Das Biomembranen Sie sind hauptsächlich lipidische Strukturen, sehr dynamisch und selektiv, die Teil der Zellen aller Lebewesen sind. Im Wesentlichen sind sie dafür verantwortlich, die Grenzen zwischen Leben und extrazellulärem Raum festzulegen und auf kontrollierte Weise zu entscheiden, was in die Zelle eindringen und diese verlassen kann.
Die Eigenschaften der Membran (wie Fließfähigkeit und Permeabilität) werden direkt durch die Art des Lipids, die Sättigung und die Länge dieser Moleküle bestimmt. Jeder Zelltyp hat eine Membran mit einer charakteristischen Zusammensetzung aus Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten, die es ihm ermöglicht, seine Funktionen auszuführen..
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Das derzeit akzeptierte Modell zur Beschreibung der Struktur biologischer Membranen wird als "Fluidmosaik" bezeichnet. Es wurde 1972 von den Forschern S. Jon Singer und Garth Nicolson entwickelt.
Ein Mosaik ist die Vereinigung verschiedener heterogener Elemente. Im Fall von Membranen umfassen diese Elemente verschiedene Arten von Lipiden und Proteinen. Diese Komponenten sind nicht statisch: Im Gegenteil, die Membran zeichnet sich durch eine extreme Dynamik aus, bei der Lipide und Proteine in ständiger Bewegung sind. '
In einigen Fällen finden wir Kohlenhydrate, die an einigen Proteinen oder an den Lipiden, die die Membran bilden, verankert sind. Als nächstes werden wir die Hauptkomponenten der Membranen untersuchen.
Lipide sind biologische Polymere aus Kohlenstoffketten, deren Hauptmerkmal die Unlöslichkeit in Wasser ist. Obwohl sie mehrere biologische Funktionen erfüllen, ist ihre strukturelle Rolle in Membranen die herausragendste.
Die Lipide, die biologische Membranen bilden können, bestehen aus einem unpolaren Teil (wasserunlöslich) und einem polaren Teil (wasserlöslich). Diese Arten von Molekülen sind als amphipathisch bekannt. Diese Moleküle sind Phospholipide.
Wenn Phospholipide mit Wasser in Kontakt kommen, ist der polare Teil derjenige, der tatsächlich damit in Kontakt kommt. Im Gegensatz dazu interagieren die hydrophoben "Schwänze" miteinander und versuchen, der Flüssigkeit zu entkommen. In Lösung können Lipide zwei Organisationsmuster annehmen: Mizellen oder Lipiddoppelschichten.
Mizellen sind kleine Aggregate von Lipiden, bei denen die Polköpfe gruppiert sind und das Wasser "betrachten" und die Schwänze innerhalb der Kugel zusammen gruppiert sind. Doppelschichten sind, wie der Name schon sagt, zwei Schichten von Phospholipiden, bei denen die Köpfe dem Wasser zugewandt sind und die Schwänze jeder der Schichten miteinander interagieren..
Diese Formationen treten in gewisser Weise auf spontan. Das heißt, es wird keine Energie benötigt, um die Bildung von Mizellen oder Doppelschichten voranzutreiben..
Diese amphipathische Eigenschaft ist ohne Zweifel das wichtigste bestimmter Lipide, da sie die Unterteilung des Lebens ermöglichte.
In Bezug auf ihre Lipidzusammensetzung sind nicht alle biologischen Membranen gleich. Diese variieren hinsichtlich der Länge der Kohlenstoffkette und der Sättigung zwischen ihnen..
Mit Sättigung Wir beziehen uns auf die Anzahl der Bindungen, die zwischen den Kohlenstoffen bestehen. Bei Doppel- oder Dreifachbindungen ist die Kette ungesättigt.
Die Lipidzusammensetzung der Membran bestimmt ihre Eigenschaften, insbesondere ihre Fließfähigkeit. Bei Doppel- oder Dreifachbindungen "verdrehen" sich die Kohlenstoffketten, wodurch Räume entstehen und die Packung der Lipidschwänze verringert wird..
Knicke verringern die Kontaktfläche mit benachbarten Schwänzen (insbesondere die Van-der-Waals-Wechselwirkungskräfte) und schwächen die Barriere.
Im Gegensatz dazu sind die Van-der-Waals-Wechselwirkungen viel stärker, wenn die Kettensättigung erhöht wird, was die Dichte und Festigkeit der Membran erhöht. In ähnlicher Weise kann die Stärke der Barriere erhöht werden, wenn die Länge der Kohlenwasserstoffkette zunimmt..
Cholesterin ist eine andere Art von Lipid, das durch Fusion von vier Ringen gebildet wird. Das Vorhandensein dieses Moleküls hilft auch, die Fließfähigkeit und Permeabilität der Membran zu modulieren. Diese Eigenschaften können auch durch externe Variablen wie die Temperatur beeinflusst werden..
In einer normalen Zelle besteht etwas weniger als die Hälfte der Zusammensetzung der Membran aus Proteinen. Diese können auf verschiedene Weise in die Lipidmatrix eingebettet gefunden werden: vollständig eingetaucht, dh ganzheitlich; oder peripher, wo nur ein Teil des Proteins an Lipiden verankert ist.
Einige Moleküle verwenden Proteine als Kanäle oder Transporter (des aktiven oder passiven Weges), um großen, hydrophilen Molekülen zu helfen, die selektive Barriere zu überwinden. Das herausragendste Beispiel ist das Protein, das als Natrium-Kalium-Pumpe fungiert.
Kohlenhydrate können an die beiden vorgenannten Moleküle gebunden sein. Sie befinden sich im Allgemeinen in der Umgebung der Zelle und spielen eine Rolle bei der Markierung, Erkennung und Kommunikation von Zellen im Allgemeinen..
Zum Beispiel verwenden Zellen des Immunsystems diese Art der Markierung, um zu unterscheiden, was ihre eigene von der fremden ist, und somit zu wissen, welche Zelle angegriffen werden sollte und welche nicht..
Wie werden die Grenzen des Lebens festgelegt? Durch Biomembranen. Membranen biologischen Ursprungs sind für die Abgrenzung des Zellraums in allen Lebensformen verantwortlich. Diese Unterteilungseigenschaft ist für die Erzeugung lebender Systeme von wesentlicher Bedeutung.
Auf diese Weise kann innerhalb der Zelle eine andere Umgebung mit den erforderlichen Konzentrationen und Bewegungen von Materialien geschaffen werden, die für organische Wesen optimal sind..
Darüber hinaus legen biologische Membranen Grenzen innerhalb der Zelle fest, aus denen die typischen Kompartimente eukaryotischer Zellen hervorgehen: Mitochondrien, Chloroplasten, Vakuolen usw..
Lebende Zellen erfordern eine konstante Ein- und Ausgabe bestimmter Elemente, beispielsweise den Ionenaustausch mit der extrazellulären Umgebung und die Ausscheidung von Abfallstoffen..
Die Natur der Membran macht sie für bestimmte Substanzen durchlässig und für andere undurchlässig. Aus diesem Grund fungiert die Membran zusammen mit den darin enthaltenen Proteinen als eine Art molekularer „Gatekeeper“, der den Materialaustausch mit der Umwelt koordiniert..
Kleine Moleküle, die nicht polar sind, können die Membran problemlos passieren. Im Gegensatz dazu nimmt die Schwierigkeit des Schritts proportional zu, je größer das Molekül und je polarer es ist..
Um ein konkretes Beispiel zu nennen: Ein Sauerstoffmolekül kann eine Milliarde Mal schneller durch eine biologische Membran wandern als ein Chloridion..
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