Определение модели жидкой мозаики

Модель жидкой мозаики является одним из способов понимания биологических мембран, что согласуется с большинством экспериментальных наблюдений. Эта модель утверждает, что компоненты мембраны, такие как белки или гликолипиды, образуют подвижную мозаику в среде, подобной жидкости, созданной морем фосфолипидов. Существуют ограничения для боковых движений, и субдомены в мембране имеют специфические функции.

Разработка модели жидкостной мозаики

Эта модель была разработана в течение многих лет благодаря кропотливой работе ученых по всему миру. Это началось с гипотезы, что мембрана была сделана из липидный бислой где мембрана фосфолипид Самосбор в двойной слой, с неполярным, гидрофобный хвосты обращены друг к другу. гидрофильный «глава Регионы сталкиваются с цитозоль и внеклеточная область. Это было проверено путем извлечения клетка мембраны и распространение липидов в один слой. Общая площадь поверхности этого монослоя была в два раза больше, чем у плазматическая мембрана, поддерживая идею о том, что липиды образуют бислой.

Однако это было только начало, поскольку стало очевидно, что клеточные мембраны должны были быть сделаны из большего количества компонентов, чтобы учесть их различные биофизические свойства. Например, в отличие от чистых липидов, клеточные мембраны не очень легко замерзают. Проницаемость мембраны для громоздких полярных молекул также не может быть объяснена.

Спустя более 25 лет после того, как была предложена модель липидного бислоя, клеточные мембраны впервые были визуализированы в 1950-х годах. Первоначальные наблюдения, казалось, предполагали, что липидная мембрана была покрыта с обеих сторон тонкими слоями белков. Однако в 1972 году два ученых, Сингер и Николсон, усовершенствовали это, чтобы создать модель жидкой мозаики. В этом, как говорят, фосфолипидный бислой акцентирован различными белками, которые образуют мозаичный рисунок в липидной мембране. Эти белки могут проходить через всю мембрану или взаимодействовать с одним из двух липидных слоев. Некоторые белки могут быть прикреплены к мембране только через короткую липидную цепь.

Мембрана является жидкой, но также имеет нижележащую структуру, будучи прикрепленной к цитоскелет, Флюидная природа липидной матрицы, образующей мембрану, была впервые проиллюстрирована экспериментом, в котором мембраны с различным составом были искусственно слиты. Белки обеих клеток перераспределяются по всей слитой мембране менее чем за час.

Теперь, с помощью передовых методов визуализации, некоторые мембраны были изучены очень глубоко, с разрешением менее нанометра. Эти изображения могут даже показать относительное расположение различных полипептидных цепей и липидов в мембране.

Функции и компоненты биологических мембран

Основная функция клеточных мембран заключается в разграничении внутренней и внешней областей клетки. Внутри клетки мембраны органелл выполняют ту же функцию для субклеточных структур.

Эта функция сопровождается оговоркой – клетка должна активно взаимодействовать с внешней средой, обмениваться материалами, сохраняя при этом важные питательные вещества и не допуская вредных веществ. Компоненты и структура биологических мембран помогают выполнять эти функции и поддерживать их избирательная проницаемость.

Биологические мембраны, особенно клеточные мембраны, состоят из фосфолипидов, холестерина и белков.

Фосфолипиды

Первым является сам фосфолипидный бислой, который создает гидрофобный слой, разделяющий водные среды с обеих сторон. Фосфолипиды амфипатический молекулы, состоящие из полярной, гидрофильной «головной» области, образованной фосфатная группа и неполярный гидрофобный «хвост», состоящий из двух длинных цепей жирные кислоты, Эти два сегмента ковалентно связаны с глицерин молекула.

Белки

Кроме того, мембрана имеет три типа белков. Интегральные мембранные белки охватывают всю мембрану, обычно с альфа-спиралями, образующими трансмембранную область. Эти белки образуют каналы и поры, которые обеспечивают движение больших или полярных молекул через гидрофобный сегмент мембраны.

Кроме того, могут быть белки, встроенные в одну мембрану. Эти белки часто используются в сигнальных каскадах и могут действовать как молекулы-носители, передавая сигнал из одного сегмента мембраны и передавая его в другой регион. Эти мембраны называются периферическими мембранными белками. Наконец, некоторые белки очень легко прикреплены к мембране, и в гидрофобную область вставлен только короткий липидный хвост.

Белки мембраны могут быть ковалентно связаны с углеводами и образовывать гликопротеины. Они могут взаимодействовать с молекулами воды и стабилизировать мембрану, а также служить важными инструментами для межклеточной коммуникации. Они образуют рецепторы для гормонов и нейротрансмиттеров.

Другая важная роль гликопротеинов заключается в создании своего рода «клеточной подписи». Когда иммунные клетки распознают эти гликопротеины, они способны отличить клетки организма от клеток патогенных микроорганизмов. Например, кровь группировка по типам A, B и O зависит от вида гликопротеина, присутствующего на поверхности эритроцитов.

холестерин

Наличие холестерина в фосфолипидном слое позволяет мембране сохранять свою проницаемость и целостность даже при различных температурах. По-видимому, он вставлен в середину фосфолипидов. Холестерин предотвращает уплотнение гидрофобных хвостов при низких температурах, а также расширение мембраны под воздействием тепла. Таким образом, небольшие молекулы, такие как углекислый газ и кислород, всегда могут свободно перемещаться по мембране, в то время как клетка сохраняет свою избирательную проницаемость для более крупных молекул.

Другие модели для мембранной структуры

Модель жидкой мозаики была усовершенствована в начале 1980-х годов двумя учеными по имени Моуритсен и Блум, чтобы создать «модель матраса» для структуры мембраны. Они продемонстрировали тот факт, что в то время как более ранние эксперименты предполагали, что вся мембрана является жидкой и позволяет свободно диффузия из белков, на самом деле, есть субдомены в каждой мембране.

Например, когда трансмембранный белок имеет гидрофобную область, которая немного длиннее, чем средняя ширина клеточная мембрана липидный бислой деформируется, чтобы приспособиться к этому белку. Если есть несколько белков, гидрофобные участки которых не в точности соответствуют ширине мембраны, липидный бислой в конечном итоге будет выглядеть как матрац с вкрапленными более толстыми и более тонкими областями.

Более толстые области, вероятно, создадут наклон, который позволит белкам скользить «вниз», что приведет к агрегации белка в некоторых регионах. Точно так же эти деформации могут привести к накоплению специфических липидов вокруг этих белков. Эти наблюдения связаны с более ранними экспериментальными данными, свидетельствующими о наличии липидных плотов, а также о преимущественной ассоциации белков с липидами в поддержку «модели матраса».

Современные модели структуры мембран также учитывают влияние липидного состава. Клеточные мембраны состоят из многих сотен фосфолипидов, и каждый из них состоит из различных боковых цепей жирных кислот. Эти жирные кислоты могут быть различной длины и содержать различные степени насыщения. Есть также термодинамические соображения при изучении свойств мембран, поскольку даже при физиологических температурах толщина клеточных мембран и распределение различных липидов могут изменяться.

Наконец, мембраны также имеют структуры, называемые липидными рафтами, которые состоят из специальных липидов, а также холестерина и белков, прикрепленных к мембране через гликолипиды. Липидные плоты являются важными поддоменами, особенно для передача сигнала.

  • Амфипатические молекулы – Молекулы, содержащие полярные гидрофильные области и неполярные гидрофобные области.
  • антиген – Любая молекула, способная вызывать иммунный ответ.
  • Передача сигнала – Передача информации в форме электрических или химических сигналов от внешней части камеры к внутренней части.
  • Сфинголипиды – Производные жирных кислот молекулы под названием сфингозин. Часто встречается в мембранных липидных плотах.
  • Термодинамика – раздел науки, касающийся взаимосвязи между теплом и фундаментальными величинами, такими как энергия, работа, энтропия и температура.

викторина

1. Какое из этих утверждений о строении мембран верно?A. Сделано в основном из молекул холестеринаB. Гликопротеины на поверхности клетки необходимы для иммунного распознаванияC. Липидные рафты были предсказаны ранними моделями структуры клеточной мембраныD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 1

В верно. Например, группировка крови АВО зависит от гликопротеинов, присутствующих на клеточной мембране. Те, у кого есть группы крови А и В, имеют антиген А и В соответственно, а те, у кого нет ни одного из этих гликопротеинов, имеют группу крови О. Другим антигеном, релевантным для группировки крови, является высокоиммуногенная область антигена D, называемая резус-фактором. Люди с антигеном резус-фактора считаются «позитивными». Комбинация этих двух семейств антигенов приводит к таким группам крови, как AB-положительный, O-отрицательный, B-отрицательный, A-положительный и так далее. Когда иммунные клетки созревают, они подвергаются воздействию различных клеток организма и их гликопротеиновых композиций, что приводит к их способности отличать «собственные» антигены от «не-собственных» антигенов. Когда это созревание не происходит должным образом, могут возникнуть аутоиммунные расстройства. Эти ответы искусственно затухают во время некоторых хирургических процедур (орган трансплантаты) и некоторые беременности.

2. Какие из этих особенностей характерны для жидкостной мозаичной модели клеточных мембран?A. Липидный бислой, образованный амфипатическими молекулами фосфолипидовB. Мозаика, образованная белками, холестерином и другими компонентами мембранC. Способность к боковой диффузии мембранных компонентовD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 2

D верно. Модель жидкостной мозаики построена на более ранней гипотезе о структуре мембран, которая предположила, что биологические мембраны были сделаны из липидного бислоя. В то время как первоначально считалось, что белки образуют тонкие листы с обеих сторон мембранного бислоя, модель жидкостной мозаики рассматривала присутствие глобулярных белков как неотъемлемую часть структуры мембраны. Эта модель также подразумевала, что была полная, свободная диффузия всех «мозаичных» компонентов вдоль фосфолипидного бислоя.

3. Какие из этих идей представляют собой уточнение модели жидкостной мозаики?A. Различная толщина клеточной мембраны в разных регионах в зависимости от интегрального состава мембранного белкаB. Наличие липидных плотов для передачи сигналаC. Таяние липидов при физиологических температурах и изменениях липидного состава в разных субдоменах мембраныD. Все вышеперечисленное

Ответ на вопрос № 3

D верно. Когда цельный мембранный белок имеет более длинную или короткую гидрофобную трансмембранную область, клеточная мембрана, по-видимому, деформируется, чтобы поддерживать все растяжение в своей гидрофобной липидной области. Липидные рафты, состоящие из специальных жиров, холестерина и сфинголипидов, могут преимущественно концентрировать или исключать некоторые белки в субдомены в мембране, обеспечивая быструю передачу сигнала.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *