Τι είναι η μεμβράνη πλάσματος;

Μια πλασματική μεμβράνη, εξ ορισμού, είναι μια ρευστή, φωσφολιπιδική διπλοστοιβάδα που διαχωρίζει το εσωτερικό όλων των κυττάρων (προκαρυωτικών, ευκαρυωτικών, ζώων και φυτών) από το εξωτερικό τους περιβάλλον και παίζει βασικό ρόλο σε πολλές κυτταρικές διεργασίες.

Έχετε σκεφτεί ποτέ πραγματικά το δέρμα που καλύπτει το σώμα σας; Σίγουρα έχετε παρατηρήσει ότι κάποια πράγματα απορροφώνται από το δέρμα, ενώ άλλες ουσίες όχι, και ταυτόχρονα, μπορεί να βγαίνουν επιλεκτικά από το δέρμα (π.χ. ιδρώτας, αλάτι, τοξίνες κ.λπ.). Ως το μεγαλύτερο όργανο του σώματος, λειτουργεί επίσης ως φύλακας του σώματος, προστατεύοντας το εσωτερικό σας και παρέχοντας ένα φράγμα στον έξω κόσμο.

Σε κυτταρικό επίπεδο, όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί επωφελούνται από μια παρόμοια δομή, μια δομή που χωρίζει το εσωτερικό του κυττάρου από τον εξωκυτταρικό χώρο. Αυτό το φράγμα είναι γνωστό ως πλασματική μεμβράνη.

Τι είναι η πλασματική μεμβράνη;

Μια πλασματική μεμβράνη, εξ ορισμού, είναι μια ρευστή, φωσφολιπιδική διπλοστοιβάδα που διαχωρίζει το εσωτερικό όλων των κυττάρων (προκαρυωτικών, ευκαρυωτικών, ζώων και φυτών) από το εξωτερικό τους περιβάλλον και παίζει βασικό ρόλο σε πολλές κυτταρικές διεργασίες. Αυτή η μεμβράνη είναι που ελέγχει την κίνηση των ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο, αλλά είναι επιλεκτικά διαπερατή. Η πλασματική μεμβράνη διατηρεί το κυτταρόπλασμα μέσα στο κύτταρο και είναι πολύ σχολαστική σε ό,τι επιτρέπει ή ανέχεται μέσα στον ενδοκυτταρικό χώρο. Ενώ η διπλοστοιβάδα λιπιδίων είναι πορώδης, δεν είναι σαν ένα κομμάτι ελβετικό τυρί. η διαπερατότητά του εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος, τον τύπο, την πολικότητα και τη λειτουργία των μορίων που επιδιώκουν να εισέλθουν.

Προτού μπορέσουμε να κατανοήσουμε όλες τις κυτταρικές δραστηριότητες που σχετίζονται με την πλασματική μεμβράνη, είναι καλύτερο να κατανοήσουμε τη βασική δομή αυτού του κρίσιμου κυτταρικού φραγμού.

Δομή της μεμβράνης πλάσματος

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, η πλασματική μεμβράνη είναι μια διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων, που σημαίνει ότι αποτελείται από φωσφολιπίδια, τα οποία είναι λιπίδια συνδυασμένα με μια φωσφορική ομάδα. Κάθε φωσφολιπίδιο έχει μια πολική, υδρόφιλη (υδατοαγαπή) κεφαλή και δύο μη πολικές, υδρόφοβες (αυδατοφοβικές) ουρές. Υπάρχουν φωσφολιπίδια τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό της μεμβράνης, εξ ου και ο όρος «διστοιβάδα», με τις υδρόφιλες κεφαλές να δείχνουν προς τα έξω προς το εξωτερικό περιβάλλον και προς τα μέσα προς το κυτταρικό περιβάλλον. Οι υδρόφοβες ουρές είναι κρυμμένες ανάμεσα στα δύο στρώματα των κεφαλών που αγαπούν το νερό, κάτι που είναι λογικό, δεδομένου ότι το νερό παίζει τόσο βασικό ρόλο τόσο στο εξωτερικό όσο και στο εσωτερικό περιβάλλον.

Ωστόσο, η μεμβράνη απέχει πολύ από την ομοιόμορφη επιφάνεια. Είναι επίσης διάστικτο με πρωτεΐνες, κανάλια πρωτεΐνης, μόρια χοληστερόλης και υδατάνθρακες (σάκχαρα και αλυσίδες ζάχαρης). Όλα αυτά τα συστατικά συνεργάζονται για να διασφαλίσουν ότι το κύτταρο λειτουργεί σωστά και ότι δέχεται/αποβάλλει ακριβώς τα σωστά υλικά. Λόγω αυτής της πολύπλοκης διάταξης των μορίων που είναι ενσωματωμένα σε όλη την πλασματική μεμβράνη, αναφέρεται συχνά ως «ρευστό μωσαϊκό». Στην πραγματικότητα, μια από τις πιο συναρπαστικές εξηγήσεις σχετικά με τη λειτουργία της μεμβράνης πλάσματος αναφέρεται ως το ρευστό μωσαϊκό μοντέλο, το οποίο υποστήριξε ότι τα διάφορα συστατικά της μεμβράνης ήταν διαρκώς δυναμικά, κινούνταν και γλιστρούσαν το ένα δίπλα στο άλλο μέσα στο επίπεδο της διπλής στιβάδας. . Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στις υπηρεσίες που παρέχουν αυτές οι διαφορετικές δομές εντός της μεμβράνης.

(Φωτογραφία:Wikimedia Commons)

Πρωτεΐνες

Όσον αφορά τις πρωτεΐνες που βρίσκονται στη μεμβράνη του πλάσματος, μπορούν να χωριστούν σε δύο κύριες κατηγορίες – περιφερικές και ενσωματωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης. Οι πρώτες, πρωτεΐνες περιφερικής μεμβράνης , συνήθως συνδέονται μόνο στο εσωτερικό ή στο εξωτερικό της μεμβράνης και δεν συνδέονται με τον υδρόφοβο πυρήνα. Συχνά συνδέονται με άλλες πρωτεΐνες ή γλυκολιπίδια, αλλά είναι ασθενώς συνδεδεμένα και μερικές φορές μόνιμα. Ολοκληρωμένες πρωτεΐνες μεμβράνης , από την άλλη πλευρά, είναι «ενσωματωμένα» στην πρωτεΐνη και έχουν τουλάχιστον μια υδρόφοβη περιοχή που τους επιτρέπει να προσκολλώνται στον υδρόφοβο πυρήνα της μεμβράνης. Με άλλα λόγια, αυτές οι πρωτεΐνες δεν πηγαίνουν πουθενά, καθώς έχουν μια συνεχή και σημαντική δουλειά να κάνουν. Οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες, ένας τύπος ενσωματωμένης πρωτεΐνης, συχνά εκτείνονται σε όλο το πλάτος της μεμβράνης, αναδύονται και στις δύο πλευρές, και τυπικά έχουν πιο σημαντικές λειτουργίες από άλλες πρωτεΐνες. Για παράδειγμα, μερικά από τα βασικά πρωτεϊνικά σύμπλοκα που εμπλέκονται στην κυτταρική αναπνοή είναι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες.

Μέσα σε αυτές τις δύο κατηγορίες περιλαμβάνονται και άλλοι τύποι πρωτεϊνών, συμπεριλαμβανομένων των δομικών πρωτεϊνών, των γλυκοπρωτεϊνών, των πρωτεϊνών μεταφοράς και των πρωτεϊνών υποδοχέα! Δομικές πρωτεΐνες , όπως υποδηλώνει το όνομα, βοηθά στη διατήρηση της δομής και της σταθερότητας του κυττάρου. Γλυκοπρωτεΐνες συνδέονται με ένα σάκχαρο υδατάνθρακα και συμμετέχουν κυρίως στη μετακίνηση μορίων κατά μήκος της μεμβράνης, καθώς και στην επικοινωνία με άλλα κύτταρα. Μεταφορά πρωτεϊνών εκτελούν μια βασική διαδικασία που ονομάζεται διευκολυνόμενη διάχυση, η οποία είναι μια μορφή ενεργού μεταφοράς για τα μόρια να διασχίσουν την πλασματική μεμβράνη. Τέλος, πρωτεΐνες υποδοχέα είναι πρωτεΐνες που στρέφονται κυρίως προς τα έξω και επικοινωνούν με το εξωτερικό περιβάλλον χρησιμοποιώντας ορμόνες και νευροδιαβιβαστές, μεταξύ άλλων.

Λιπίδια/Χοληστερόλη

Όπως εξηγήθηκε παραπάνω, το κύριο συστατικό της πλασματικής μεμβράνης είναι η διπλοστοιβάδα φωσφολιπιδίων, αλλά αυτοί δεν είναι οι μόνοι τύποι λιπιδίων που εμπλέκονται σε αυτή τη βασική κυτταρική δομή. Παρόμοια με τις γλυκοπρωτεΐνες, τα γλυκολιπίδια συνδέονται με μια υδατανθρακική αλυσίδα ζάχαρης και βοηθούν στην επικοινωνία/αλληλεπίδραση με άλλα κύτταρα. Η χοληστερόλη βρίσκεται στα ζωικά κύτταρα, σε όλη την πλασματική μεμβράνη, και λειτουργεί κυρίως για να εμποδίζει τα φωσφολιπίδια να συσσωρεύονται πολύ σφιχτά και να γίνουν άκαμπτα. Η χοληστερόλη δεν υπάρχει στις μεμβράνες των φυτικών κυττάρων.

Υδατάνθρακες

Οι υδατάνθρακες είναι τα τελευταία και πιο συχνά παραβλέπονται συστατικά της πλασματικής μεμβράνης. Αναφέρθηκαν παραπάνω όσον αφορά τις γλυκοπρωτεΐνες και τα γλυκολιπίδια, και αυτή είναι η κύρια λειτουργία τους. Συνδέονται στο εξωτερικό της κυτταρικής μεμβράνης, στραμμένα μακριά από το κύτταρο και συχνά λειτουργούν ως ετικέτες ή ταυτοποιητικά σήματα για άλλα κύτταρα/μόρια. Αυτοί οι κυτταρικοί δείκτες χρειάζονται για την επικοινωνία με άλλα κύτταρα, όπως αυτά από το νευρικό και το ανοσοποιητικό σύστημα.

Λειτουργίες της μεμβράνης πλάσματος

Αν και οι κύριες λειτουργίες έχουν φωτιστεί σε αυτό το άρθρο, είναι χρήσιμο να κάνετε μια γρήγορη ανασκόπηση των κύριων λειτουργιών αυτού του εντυπωσιακά πολύπλοκου φράγματος. Πρώτα και κύρια, η πλασματική μεμβράνη παρέχει ένα συγκεκριμένο σχήμα και δομή στο κύτταρο ενώ προστατεύει το εσωτερικό περιεχόμενο. Δεύτερον, η μεμβράνη είναι επιλεκτικά διαπερατή, επιτρέποντας σε ορισμένα μόρια και ουσίες να περάσουν, ενώ εμποδίζει την έξοδο/είσοδο άλλων υλικών. Η ευελιξία της μεμβράνης επιτρέπει την «κατανάλωση» ουσιών με αναδίπλωση, καθώς και μέσω ενεργητικής και παθητικής μεταφοράς, ανάλογα με τη φύση και το μέγεθος της ύλης που θα «παραληφθεί».

Οι λεπτομέρειες ορισμένων λειτουργιών της μεμβράνης, όπως η ενεργητική και η παθητική μεταφορά, υπερβαίνουν το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου, αλλά μπορείτε να μάθετε περισσότερα για αυτές εδώ.

Μια τελευταία λέξη

Ενώ η πλασματική μεμβράνη μπορεί απλώς να ακούγεται σαν μια λεπτή φυσαλίδα ή φάκελος που συγκρατεί όλο το κυτταρικό υλικό μέσα, είναι σαφώς ένα πολύ πιο περίπλοκο και διαρκώς δυναμικό φράγμα. Χωρίς αυτήν την επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη και όλες τις ιδιαίτερες προσαρμογές και συστατικά της, η ζωή όπως τη γνωρίζουμε –σε όλες τις μορφές της– θα ήταν πράγματι πολύ διαφορετική!