MEMBRANA PLASMATICĂ: CARACTERISTICI, FUNCȚII ȘI STRUCTURĂ - BIOLOGIE - 2025

Membranei plasmatice, membrana celulară, plasmalema sau membrana citoplasmatică, este o structura lipidică care inconjoara si delimiteaza celule, fiind o componentă indispensabilă a arhitecturii lor. Biomembranele au proprietatea de a închide o anumită structură cu exteriorul acesteia. Funcția sa principală este de a servi drept barieră.

În plus, controlează tranzitul particulelor care pot intra și ieși. Proteinele cu membrană acționează ca „porți moleculare” cu portieri destul de exigenți. Compoziția membranei are, de asemenea, un rol în recunoașterea celulelor.

Din punct de vedere structural, sunt straturi alcătuite din fosfolipide, proteine ​​și carbohidrați aranjați în mod natural. În mod similar, un fosfolipid reprezintă un fosfor cu cap și coadă. Coada este formată din lanțuri de carbon insolubile în apă, acestea fiind grupate spre interior.

În schimb, capetele sunt polare și dau mediului celular apos. Membranele sunt structuri extrem de stabile. Forțele care le mențin sunt cele ale van der Waals, printre fosfolipidele care le compun; acest lucru le permite să înconjoare ferm marginea celulelor.

Cu toate acestea, sunt, de asemenea, destul de dinamice și fluide. Proprietățile membranelor variază în funcție de tipul de celule analizate. De exemplu, globulele roșii trebuie să fie elastice pentru a se deplasa prin vasele de sânge.

În schimb, la neuroni, membrana (teaca mielinei) are structura necesară pentru a permite conducerea eficientă a impulsului nervos.

Caracteristici generale

De Jpablo cad, de la Wikimedia Commons

Membranele sunt structuri destul de dinamice, care variază mult în funcție de tipul de celule și compoziția lipidelor sale. Membranele sunt modificate după aceste caracteristici după cum urmează:

Fluiditatea membranei

Membrana nu este o entitate statică, se comportă ca un fluid. Gradul de fluiditate al structurii depinde de mai mulți factori, printre aceștia compoziția lipidelor și temperatura la care sunt expuse membranele.

Când toate legăturile care există în lanțurile de carbon sunt saturate, membrana tinde să se comporte ca un gel, iar interacțiunile van der Waals sunt stabile. Dimpotrivă, atunci când există legături duble, interacțiunile sunt mai mici și fluiditatea crește.

În plus, există un efect al lungimii lanțului de carbon. Cu cât este mai lungă, cu atât mai multe interacțiuni apar cu vecinii săi, crescând astfel fluența. Pe măsură ce temperatura crește, fluiditatea membranei crește și ea.

Colesterolul joacă un rol indispensabil în reglarea fluidității și depinde de concentrațiile de colesterol. Când cozile sunt lungi, colesterolul acționează ca un imobilizator al aceluiași, scăzând fluiditatea. Acest fenomen apare la niveluri normale de colesterol.

Efectul se schimbă atunci când nivelul de colesterol este mai mic. Prin interacțiunea cu cozile lipidice, efectul pe care îl provoacă este separarea lor, reducând fluiditatea.

Curbură

La fel ca fluiditatea, curbura membranei este determinată de lipidele care alcătuiesc fiecare membrană particulară.

Curbura depinde de mărimea capului lipidic și a cozii. Cei cu cozi lungi și capete mari sunt plane; cei cu capete relativ mai mici tind să se curbeze mult mai mult decât grupul anterior.

Această proprietate este importantă în fenomenele de evaginare a membranei, formarea veziculelor, microvilli, printre altele.

Distribuția lipidelor

Cele două „foi” care alcătuiesc fiecare membrană - amintiți-vă că este o stratură - nu au aceeași compoziție a lipidelor în interior; din acest motiv se spune că distribuția este asimetrică. Acest fapt are consecințe funcționale importante.

Un exemplu specific este compoziția membranei plasmatice a eritrocitelor. În aceste celule sanguine, sfingomielina și fosfatidilcolina (care formează membrane cu o fluiditate relativă mai mare) se găsesc orientate spre exteriorul celulei.

Lipidele care tind să formeze structuri mai fluide se confruntă cu citosolul. Acest model nu este urmat de colesterol, care este distribuit mai mult sau mai puțin omogen în ambele straturi.

Caracteristici

Funcția membranei fiecărui tip de celulă este strâns legată de structura sa. Cu toate acestea, îndeplinesc funcții de bază.

Biomembranele sunt responsabile de delimitarea mediului celular. În mod similar, există compartimente membranoase în interiorul celulei.

De exemplu, mitocondriile și cloroplastele sunt înconjurate de membrane și aceste structuri sunt implicate în reacțiile biochimice care apar în aceste organele.

Membranele reglează trecerea materialelor în celulă. Datorită acestei bariere, materialele necesare pot intra, în mod pasiv sau activ (cu nevoie de ATP). De asemenea, nu intră materiale nedorite sau toxice.

Membranele mențin compoziția ionică a celulei la niveluri adecvate, prin procesele de osmoză și difuzie. Apa poate curge liber în funcție de gradientul său de concentrație. Sărurile și metaboliții posedă transportori specifici și, de asemenea, reglează pH-ul celular.

Datorită prezenței proteinelor și canalelor pe suprafața membranei, celulele vecine pot interacționa și schimba materiale. În acest fel, celulele se unesc și se formează țesuturile.

În cele din urmă, membranele adăpostesc un număr semnificativ de proteine ​​semnalizante și permit interacțiunea cu hormoni, neurotransmițători, printre altele.

Structura și compoziția

Componenta de bază a membranelor sunt fosfolipidele. Aceste molecule sunt amfipate, au o zonă polară și apolară. Polarul le permite să interacționeze cu apa, în timp ce coada este un lanț de carbon hidrofob.

Asocierea acestor molecule se produce spontan în stratul bicapa, cozile hidrofobe interacționând între ele și capetele orientate spre exterior.

Într-o celulă animală mică găsim un număr incredibil de mare de lipide, de ordinul a 10 ⁹ molecule. Membranele au grosimea de aproximativ 7 nm. Nucleul intern hidrofob, în ​​aproape toate membranele, ocupă o grosime de 3 până la 4 nm.

Modelul de mozaic fluid

Modelul actual al biomembranelor este cunoscut sub numele de „mozaic fluid”, formulat în anii ’70 de cercetătorii Singer și Nicolson. Modelul propune ca membranele să fie făcute nu numai din lipide, ci și din carbohidrați și proteine. Termenul mozaic se referă la acest amestec.

Fața membranei care se confruntă cu partea exterioară a celulei se numește fața exoplasmică. În schimb, fața interioară este citosolică.

Aceeași nomenclatură se aplică biomembranelor care alcătuiesc organulele, cu excepția faptului că fața exoplasmică în acest caz indică spre interiorul celulei și nu spre exterior.

Lipidele care alcătuiesc membranele nu sunt statice. Acestea au capacitatea de a se deplasa, cu un anumit grad de libertate în anumite regiuni, prin structură.

Membranele sunt alcătuite din trei tipuri fundamentale de lipide: fosfogliceride, sfingolipide și steroizi; toate sunt molecule amfipatice. Vom descrie fiecare grup în detaliu mai jos:

Tipuri de lipide

Primul grup, format din fosfogliceride, provine din glicerol-3-fosfat. Coada, de natură hidrofobă, este compusă din două lanțuri de acizi grași. Lungimea lanțurilor este variabilă: acestea pot avea de la 16 la 18 carboni. Pot avea legături simple sau duble între cărbune.

Subclasificarea acestui grup este dată de tipul de cap pe care îl prezintă. Fosfatidilcolinele sunt cele mai abundente, iar capul conține colină. În alte tipuri, diferite molecule precum etanolamina sau serina interacționează cu gruparea fosfaților.

Un alt grup de fosfogliceride sunt plasmalogenii. Lanțul lipidic este legat de glicerol printr-o legătură esterică; la rândul său, există un lanț de carbon legat de glicerol printr-o legătură eterică. Sunt destul de abundente în inimă și în creier.

Singingipipidele provin din sfingosina. Singingomielina este un sfingolipid abundent. Glicolipidele sunt formate din capete formate din zaharuri.

A treia și ultima clasă de lipide care alcătuiesc membrane sunt steroizi. Sunt inele din carbuni, unite în grupuri de patru. Colesterolul este un steroid prezent în membrane și deosebit de abundent în cele ale mamiferelor și bacteriilor.

Plute lipidice

Există zone specifice ale membranelor organismelor eucariote unde concentrația de colesterol și sfingolipide. Aceste domenii sunt cunoscute și sub numele de plute lipidice.

În aceste regiuni găzduiesc, de asemenea, diferite proteine, ale căror funcții sunt semnalizarea celulelor. Se consideră că componentele lipidelor modulează componentele proteice în plute.

Proteine ​​cu membrană

O serie de proteine ​​sunt ancorate în membrana plasmatică. Acestea pot fi integrale, ancorate la lipide sau localizate la periferie.

Integralele trec prin membrană. Prin urmare, trebuie să aibă domenii proteice hidrofile și hidrofobe pentru a interacționa cu toate componentele.

În proteinele care sunt ancorate la lipide, lanțul de carbon este ancorat într-unul din straturile membranei. Proteina nu intră de fapt în membrană.

În cele din urmă, perifericele nu interacționează direct cu zona hidrofobă a membranei. Mai degrabă, ele pot fi atașate cu ajutorul unei proteine ​​integrale sau prin capetele polare. Pot fi localizate pe ambele părți ale membranei.

Procentul de proteine ​​din fiecare membrană variază mult: de la 20% la neuroni la 70% în membrana mitocondrială, deoarece are nevoie de o cantitate mare de elemente proteice pentru a efectua reacțiile metabolice care apar acolo.

Referințe

1. Kraft, ML (2013). Organizarea și funcționarea membranei plasmatice: mișcarea plutelor lipidice trecute. Biologia moleculară a celulei, 24 (18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Biologia moleculară a celulei. Ediția a 4-a. Știința Garlandului
3. Lodish, H. (2005). Biologie celulară și moleculară. Editura Medicală Panamericană.
4. Lombard, J. (2014). Din când în când membranele celulare: 175 de ani de cercetare a graniței celulare. Biologie directă, 9 (1), 32.
5. Thibodeau, GA, Patton, KT, & Howard, K. (1998). Structura și funcția. Elsevier Spania.