מהו מודל הפסיפס הנוזלי? - ביולוגיה - 2025

דגם פסיפס נוזל הברית כי קרום תא או בביו-ממברנות הם מבנים דינמיים נזילות הנוכחית של הרכיבים המולקולריים השונים שלהם, אשר יכול לנוע רוחבית. כלומר, רכיבים אלה נמצאים בתנועה ולא סטטיים, כפי שהאמינו בעבר.

המודל הזה הועלה על ידי ש. ג'ונתן זינגר וגארת '. ל 'ניקולסון בשנת 1972 והיום הוא מקובל על ידי הקהילה המדעית. כל התאים מכילים קרום תאים עם ייחודיים בהרכבו ובתפקודו.

איור 1. תרשים של מודל הפסיפס הנוזלי. מקור: מאת LadyofHats מריאנה רויז, תרגום פילאר סאנז, באמצעות ויקימדיה

ממברנה זו מגדירה את גבולות התא ומאפשרת קיום של הבדלים בין הציטוזול (או פנים התא) לבין הסביבה החיצונית. בנוסף, זה מסדיר את חילופי החומרים בין התא לחוץ.

בתאים אוקריוטיים, הממברנות הפנימיות מגדירות גם תאים ואברונים בעלי תפקידים שונים, כמו מיטוכונדריה, כלורופלסטים, המעטפה הגרעינית, הרקולטה האנדופלסמית, מנגנון גולגי, בין היתר.

מבנה קרום התא

כלליות

קרום התא מורכב ממבנה בלתי חדיר למולקולות מסיסות במים ויונים בעובי 7 ננומטר. זה נצפה בצילומי מיקרוגרפיה אלקטרונים כקו כפול רציף ודק שעוטף את הציטופלזמה של התא.

הממברנה מורכבת משכבה דו-פוספוליפדית, כאשר חלבונים מוטבעים לאורך כל מבנה ומסודרים על פני השטח.

יתרה מזאת, הוא מכיל מולקולות פחמימות בשני המשטחים (פנימיים וחיצוניים) ובמקרה של תאי בעלי חיים אוקיארוטים, יש בה גם מולקולות כולסטרול שזורות בתוך הדו-המוט.

דו שכבתי פוספוליפיד

פוספוליפידים הם מולקולות אמפיפטיות שיש להן סוף הידרופילי - סוף למים - ועוד הידרופובי - שדוחה מים.

דו שכבתי פוספוליפיד המרכיב את קרום התא הוא בעל שרשראות הידרופוביות (אפוליות) המסודרות לכיוון פנים הממברנה וקצוות הידרופיליים (קוטביים) הממוקמים לכיוון הסביבה החיצונית.

לפיכך, נחשפים ראשי קבוצות הפוספטים של פוספוליפידים על פני השטח החיצוניים של הממברנה.

זכור כי הסביבה החיצונית והפנימית או הציטוזול הן מימיות. זה משפיע על סידור השכבה הכפולה פוספוליפידית על החלקים הקוטביים שלה אינטראקציה עם מים והחלקים ההידרופוביים שלהם מהווים את המטריצה ​​הפנימית של הממברנה.

כולסטרול

בקרום התאים בעלי החיים האוקריוטים, מולקולות כולסטרול נמצאות מוטבעות בזנבות ההידרופוביים של פוספוליפידים.

מולקולות אלה אינן נמצאות בקרומים של תאים פרוקריוטיים, חלקם של פרוטסטים, צמחים ופטריות.

חלבונים קרומיים או טרנסמברנבריים אינטגרליים

שזורים בתוך הדו-שכבתי הפוספוליפידים הם חלבוני קרום אינטגרלי.

אלה מקיימים אינטראקציה לא-קוולנטית דרך החלקים ההידרופוביים שלהם, עם שכבת הדו-שומנים, ומאתרים את הקצוות ההידרופיליים שלהם לעבר המדיום המימי החיצוני.

תצורה של חלבוני ממברנה

הם יכולים להיות בעלי תצורה פשוטה בצורת מוט, עם סליל אלפא הידרופובי מקופל מוטבע בפנים הממברנה ועם חלקים הידרופיליים המשתרעים לצדדים.

הם יכולים גם להציג תצורה גדולה יותר, סוג כדורית ובעלת מבנה שלישוני או מרובע.

האחרונים בדרך כלל חוצים את קרום התא מספר פעמים עם חלקיהם של מסני אלפא חוזרים ונשנים המסודרים בזיגזג דרך שכבה דו שומנית.

נקבוביות בקרומים

חלק מהחלבונים הכדוריים הללו מציגים חלקים פנים הידרופיליים, ויוצרים תעלות או נקבוביות דרכם מתרחש חילוף של חומרים קוטביים מבחוץ התא לציטוזול ולהיפך.

חלבונים היקפיים

על פני הפנים הציטופלסמטיות של קרום התא, ישנם חלבוני קרום היקפיים, המקושרים לחלקים הבולטים של כמה חלבונים אינטגרליים.

חלבונים אלה אינם חודרים לליבה ההידרופובית של דו שכבתי השומנים.

כיסוי פחמימה

ישנן מולקולות פחמימות בשני משטחי הקרום.

בפרט, המשטח החיצוני של הממברנה מציג שפע של גליקוליפידים. שרשראות קצרות של פחמימות נראות גם חשופות ומחוברות קוולנטית לחלקי חלבון בולטים, המכונים גליקופרוטאינים.

נזילות קרום התא

יחס חומצת שומן בלתי רווי

נזילות הממברנה תלויה בעיקר ביחס לפוספוליפידים רוויים וחסרי שומן שאינם קיימים. נזילות הממברנה הזו יורדת ככל ששיעור הפוספוליפידים בשרשרת חומצות השומן הרווי גדל ביחס לחלבונים שאינם רוויים.

זה נובע מכך שהלכידות בין השרשראות הארוכות והפשוטות של חומצות שומן רווי גדולה יותר, לעומת הלכידות בין השרשראות הקצרות והלא רוויות של חומצות שומן בלתי רוויות.

ככל שהלכידות בין המרכיבים המולקולריים שלה גדולה יותר, כך הקרום יציג פחות נוזלים.

כולסטרול

מולקולות הכולסטרול מקיימות אינטראקציה דרך הטבעות הנוקשות שלהן עם שרשראות הפחמימנים של הליפידים, מגבירות את קשיחות הממברנה ומקטינות את החדירות של אותו.

בקרומים של מרבית התאים האוקריוטים, בהם יש ריכוז גבוה יחסית של כולסטרול, זה מונע מכבלי הפחמן להיקשר בטמפרטורות נמוכות. זה מאפשר הקפאת הממברנה בטמפרטורות נמוכות.

מאפיינים מיוחדים

הסוגים השונים של קרומי התא מציגים ייחודים בכמותם ובסוג החלבונים והפחמימות שלהם, כמו גם במגוון השומנים הקיימים.

ייחודים אלה קשורים לפונקציות סלולריות ספציפיות.

אין רק הבדלים מכוננים בין קרומי התאים האוקריוטים והפרוקריוטיים, ובין אלה של האברונים, אלא גם בין אזורים באותה קרום.

תפקוד קרום התא

כלליות

קרום התא תוחם את התא ומאפשר לו לשמור על מצב יציב בציטוזול, שונה מזה של הסביבה החיצונית. זאת, דרך ויסות פעיל ופסיבי של מעבר חומרים (מים, יונים ומטבוליטים) זה דרך זה, שמירה על הפוטנציאל האלקטרוכימי הדרוש לתפקוד התא.

זה גם מאפשר לתא להגיב לאותות מהסביבה החיצונית דרך קולטנים כימיים על הממברנה ומספק אתרי עיגון לחוטים הציטו-שלדיים.

במקרה של תאים אוקריוטיים הוא משתתף גם בהקמת תאים פנימיים ואברונים עם פונקציות מטבוליות ספציפיות.

תפקוד חלבונים בקרום

ישנם חלבוני קרום שונים עם פונקציות ספציפיות, ביניהם ניתן להזכיר:

• אנזימים המזרזים (מזרזים) תגובות כימיות,
• קולטני קרום המעורבים בזיהוי וקשירת מולקולות איתות (כמו הורמונים),
• החומר מעביר חלבונים דרך הממברנה (לכיוון הציטוזול וממנו אל החלק החיצוני של התא). אלה שומרים על שיפוע אלקטרוכימי בזכות הובלת יונים.

פונקצית קליפת הפחמימות החיצונית

פחמימות או גליקוליפידים משתתפים בהדבקה של תאים זה לזה ובתהליך ההכרה והאינטראקציה של קרום התא למולקולות כמו נוגדנים, הורמונים ווירוסים.

הפניות

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA ו- Wiedemann, CG (2003). ביולוגיה של התא, קורס קצר. מהדורה שנייה. ווילי-ליס עמ '535.
2. אנגלמן, ד (2005). ממברנות פסיפס יותר מנוזלים. טבע 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. ניקולסון, GL (2014). המודל הנוזלי-פסיפי של מבנה הממברנה. עדיין רלוונטי להבנת המבנה, התפקוד והדינמיקה של הממברנות הביולוגיות לאחר יותר מ- 40 שנה. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). ביולוגיה. המהדורה השישית. MGH. עמ '1239.
5. זינגר, ש. וי ניקולסון, GL (1972). המודל הפסיפס הנוזלי של מבנה קרומי התא. מדע, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720