BIOMEMBRANES: CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG - SINH HỌC - 2024

Các màng sinh học là những cấu trúc, rất năng động và có tính chọn lọc chủ yếu là lipid, một phần của tế bào của tất cả các sinh vật. Về bản chất, chúng chịu trách nhiệm thiết lập ranh giới giữa sự sống và không gian ngoại bào, ngoài việc quyết định một cách có kiểm soát những gì có thể đi vào và rời khỏi tế bào.

Các đặc tính của màng (như tính lưu động và tính thấm) được xác định trực tiếp bởi loại lipid, độ bão hòa và chiều dài của các phân tử này. Mỗi loại tế bào có một màng với thành phần đặc trưng của lipid, protein và carbohydrate, cho phép nó thực hiện các chức năng của mình.

Nguồn: tác phẩm phái sinh: Dhatfield (talk) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * tác phẩm phái sinh: Dhatfield (talk) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz

Kết cấu

Mô hình được chấp nhận hiện nay để mô tả cấu trúc của màng sinh học được gọi là "khảm chất lỏng". Nó được phát triển vào năm 1972 bởi các nhà nghiên cứu S. Jon Singer và Garth Nicolson.

Một bức tranh khảm là sự kết hợp của các yếu tố không đồng nhất khác nhau. Trong trường hợp của màng, các yếu tố này bao gồm các loại lipid và protein khác nhau. Những thành phần này không tĩnh: ngược lại, màng có đặc điểm là cực kỳ động, nơi lipid và protein chuyển động liên tục. '

Trong một số trường hợp, chúng ta có thể tìm thấy cacbohydrat gắn liền với một số protein hoặc vào lipid tạo thành màng. Tiếp theo chúng ta sẽ tìm hiểu các thành phần chính của màng.

-Lipids

Lipid là các polyme sinh học được tạo thành từ các chuỗi cacbon, có đặc điểm chính là không hòa tan trong nước. Mặc dù chúng thực hiện nhiều chức năng sinh học, nhưng nổi bật nhất là vai trò cấu trúc của chúng trong màng.

Các lipid có khả năng hình thành màng sinh học bao gồm một phần cực (không tan trong nước) và một phần cực (tan trong nước). Những loại phân tử này được gọi là amphipathic. Các phân tử này là phospholipid.

Làm thế nào để lipid hoạt động trong nước?

Khi photpholipit tiếp xúc với nước, phần phân cực là phần thực sự tiếp xúc với nó. Ngược lại, các "đuôi" kỵ nước tương tác với nhau, cố gắng thoát ra khỏi chất lỏng. Trong dung dịch, lipid có thể có hai dạng tổ chức: mixen hoặc lipid kép.

Micelles là những tập hợp nhỏ của lipid, trong đó các đầu phân cực được nhóm lại "nhìn" vào nước và các đuôi được nhóm lại với nhau bên trong hình cầu. Bilayers, như tên gọi của chúng, là hai lớp photpholipit mà phần đầu đối mặt với nước và phần đuôi của mỗi lớp tương tác với nhau.

Những sự hình thành này xảy ra một cách tự phát. Có nghĩa là, không cần năng lượng để thúc đẩy sự hình thành các mixen hoặc các lớp kép.

Không nghi ngờ gì nữa, tính chất lưỡng tính này là quan trọng nhất của một số lipid nhất định, vì nó cho phép phân chia sự sống.

Không phải tất cả các màng đều giống nhau

Về thành phần lipid của chúng, không phải tất cả các màng sinh học đều giống nhau. Chúng khác nhau về độ dài của chuỗi carbon và độ bão hòa giữa chúng.

Theo độ bão hòa, chúng ta có nghĩa là số lượng liên kết tồn tại giữa các nguyên tử cacbon. Khi có liên kết đôi hoặc liên kết ba, chuỗi không bão hòa.

Thành phần lipid của màng sẽ quyết định tính chất của nó, đặc biệt là tính lưu động của nó. Khi có liên kết đôi hoặc liên kết ba, các chuỗi carbon "xoắn", tạo ra khoảng trống và giảm sự đóng gói của đuôi lipid.

Các đường gấp khúc làm giảm bề mặt tiếp xúc với các đuôi lân cận (cụ thể là lực tương tác van der Waals), làm suy yếu lớp chắn.

Ngược lại, khi tăng độ bão hòa chuỗi, tương tác van der Waals mạnh hơn nhiều, làm tăng mật độ và độ bền của màng. Tương tự, độ bền của rào cản có thể được tăng lên nếu chuỗi hydrocacbon tăng chiều dài.

Cholesterol là một loại lipid khác được hình thành do sự hợp nhất của bốn vòng. Sự hiện diện của phân tử này cũng giúp điều chỉnh tính lưu động và tính thấm của màng. Những đặc tính này cũng có thể bị ảnh hưởng bởi các biến bên ngoài, chẳng hạn như nhiệt độ.

-Protein

Trong một tế bào bình thường, ít hơn một nửa thành phần của màng là các protein. Chúng có thể được tìm thấy được nhúng trong ma trận lipid theo nhiều cách: ngâm hoàn toàn, nghĩa là tích phân; hoặc ở ngoại vi, nơi chỉ một phần protein được neo vào lipid.

Protein được một số phân tử sử dụng làm kênh hoặc chất vận chuyển (của con đường chủ động hoặc thụ động) để giúp các phân tử lớn, ưa nước vượt qua hàng rào chọn lọc. Ví dụ nổi bật nhất là protein hoạt động như một máy bơm natri-kali.

-Cacbohydrat

Carbohydrate có thể được gắn vào hai phân tử nói trên. Chúng thường được tìm thấy xung quanh tế bào và đóng một vai trò trong việc đánh dấu, nhận biết và giao tiếp chung của tế bào.

Ví dụ, các tế bào của hệ thống miễn dịch sử dụng kiểu đánh dấu này để phân biệt đâu là của chính chúng với đâu là vật lạ, từ đó biết được tế bào nào nên bị tấn công và tế bào nào không nên.

Đặc trưng

Đặt giới hạn

Giới hạn của cuộc sống được thiết lập như thế nào? Thông qua màng sinh học. Màng có nguồn gốc sinh học có nhiệm vụ phân định không gian tế bào trong mọi dạng sống. Tính chất ngăn cách này là cần thiết cho việc tạo ra các hệ thống sống.

Bằng cách này, một môi trường khác có thể được tạo ra bên trong tế bào, với nồng độ cần thiết và chuyển động của các vật chất tối ưu cho các sinh vật hữu cơ.

Ngoài ra, màng sinh học cũng thiết lập các giới hạn bên trong tế bào, tạo ra các ngăn điển hình của tế bào nhân thực: ti thể, lục lạp, không bào, v.v.

Tính chọn lọc

Tế bào sống đòi hỏi sự ra vào liên tục của các yếu tố nhất định, ví dụ như trao đổi ion với môi trường ngoại bào và bài tiết các chất thải, v.v.

Bản chất của màng làm cho nó thấm một số chất và không thấm những chất khác. Vì lý do này, màng, cùng với các protein bên trong nó, hoạt động như một loại “người gác cổng” phân tử điều phối sự trao đổi vật chất với môi trường.

Các phân tử nhỏ, không phân cực, có thể vượt qua màng mà không gặp vấn đề gì. Ngược lại, phân tử càng lớn và càng phân cực thì độ khó của đoạn mạch tăng tương ứng.

Để đưa ra một ví dụ cụ thể, một phân tử oxy có thể di chuyển qua màng sinh học nhanh hơn một tỷ lần so với ion clorua.

Người giới thiệu

1. Freeman, S. (2016). Khoa học sinh học. Lề.
2. Kaiser, CA, Krieger, M., Lodish, H., & Berk, A. (2007). Sinh học phân tử tế bào. WH Freeman.
3. Peña, A. (2013). Các màng tế bào. Quỹ Văn hóa Kinh tế.
4. Ca sĩ, SJ, & Nicolson, GL (1972). Mô hình khảm chất lỏng về cấu trúc của màng tế bào. Khoa học, 175 (4023), 720-731.
5. Stein, W. (2012). Sự di chuyển của các phân tử qua màng tế bào. Elsevier.