. Tas ir, šie komponenti ir kustībā un nav statiski, kā tika uzskatīts iepriekš.

Šo modeli izvirzīja S. Jonathan Singer un Garth. L. Nicolson 1972. gadā, un šodien to plaši pieņem zinātniskā sabiedrība. Visas šūnas satur šūnu membrāna ar īpatnībām to uzbūvē un funkcijās.

1. attēls. Šķidrās mozaīkas modeļa diagramma. Avots: LadyofHats Mariana Ruiz, tulkojums Pilar Saenz, izmantojot Wikimedia Commons

Šī membrāna nosaka šūnas robežas, ļaujot pastāvēt atšķirībām starp citosolu (vai šūnas iekšpusi) un ārējo vidi. Turklāt tas regulē vielu apmaiņu starp šūnu un ārpusi.

Eikariotu šūnās iekšējās membrānas nosaka arī nodalījumus un organellus ar dažādām funkcijām, piemēram, mitohondrijus, hloroplastus, kodola apvalku, endoplazmatisko retikulumu, Golgi aparātu.

Šūnas membrānas uzbūve

Vispārības

Šūnu membrāna sastāv no struktūras, kas ir necaurlaidīga ūdenī šķīstošām molekulām un joniem, kuru biezums ir no 7 līdz 9 nanometriem. Tas tiek novērots elektronu fotomikrogrāfos kā nepārtraukta un plāna dubultā līnija, kas ieskauj šūnu citoplazmu.

Membrānu veido fosfolipīdu divslānis ar olbaltumvielām, kas iestrādātas visā tās struktūrā un izkārtotas uz virsmas.

Turklāt tas satur ogļhidrātu molekulas uz abām virsmām (iekšējās un ārējās), un eukariotu dzīvnieku šūnu gadījumā tai ir arī holesterīna molekulas, kas ir savstarpēji sadalītas divslāņu iekšpusē.

Fosfolipīdu divslānis

Fosfolipīdi ir amfātiskas molekulas, kurām ir hidrofils gals - gals ūdenim, un vēl viens hidrofobs, kas atgrūž ūdeni.

Fosfolipīdu divslānī, kas veido šūnas membrānu, ir hidrofobās (apolārās) ķēdes, kas izvietotas membrānas iekšpusē, un hidrofīlie (polārie) gali, kas atrodas ārējās vides virzienā.

Tādējādi fosfolipīdu fosfātu grupu galvas tiek pakļautas membrānas ārējai virsmai.

Atcerieties, ka gan ārējā vide, gan iekšējā vai citosols ir ūdens. Tas ietekmē fosfolipīdu dubultā slāņa izvietojumu, tā polārajām daļām mijiedarbojoties ar ūdeni, un tās hidrofobās daļas veido membrānas iekšējo matricu.

Holesterīns

Dzīvnieku eikariotu šūnu membrānā holesterīna molekulas ir iestrādātas fosfolipīdu hidrofobās astes.

Šīs molekulas nav atrodamas prokariotu šūnu, dažu protistu, augu un sēnīšu membrānās.

Integrētas membrānas vai transmembrānas olbaltumvielas

Fosfolipīdu divslāņu slānī ir membrānas olbaltumvielas.

Tie mijiedarbojas bez kovalences caur hidrofobām daļām ar lipīdu divslāni, novietojot to hidrofilos galus pret ārējo ūdens vidi.

Membrānas olbaltumvielu konfigurācija

Viņiem var būt vienkārša stieņa formas konfigurācija, ar salocītu hidrofobisku alfa spirāli, kas iestrādāta membrānas iekšpusē, un ar hidrofilām daļām, kas stiepjas uz sāniem.

Tie var būt arī lielākas konfigurācijas, globular tipa un ar sarežģītu terciāro vai kvartāra struktūru.

Pēdējie parasti vairākas reizes šķērso šūnu membrānu ar to atkārtotu alfa helikšu segmentiem, kas sakārtoti zigzagā caur lipīdu divslāņu slāni.

Poras membrānās

Daži no šiem globālajiem proteīniem satur hidrofilās iekšējās daļas, veidojot kanālus vai poras, caur kurām notiek polāro vielu apmaiņa no šūnas ārpuses uz citosolu un otrādi.

Perifērās olbaltumvielas

Šūnas membrānas citoplazmatiskās sejas virsmā ir perifērās membrānas olbaltumvielas, kas savienotas ar dažu neatņemamu olbaltumvielu izvirzītajām daļām.

Šie proteīni neieplūst lipīdu divslāņu hidrofobā kodolā.

Ogļhidrātu apvalks

Uz abām membrānas virsmām ir ogļhidrātu molekulas.

It īpaši membrānas ārējā virsma satur pārmērīgu glikolipīdu daudzumu. Ir redzamas arī īsās ogļhidrātu ķēdes, kas pakļautas un kovalenti piesaistītas izvirzītajām olbaltumvielu daļām, ko sauc par glikoproteīniem.

Šūnu membrānas plūstamība

Piesātinātu un nepiesātinātu taukskābju attiecība

Membrānas plūstamība galvenokārt ir atkarīga no esošo piesātināto un nepiesātināto taukskābju fosfolipīdu attiecības. Šī membrānas plūstamība samazinās, palielinoties piesātināto taukskābju ķēdes fosfolipīdu proporcijai attiecībā pret nepiesātinātajiem.

Tas ir saistīts ar faktu, ka kohēzija starp piesātināto taukskābju garajām un vienkāršajām ķēdēm ir lielāka, salīdzinot ar kohēziju starp nepiesātināto taukskābju īsām un nepiesātinātām ķēdēm.

Jo lielāka kohēzija starp tā molekulārajiem komponentiem, jo ​​mazāk šķidruma membrāna veidosies.

Holesterīns

Holesterīna molekulas caur stingriem gredzeniem mijiedarbojas ar lipīdu ogļūdeņraža ķēdēm, palielinot membrānas stingrību un samazinot to caurlaidību.

Lielākās daļas eikariotu šūnu membrānās, kur ir salīdzinoši augsta holesterīna koncentrācija, tas novērš oglekļa ķēžu saistīšanos zemā temperatūrā. Tas nodrošina membrānas sasalšanu zemā temperatūrā.

Speciālas iespējas

Dažādu veidu šūnu membrānām raksturīgas olbaltumvielu un ogļhidrātu daudzuma un veida, kā arī esošo lipīdu daudzveidības īpatnības.

Šīs īpatnības ir saistītas ar īpašām šūnu funkcijām.

Starp eikariotu un prokariotu šūnu membrānām un starp organellām ir arī konstitucionālas atšķirības, bet arī starp vienas un tās pašas membrānas reģioniem.

Šūnu membrānas funkcija

Vispārības

Šūnas membrāna norobežo šūnu un ļauj tai saglabāt stabilu citosola stāvokli, kas atšķiras no ārējās vides stāvokļa. Tas notiek, aktīvi un pasīvi regulējot vielu (ūdens, jonu un metabolītu) pāreju caur otru, saglabājot elektroķīmisko potenciālu, kas nepieciešams šūnu funkcionēšanai.

Tas arī ļauj šūnai reaģēt uz ārējās vides signāliem, izmantojot membrānas ķīmiskos receptorus, un nodrošina stiprināšanas vietas citoskeleta pavedieniem.

Eikariotu šūnu gadījumā tā arī piedalās iekšējo nodalījumu un organellu izveidē ar specifiskām vielmaiņas funkcijām.

Olbaltumvielu darbība membrānā

Ir dažādi membrānas proteīni ar specifiskām funkcijām, starp kuriem mēs varam minēt:

• Fermenti, kas katalizē (paātrina) ķīmiskās reakcijas,
• Membrānas receptori, kas iesaistīti signālmolekulu (piemēram, hormonu) atpazīšanā un saistīšanā,
• Viela transportē olbaltumvielas caur membrānu (pret citosolu un no tā uz šūnas ārpusi). Pateicoties jonu transportēšanai, tie uztur elektroķīmisko gradientu.

Ārējā ogļhidrātu apvalka funkcija

Ogļhidrāti vai glikolipīdi piedalās šūnu adhēzijā savā starpā un šūnu membrānas atpazīšanas un mijiedarbības procesā ar molekulām, piemēram, antivielām, hormoniem un vīrusiem.

Atsauces

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA un Wiedemann, CG (2003). Šūnu bioloģija, īss kurss. Otrais izdevums. Vailijs-Liss 535. lpp.
2. Engelmans, D. (2005). Membrānas ir vairāk mozaīkas nekā šķidruma. Daba 438 (7068), 578–580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). Membrānas struktūras šķidruma-mozaīkas modelis. Joprojām ir svarīgi izprast bioloģisko membrānu struktūru, funkcijas un dinamiku pēc vairāk nekā 40 gadiem. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Bioloģija. Sestais izdevums. MGH. 1239. lpp.
5. Dziedātājs, SJ un Nikolsons, GL (1972). Šūnu membrānu struktūras mozaīkas modelis. Zinātne, 175 (4023), 720–731. doi: 10.1126 / zinātne.175.4023.720