ביוממברנות: מבנה ותפקודים - ביולוגיה - 2025

בביו-ממברנות הם מבנים, מאוד דינמיות וסלקטיבית בעיקר בטבע שומנים, חלק מהתאים של כל יצור החיים. במהותם, הם אחראים על קביעת הגבולות בין החיים למרחב החוץ תאי, בנוסף להחליט בצורה מבוקרת מה יכול להיכנס לתא ולעזוב אותו.

תכונות הממברנה (כמו נזילות וחדירות) נקבעות ישירות על ידי סוג השומנים, הרוויה ואורך המולקולות הללו. לכל סוג של תא יש קרום עם הרכב אופייני של ליפידים, חלבונים ופחמימות, המאפשר לו לבצע את תפקידיו.

מקור: עבודה נגזרת: Dhatfield (שיחה) Cell_membrane_detailed_diagram_3.svg: * עבודה נגזרת: Dhatfield (שיחה) Cell_membrane_detailed_diagram.svg: LadyofHats Mariana Ruiz

מִבְנֶה

המודל המקובל כיום לתיאור מבנה הממברנות הביולוגיות מכונה "פסיפס נוזלי". זה פותח בשנת 1972 על ידי החוקרים ש. ג'ון זינגר וגארת 'ניקולסון.

פסיפס הוא איחוד של אלמנטים הטרוגניים שונים. במקרה של ממברנות, אלמנטים אלה כוללים סוגים שונים של ליפידים וחלבונים. רכיבים אלה אינם סטטיים: נהפוך הוא, הממברנה מאופיינת בכך שהיא דינמית במיוחד, כאשר הליפידים והחלבונים נמצאים בתנועה מתמדת. '

בחלק מהמקרים אנו יכולים למצוא פחמימות המעוגנות לחלבונים מסוימים או לליפידים היוצרים את הממברנה. בשלב הבא נלך לבחון את המרכיבים העיקריים של הממברנות.

שומנים

ליפידים הם פולימרים ביולוגיים המורכבים משרשראות פחמן, שהמאפיין העיקרי שלהם הוא אי-מסיסות במים. למרות שהם ממלאים פונקציות ביולוגיות מרובות, הבולט שבהם הוא תפקידם המבני בקרומים.

השומנים המסוגלים ליצור ממברנות ביולוגיות מורכבים מחלקה אפולרית (בלתי מסיסה במים) ומחלק קוטבי (מסיס במים). סוגים אלו של מולקולות ידועים כאמפיפטיים. מולקולות אלה הן זרחן.

איך ליפידים מתנהגים במים?

כאשר פוספוליפידים באים במגע עם מים, החלק הקוטבי הוא זה שבאמת בא במגע איתו. לעומת זאת, "זנבות" הידרופוביים מתקשרים זה עם זה, מנסים לברוח מהנוזל. בתמיסה, שומנים יכולים לרכוש שני דפוסי ארגון: דו שכבה של micelles או lipid.

המיקלים הם אגרגטים קטנים של ליפידים, בהם ראשי הקוטב מקובצים "מסתכלים" על המים והזנבות מקובצים זה לזה בתוך הכדור. הדו-קרביים, כשמם מרמז, הם שתי שכבות של פוספוליפידים שבהם הראש פונה למים, והזנבות של כל אחת מהשכבות מתקשרות זו עם זו.

תצורות אלה מתרחשות באופן ספונטני. כלומר, אין צורך באנרגיה בכדי להניע היווצרות של מיקרונים או דו שכביים.

תכונה אמפיפטית זו היא, ללא ספק, החשובה ביותר מבין שומנים מסוימים, שכן היא אפשרה את מידור החיים.

לא כל הממברנות זהות

מבחינת הרכב השומנים שלהם, לא כל הממברנות הביולוגיות זהות. אלה משתנים מבחינת אורך שרשרת הפחמן והרוויה ביניהם.

ברוויה אנו מתכוונים למספר הקשרים הקיימים בין פחמימות. כשיש קשרים כפולים או משולשים, השרשרת אינה רוויה.

הרכב השומנים בקרום יקבע את תכונותיו, ובמיוחד את נזילותו. כשיש קשרים כפולים או משולשים, שרשראות הפחמן "מתפתלות", ויוצרות חללים ומצמצמת את אריזת זנבות השומנים.

הקינקים מצמצמים את משטח המגע עם זנבות שכנים (במיוחד כוחות האינטראקציה של ואן דר וואלס), ומחלישים את המחסום.

לעומת זאת, כאשר מוגברת הרוויה בשרשרת, יחסי הגומלין של ואן דר וואללים חזקים בהרבה, מה שמגביר את צפיפות וחוזק הממברנה. באופן דומה, ניתן להגביר את חוזק המכשול אם שרשרת הפחמימנים גדלה באורך.

כולסטרול הוא סוג אחר של ליפיד שנוצר על ידי מיזוג של ארבע טבעות. נוכחותה של מולקולה זו מסייעת גם במודולציה של נזילות וחדירות הממברנה. מאפיינים אלה יכולים להיות מושפעים גם על ידי משתנים חיצוניים, כגון טמפרטורה.

חלבונים

בתא רגיל, מעט פחות ממחצית הרכב הממברנה הוא חלבונים. ניתן למצוא את אלה משובצים במטריצת השומנים בדרכים מרובות: שקועים לחלוטין, כלומר אינטגרלים; או באופן היקפי, כאשר רק חלק מהחלבון מעוגן לליפידים.

חלבונים משמשים על ידי מולקולות מסוימות כתעלות או כמובילים (של המסלול הפעיל או הפסיבי) כדי לעזור למולקולות גדולות והידרופיליות לחצות את המחסום הסלקטיבי. הדוגמא הבולטת ביותר היא החלבון העובד כמשאבת נתרן אשלגן.

פחמימות

ניתן לחבר פחמימות לשתי המולקולות שהוזכרו לעיל. הם בדרך כלל נמצאים סביב התא וממלאים תפקיד בסימון תאים כללי, זיהוי ותקשורת.

לדוגמא, תאי מערכת החיסון משתמשים בסוג זה של סימון כדי להבדיל בין משלהם לזר, וכך לדעת איזה תא צריך לתקוף ואיזה לא צריך.

מאפיינים

הציבו גבולות

כיצד נקבעים גבולות החיים? דרך ביוממברנות. ממברנות ממוצא ביולוגי אחראיות לתחום המרחב הסלולרי בכל צורות החיים. מאפיין מידור זה חיוני לייצור מערכות חיים.

בדרך זו, ניתן ליצור סביבה שונה בתוך התא, עם הריכוזים והתנועות הנדרשים של חומרים האופטימליים ליצורים אורגניים.

בנוסף, ממברנות ביולוגיות קובעות גם גבולות בתא, שמקורן בתאים האופייניים לתאים אוקיורוטיים: מיטוכונדריה, כלורופלסטים, ווקואולים וכו '.

בַּררָנוּת

תאים חיים דורשים כניסה ויציאה מתמדת של יסודות מסוימים, למשל חילופי יונים עם הסביבה החוץ תאית והפרשת חומרי הפסולת, בין היתר.

אופי הממברנה הופך אותה לחדירה לחומרים מסוימים ובלתי אטומה לאחרים. מסיבה זו הממברנה, יחד עם החלבונים שבתוכה, פועלים כסוג של "שומר סף" מולקולרי התזמור את חילופי החומרים עם הסביבה.

מולקולות קטנות, שאינן קוטביות, יכולות לחצות את הממברנה ללא שום בעיה. לעומת זאת, ככל שהמולקולה גדולה יותר וקוטבית יותר, הקושי במעבר גדל באופן יחסי.

כדי לתת דוגמא ספציפית, מולקולת חמצן יכולה לנוע דרך קרום ביולוגי פי מיליארד מהר יותר מאשר יון כלוריד.

הפניות

1. Freeman, S. (2016). מדע ביולוגי. פירסון.
2. קייזר, קליפורניה, קריגר, מ., לודיש, ה., וברק, א '(2007). ביולוגיה מולקולרית של התא. ווה פרימן.
3. Peña, A. (2013). קרומי התא. קרן התרבות הכלכלית.
4. Singer, SJ, and Nicolson, GL (1972). מודל הפסיפס הנוזלי של מבנה קרומי התא. מדע, 175 (4023), 720-731.
5. שטיין, וו. (2012). תנועת מולקולות על קרומי התא. אלזביאר.