Informatie

Permeabiliteit van plasmamembraan

Permeabiliteit van plasmamembraan


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ik heb moeite om te begrijpen waarom kleine polaire moleculen het hydrofobe gebied van het membraan kunnen passeren en niet ionen. Zullen de polaire moleculen niet worden aangetrokken door het waterige extracellulaire medium en niet geneigd zijn om door het hydrofobe gebied te bewegen? (Dit is mijn redenering waarom ionen er niet doorheen gaan.)

En waarom gaan vetoplosbare deeltjes door het membraan? Ik begrijp dat ze affiniteit hebben met het hydrofobe gebied, maar zullen ze daar niet willen blijven, ingeklemd tussen de twee waterige lagen? Is dat niet het punt van de oriëntatie van de dubbellaag? Waarom zouden de in vet oplosbare deeltjes bewegen? van het hydrofobe gebied naar het waterige binnenste van de cel? Bovendien, waarom worden lipidemoleculen niet afgestoten door de hydrofiele koppen aan de buitenkant van het membraan?


Passieve diffusie.

Deze vraag verwijst specifiek naar passieve diffusie.

Ik zal herhalen en verduidelijken wat in de vraag werd genoemd.

Passieve diffusie houdt in dat een molecuul oplost in het membraan, eroverheen diffundeert en vervolgens oplost in de waterige oplossing aan de andere kant.

Het tweede deel van uw vraag kan kort worden beantwoord: deze verspreiding komt van tijd tot tijd voor, en vaak in een hoog tempo.

Belangrijk is dat alleen kleine, relatief hydrofobe moleculen met significante snelheden door een fosfolipidedubbellaag kunnen diffunderen. Zo kunnen gassen (zoals O2 en CO2), hydrofobe moleculen (zoals benzeen) en kleine polaire maar ongeladen moleculen (zoals H2O en ethanol) door het plasmamembraan diffunderen. Andere biologische moleculen zijn echter niet in staat om op te lossen in het hydrofobe inwendige van de fosfolipide dubbellaag. Bijgevolg kunnen grotere ongeladen polaire moleculen zoals glucose het plasmamembraan niet passeren door passieve diffusie, net als geladen moleculen van elke grootte (inclusief kleine ionen zoals H+, Na+, K+ en Cl-).

-Kuiper, 2000

Hydrofobe vetzuren stoten lading af.

Het extra of ontbrekende elektron geeft het ion zijn lading. De hydrofiele kopgroepen van de dubbellaag zijn geladen, maar de vetzuurketens niet, en deze stoten lading af.

Er zijn ook afstotende krachten tussen hydrofobe en polaire residuen (vandaar de dubbellaag bestaat in water), maar polariteit is in wezen een spectrum. Een klein relatief niet-polair polair molecuul zal niet genoeg afstoting ervaren om de diffusie te stoppen, maar een groter of meer polair molecuul kan dat wel.

Actief en passief transport.

Hoewel niet genoemd in de vraag, kunnen deze ionen en andere moleculen het membraan doordringen via eiwitkanalen die het mogelijk maken, vaak met grote specificiteit, ionen en grote moleculen om het membraan te doorkruisen.


In de structuur van de dubbellaag steken eiwitten door het membraan als transmembraan (door het hele membraan), extrinsieke (aan de buitenkant) of intrinsieke (aan de binnenkant) eiwitten. Deze fungeren als poorten of kanalen om polaire, in water oplosbare stoffen door te laten. Dit proces staat bekend als gefaciliteerde diffusie. Bekijk pagina 11 van dit artikel

Sommige ionen zijn toegestaan, maar dit is een gemedieerd proces van actief transport, waarbij ionenkanalen of poorten het regelen. Dit wordt gezien in neuronen tijdens de beweging van het elektrochemische signaal langs het axon, maar dit gebeurt niet automatisch, in tegenstelling tot gefaciliteerde diffusie.

Wat betreft het tweede deel van uw vraag, ik heb het gevoel dat u deze vraag hier kunt bekijken


Functie van het plasmamembraan

Hallo jongens! Welkom bij deze Mometrix-video over functies van het plasmamembraan.
Het plasmamembraan is van groot belang voor het leven van een cel! Het is wat de . scheidt intracellulair omgeving (de cytoplasma) van cellen uit de extracellulaire ruimte in afzonderlijke eenheden die bekend staan ​​​​als cellen. Het plasmamembraan reguleert ook de beweging van materialen in en uit de cel en geeft structuur aan de cellen. In deze video bekijken we wat het plasmamembraan maakt en wat het doet.


Zilverionen verhogen de doorlaatbaarheid van het plasmamembraan door modulatie van intracellulaire calciumniveaus in tabak BY-2-cellen

Zilverionen verhogen de doorlaatbaarheid van het plasmamembraan voor water en kleine organische verbindingen door hun stimulerend effect op de calciumkanalen van het plasmamembraan, met daaropvolgende modulatie van intracellulaire calciumniveaus en ionhomeostase. De werking van zilverionen op het plasmamembraan van planten hangt grotendeels samen met de remming van ethyleensignalering dankzij het vermogen van zilverionen om de koper-cofactor in de ethyleenreceptor te vervangen. Een link die de werking van zilverionen en cellulaire auxine-efflux koppelt, is eerder gesuggereerd door hun mogelijke directe interactie met auxine-effluxdragers of door de permeabiliteit van plasmamembraan te beïnvloeden. Met behulp van tabak BY-2-cellen laten we hier zien dat naast een dramatische toename van de uitstroom van synthetische auxines 2,4-dichloorfenoxyazijnzuur (2,4-D) en 1-naftaleenazijnzuur (NAA), behandeling met AgNO3 resulteerde in een verhoogde efflux van het cytokinine-trans-zeatine (tZ) en de structurele auxine-analogen tryptofaan (Trp) en benzoëzuur (BA). De toepassing van AgNO3 ging gepaard met geleidelijk waterverlies en plasmolyse. De waargenomen effecten waren afhankelijk van de beschikbaarheid van extracellulaire calciumionen (Ca2+) zoals aangetoond door vergelijking van transportassays in Ca2+-rijke en Ca2+-vrije buffers en bij behandeling met remmers van Ca2+-permeabel plasmamembraan. kanalen Al 3+ en rutheniumrood, beide elimineren het effect van AgNO3. Confocale microscopie van Ca 2+-gevoelige fluorescentie-indicator Fluo-4FF, acetoxymethyl (AM) ester suggereerde dat de extracellulaire beschikbaarheid van Ca 2+ nodig is om de respons op zilverionen op te wekken en dat de intracellulaire Ca 2+ pool alleen hiervoor niet voldoende is effect. Al met al suggereren onze gegevens dat in plantencellen de effecten van zilverionen afkomstig zijn van de primaire wijziging van de interne calciumniveaus, mogelijk door hun interactie met Ca2+-permeabele kanalen op het plasmamembraan.

trefwoorden: Auxine Calcium Ethyleen Zilverionen Tabak BY-2 cellen Transmembraan transport.


Wat is membraanpermeabiliteit? (met foto's)

Membraanpermeabiliteit is in wezen het vermogen van bepaalde stoffen om in en uit een organische of semi-organische barrière te gaan. Er wordt het meest over gesproken in termen van biologie, waar het membraan een celwand is en de stoffen die in en uit gaan, elementen zijn van chemische productie, celvoedsel en afvalproducten. Het concept is echter breder dan dit en heeft enkele toepassingen in de industrie, wetenschappelijke experimenten en productie. Membranen kunnen vele vormen aannemen en verschillende rollen spelen als het erom gaat sommige elementen buiten te houden en andere binnen te houden. doorlaatbaar is meestal niet zo open als een zeef, maar is onder bepaalde omstandigheden min of meer doordringbaar voor bepaalde stoffen.

Basisprincipes van celmembraan

Celmembranen hebben selectieve permeabiliteit, wat betekent dat ze bepaalde stoffen doorlaten terwijl ze een barrière vormen tegen andere. Het is in wezen een kwaliteit van het plasmamembraan van een cel waardoor stoffen erin en eruit kunnen gaan, zodat de cel afvalproducten kan verdrijven en de chemicaliën en andere verfijnde voedingsstoffen die het voor het lichaam verzamelt, kan verzenden. Tegelijkertijd kunnen de voedingsstoffen die de cel nodig heeft door het membraan naar binnen gaan.

Soms is het concept het gemakkelijkst te begrijpen door cellen te zien als microscopisch kleine fabrieken: ze ontwerpen, produceren en verpakken de stoffen die het lichaam nodig heeft om elke dag te overleven. Net als een fabriek heeft een cel een manier nodig om de grondstoffen voor zijn producten, zoals voedingsstoffen uit voedsel, in zijn werkplaats te brengen. Zodra de cel een stof heeft geassembleerd en verpakt, heeft de cel een manier nodig om het eindproduct in de bloedbaan te transporteren, zodat het lichaam er gebruik van kan maken.

Het membraan kan worden gezien als de verzend- en ontvangstafdeling, waar sommige dingen zijn goedgekeurd voor binnenkomst en uitgang, terwijl andere dat niet zijn. In de meeste gevallen is het membraan een flexibel plasma dat de buitengrenzen van de cel omhult. Het scheidt de intracellulaire vloeistof, de vloeistof in de cellen, van de extracellulaire vloeistof, die net wordt gevonden buiten van de cellen. Het membraan is echter geen passieve of onoverkomelijke wand, er is een constante en dynamische uitwisseling van stoffen tussen de twee vloeistoffen.

Belang van elektrische ladingen

Permeabiliteit is grotendeels afhankelijk van de structuur van het celmembraan, dat is samengesteld uit twee back-to-back lagen fosfolipiden. Fosfolipiden zijn op hun beurt gemaakt van ketens van fosfor en lipiden, die in wezen vetten zijn. Het zijn de chemische eigenschappen van deze ketens die doorgang mogelijk maken voor bepaalde elementen.

Elk fosfolipide heeft een polaire kop die elektrisch geladen en hydrofiel is - wat waterminnend betekent - en een niet-polaire, ongeladen staart die hydrofoob is - wat watervrezend betekent. De koppen en staarten schikken zichzelf zo dat de koppen naar het water wijzen, terwijl de staarten het water vermijden door in het midden op een rij te staan. Het resultaat is als een sandwich waarbij de hydrofiele koppen de twee sneetjes brood zijn en de hydrofobe staarten de pindakaas in het midden.

Stoffen die niet-polair en in vet oplosbaar zijn, kunnen in en uit een plasmamembraan diffunderen. Vetoplosbaar betekent in staat om op te lossen in vetten. Polaire stoffen kunnen niet door het celmembraan gaan omdat de koppen ze afstoten, de geladen stoffen stoten andere geladen stoffen af, net als twee magneten. Het celmembraan is ook ondoordringbaar voor stoffen die niet oplosbaar zijn in lipiden, omdat ze niet door de lipiden van het membraan kunnen gaan.

Controle en balans

Doorlaatbaarheid is een belangrijk kenmerk omdat het een continu maar gecontroleerd verkeer in en uit de cel mogelijk maakt. Als gevolg hiervan kunnen cellen alle aminozuren, vetzuren, suikers en vitamines extraheren die ze nodig hebben om hun dagelijkse functies uit te voeren. Het stelt ook chemische boodschappers, zoals hormonen, in staat de cel binnen te gaan en zo nodig een bepaalde functie van de cel te activeren of te remmen. Nadat cellen hormonen, neurotransmitters, eiwitten en andere stoffen hebben aangemaakt die het lichaam nodig heeft, laat het membraan deze stoffen de cel verlaten. Ook afvalproducten kunnen in de meeste gevallen passeren.

Het plasmamembraan fungeert ook als poortwachter, dus niet zomaar een stof kan de cel in en uit drijven. Het plasmamembraan heeft een selectieve permeabiliteit, wat betekent dat het sommige stoffen doorlaat maar andere uitsluit. Dit voorkomt dat schadelijke stoffen de cel infiltreren en zorgt ervoor dat de cel niet teveel vocht en eiwitten tegelijk verliest.

Niet-mobiele toepassingen

Verschillende soorten membranen worden gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen, van chemische productie tot engineering en farmacologie. In deze omgevingen gaat membraanpermeabiliteit meestal over het toestaan ​​van bepaalde elementen, chemicaliën of voedingsmiddelen in een gesloten omgeving terwijl andere buiten worden gehouden. Het concept lijkt in de meeste gevallen op dat van cellen, maar de afdekkingen kunnen vrij groot zijn en vaak hele containers of tanks afsluiten. Ze zijn ook meestal door de mens gemaakt, maar bevatten vaak een aantal biologische ingrediënten. Veel hangt af van wat er buiten wordt gehouden, wat er wordt binnengehaald en de benodigde chemie van het eindproduct.


Belang van membranen in de biologie van levende organismen

Alle soorten levende wezens bestaan ​​uit cellen, de kleinste bekende populatie-eenheden, de kleinste delen van elk levend wezen. De cel is de morfologische en functionele eenheid waaruit alle wezens zijn samengesteld. Robert Hooke was de eerste die een fabriekscel observeerde met behulp van een samengestelde microscoop (1655) en gebruikte het woord '8216cel'8216 voor de eerste clip. Na een lange clip kwam Theodor Schwann aan de rand van de '8216celtheorie', die zegt dat cellen de basiseenheid zijn van constructie in elk levend wezen en dat elke cel wordt gevormd uit een andere bing-cel.

Op deze specifieke theorie is de biologisch-wetenschappelijke discipline gebaseerd. Door die clip hebben veel wetenschappers grote betrokkenheid getoond bij de cel en zijn constructie, zijn generatie en zijn bezittingen. Bijgevolg zijn we vandaag in staat te erkennen dat de cel de basis is van de structurele en functionele organisatie van een wezen. Specifiek, vergelijkbare cellen zijn met elkaar verbonden om weefsel te organiseren, verschillende weefsels combineren om één orgaan te organiseren, verschillende soorten vlees samen om een ​​systeem te organiseren dat een specifieke kaart van de organische structuur uitvoert, en uiteindelijk creëren alle systemen samen een wezen.

Ondanks hun grote diversiteit hebben de cellen een gemeenschappelijke manier van organiseren. Alle cellen zijn dus omgeven door een membraan, dat ‘plasmamembraan ‘ wordt genoemd. De binnenkant van de cel bestaat uit het cytol waarin zich de celorganen bevinden. En dit is waar het belang van de membranen bij het bevolken van wezens kan worden besproken.

Het plasma of celmembraan is de buitenste grens van de cel, die het scheidt van de buitenomgeving die het binnenste oneindige van de cel omgeeft. Het plasmamembraan, het karyon en het cytol vormen de levende substantie. Evenzo is de constructie van de celmembranen gebaseerd op een lipidedubbellaag. De lipide dubbellaag is een olieachtige grens, die de overgang van in H2O oplosbare stoffen in het binnenste oneindige van de cel regelt. Elk plasmamembraan bestaat uit twee bedden van fosfolipiden. Ze zijn opgebouwd uit een fosfaathoudende caput en twee vetzuurkostuums bevestigd aan één glycerineanker. De caput lost gemakkelijk en snel op in H2O en wordt daarom hydrofiel genoemd. Op de andere manus zijn de jurkpakken hydrofoob. Bovendien zijn de bindingen tussen moleculen van fosfolipidedubbellagen zwak, zodat elk afzonderlijk fosfolipidemolecuul vrij binnen de dubbellaag kan bewegen en in sommige gevallen van bed naar bed kan springen.

Elk celmembraan heeft naast een eiwitbestanddeel, dat ongeveer de helft van zijn massa uitmaakt. Membraaneiwitten variëren afhankelijk van het type cel. Membraaneiwitten kunnen in het celmembraan worden ingebouwd (ingebouwde membraaneiwitten) of om de volledige dikte van het membraan te perforeren (transmembraaneiwitten). De membraaneiwitten kunnen zich zijdelings op het celoppervlak verspreiden, waardoor de theorie van de vloeibare mozaïekconstructie van het celmembraan wordt voorbereid. De belangrijkste functie van eiwitten in het celmembraan is om andere structurele bestanddelen te zijn, of om een ​​functionele functie te behouden (ter illustratie, controle van binnenkomst en uitgifte van stoffen uit de cel, of transport van informatie en berichten van het extracellulaire naar het intracellulaire oneindige.

Bovendien stelt het theoretische verhaal over vloeistofmozaïek dat het membraan bestaat uit verschillende soorten moleculen (fosfolipiden, cholesterine, eiwitten en sacchariden) die een onveranderlijk gebaar zijn en op een vloeistof drijven. Bovendien kunnen de membranen van vleselijke cellen gehecht zijn aan koolhydraatmoleculen, die zich voornamelijk bevinden in het intracanaliculaire deel van het celmembraansysteem en het buitenoppervlak van het plasmamembraan, dat de glycocalyx wordt genoemd. Koolhydratenmembranen zijn zichtbaar met behulp van immunohistochemische techniek tegen lectines, dit zijn werkeiwitten die aan specifieke groepen sacchariden kunnen worden gehecht.

De basisbezittingen van een celmembraan zijn de vloeibaarheid en flexibiliteit. Dit komt door de membraanfosfolipiden vanwege de aanwezigheid van onverzadigde vetzuren, die voorkomen dat de hydrofobe jurkpakken dicht bij elkaar komen. De waarneming van celmembranen heeft de aanwezigheid van cholesterinemoleculen in een 1:1 verhouding met de fosfolipidemoleculen aan het licht gebracht. Cholesterol beperkt de beweging van volgende fosfolipiden, waardoor de vloeibaarheid afneemt en de stabiliteit van de membranen toeneemt.

Een van de kaarten van de plasmamembranen is de selectieve permeabiliteit, die de beweging van stoffen regelt en het vermogen van de cel om sommige stoffen door te laten in het binnenste van de cel, terwijl andere dat niet doen. Als het membraan ondoordringbaar was voor alle stoffen, zou het dus niet de noodzakelijke stoffen voor het uithoudingsvermogen van de cel kunnen opnemen, noch de nutteloze stoffen die mogelijk nuttig zouden kunnen zijn voor andere cellen, vooral als het gaat om meercellige wezens. Als het membraan doorlaatbaar zou zijn voor alle stoffen, zou het bovendien leiden tot de ingang van stoffen die schadelijk zijn voor de cel en zou het moeilijk zijn om de juiste concentraties van stoffen die nodig zijn voor de cel te behouden, omdat de cel uiteindelijk door het fenomeen van diffusie zou gaan met de omgeving. Het plasmamembraan regelt bovendien de herkenning en respons van berichten uit de buiten- en binnenomgeving. De communicatie tussen cellen lijkt te worden gediend door een bepaalde categorie lipoïden die in celmembranen wordt geïdentificeerd, de glycolipiden. Daarom is een andere belangrijke kaart van de cel de opname en eliminatie van stoffen uit de cel door vertakkingen (pseudopodion) en indenture te maken.

Een ander belangrijk hoofdstuk van de plasmamembranen is de doorvoer van stoffen in en uit de cel. De doorvoer kan ofwel inactief zijn, wat betekent dat de beweging van stoffen door het celmembraan geen energieopname uit de cel vereist. Of de transit kan actief zijn, wat betekent dat de beweging van stoffen wel enige energieopname uit de cel vereist. Diffusie is een gevolg van de inactieve transit, wat in feite de beweging van stoffen is van delen waar hun concentratie hoog is naar landen waar de concentratie laag is en harmoniserend met de helling van de concentratie. Een ander gevolg van de inactieve doorvoer van stoffen is de eenvoudige diffusie, dat is de beweging van moleculen van de ene kant naar de andere membraanfosfolipiden over het membraan of door eiwitkanalen, afhankelijk van de helling van de concentratie. Geassisteerde diffusie is de beweging van stoffen die harmoniseren met hun concentratiegradiënt door gespecialiseerde transmembraaneiwitten die eiwitdragers worden genoemd. De inactieve doorvoer van stoffen kan bovendien de osmose opwekken, wat een van de belangrijkste procedures is in het leven en de functionaliteit van cellen waardoor het plasmamembraan, terwijl de overgang van H2O-moleculen mogelijk is, de overgang van stoffen naar hun grootte vermindert of verhindert. groter is dan een bepaalde drempel of lipofova.Deze gevolgen in de intracellulaire stof logen niet uit in de extracellulaire omgeving. Een bijzonder kenmerk is dat wanneer de extracellulaire omgeving een grotere concentratie heeft dan de intracellulaire stof H2O in de cel kan komen, maar anders komt H2O uit de cel naar de extracellulaire omgeving, zodat elke clip alles in balans is.

Gas, kleine en niet-polaire moleculen en H2O kunnen door de membraanfosfolipiden gaan. De grote moleculen, polaire moleculen en ionen kunnen niet door de membraanfosfolipiden gaan. Daarom, als we het hebben over actieve doorvoer, zijn de eiwitkanalen hydrofiele kanalen die worden gevormd door bepaalde transmembraaneiwitten van het celmembraan en zijn ze gespecialiseerd om een ​​eenvoudig diffusietype polair molecuul of ion door te laten, dat kan doorgaan tijdens een actieve doorvoer van stoffen in en uit de cel. Hoewel er nog twee soorten intracellulaire en extracellulaire transit zijn en endocytose en exocytose worden genoemd. Voor het transport van grote moleculen naar het binnenste van de cel, gebruikt de cel een procedure die endocytose of exocytose wordt genoemd. Bij endocytose is er een verzwelging, die wordt gevormd rond een molecuul dat op het punt staat in de cel te komen (rond de uitsteeksels van het cytol genaamd pseudopodia). Dan, na de verzwelging, komt de cyste de binnenkant van de cel binnen. Exocytose is de tegenovergestelde procedure, waarbij het molecuul (of moleculen) de cel verlaat. Wanneer een voornamelijk grote, vaste stof op het punt staat door endocytose in een cel te komen, is een andere procedure genaamd fagosytose (voeding in witte bloedcellen).

Wanneer het plasmamembraan van een cel een fout maakt, kunnen verschillende verstoringen voor het wezen worden veroorzaakt, zoals cystische fibrose, wat een familiale verstoring is. Patiënten met cystische fibrose, een specifieke cistron-beugel (op chromosoom 7) werkt niet fatsoenlijk. Deze reeks cistronen helpt om te bepalen hoe celmembranen de ingang aftrekken en de afgifte van de Na- en chloride-ionen (zouten). Er zijn veel verschillende afwijkingen (mutanten) van het cistron voor cystische fibrose, maar in wezen wordt het grotendeels veroorzaakt door de onjuiste richting van de Na en Cl door het celmembraan. Als gevolg hiervan zijn cellen in de aangetaste vleesvariëteit defect in de manier waarop ze Na en Cl absorberen en uitscheiden. Kortom, de cellen absorberen overmatig veel Na, gevolgd door het opnemen van H2O, resulterend in heel klein H2O dat buiten de cellen achterblijft. Dit maakt de slijmafscheiding of waterige afscheidingen buiten de cellen echt pastelachtig (bijvoorbeeld in de luchtwegen van de longen).

Kortom, alle wezens bestaan ​​uit cellen en cellulaire afgeleide functies. Alle cellen zijn opgebouwd uit dezelfde chemische verbindingen en vertonen vergelijkbare metabole procedures. De kaart van wezens is het gevolg van zakelijke actie en interactie van elke cel in een wezen. Elke cel wordt afgeleid door een bing-cel te splitsen. Aan de andere kant is het plasmamembraan de dunne grens tussen de levenloze zaak en het leven en definieert bovendien de cel naar de externe omgeving. Harmoniserend met de bovenste informatie, zijn de celmembranen echt van belang voor elk levend wezen. Het wonder van het leven is een combinatie en samenwerking van alles in een wezen, maar alles is zeker vanwege het wezen van de cellen, die autonoom opereren, slechts als kleine onafhankelijke wezens. Van klasse zijn de celmembranen bovendien echt van belang voor de kaart van een cel en hun werking is van onschatbare waarde voor elk levend wezen.


Inhoud

Terwijl Robert Hooke's ontdekking van cellen in 1665 leidde tot het voorstel van de celtheorie, misleidde Hooke de celmembraantheorie dat alle cellen een harde celwand bevatten, aangezien op dat moment alleen plantencellen konden worden waargenomen. [9] Microscopistes richtten zich meer dan 150 jaar op de celwand totdat er vooruitgang werd geboekt in de microscopie. In het begin van de 19e eeuw werden cellen erkend als afzonderlijke entiteiten, niet verbonden en gebonden door individuele celwanden nadat was ontdekt dat plantencellen konden worden gescheiden. Deze theorie breidde zich uit tot dierlijke cellen om een ​​universeel mechanisme voor celbescherming en -ontwikkeling te suggereren. In de tweede helft van de 19e eeuw was de microscopie nog niet ver genoeg ontwikkeld om onderscheid te maken tussen celmembranen en celwanden. Sommige microscopistes identificeerden op dit moment echter correct dat hoewel onzichtbaar, kon worden afgeleid dat celmembranen bestonden in dierlijke cellen als gevolg van intracellulaire beweging van componenten intern maar niet extern en dat membranen niet het equivalent waren van een celwand voor een plantencel. Er werd ook geconcludeerd dat celmembranen niet vitale componenten waren voor alle cellen. Velen weerlegden het bestaan ​​van een celmembraan nog tegen het einde van de 19e eeuw. In 1890 stelde een update van de celtheorie dat celmembranen bestonden, maar slechts secundaire structuren waren. Pas in latere studies met osmose en permeabiliteit kregen celmembranen meer erkenning. [9] In 1895 stelde Ernest Overton voor dat celmembranen van lipiden waren gemaakt. [10]

De lipidedubbellaaghypothese, in 1925 voorgesteld door Gorter en Grendel, [11] leidde tot speculatie over de beschrijving van de dubbellaagse celmembraanstructuur op basis van kristallografische studies en zeepbelwaarnemingen. In een poging om de hypothese te accepteren of te verwerpen, maten onderzoekers de membraandikte. [9] In 1925 werd door Fricke vastgesteld dat de dikte van de membranen van erytrocyten en gistcellen tussen 3,3 en 4 nm lag, een dikte die verenigbaar is met een lipidemonolaag. De keuze van de diëlektrische constante die in deze onderzoeken werd gebruikt, werd in twijfel getrokken, maar toekomstige tests konden de resultaten van het eerste experiment niet weerleggen. Onafhankelijk werd de leptoscoop uitgevonden om zeer dunne membranen te meten door de intensiteit van het licht dat door een monster wordt gereflecteerd te vergelijken met de intensiteit van een membraanstandaard van bekende dikte. Het instrument kon diktes bepalen die afhankelijk waren van pH-metingen en de aanwezigheid van membraaneiwitten die varieerden van 8,6 tot 23,2 nm, waarbij de lagere metingen de hypothese van de lipidedubbellaag ondersteunen. Later in de jaren dertig ontwikkelde het membraanstructuurmodel zich in algemene overeenstemming tot het paucimoleculaire model van Davson en Danielli (1935). Dit model was gebaseerd op studies van oppervlaktespanning tussen oliën en stekelhuidigen. Omdat de oppervlaktespanningswaarden veel lager bleken te zijn dan verwacht zou worden voor een olie-watergrensvlak, werd aangenomen dat een bepaalde stof verantwoordelijk was voor het verlagen van de grensvlakspanningen in het oppervlak van cellen. Er werd gesuggereerd dat een lipide dubbellaag zich tussen twee dunne eiwitlagen bevond. Het paucimoleculaire model werd onmiddellijk populair en domineerde de celmembraanstudies gedurende de volgende 30 jaar, totdat het werd geëvenaard door het vloeibare mozaïekmodel van Singer en Nicolson (1972). [12] [9]

Ondanks de talrijke modellen van het celmembraan die werden voorgesteld voorafgaand aan het vloeibare mozaïekmodel, blijft het het primaire archetype voor het celmembraan lang na zijn oprichting in de jaren zeventig. [9] Hoewel het vloeibare mozaïekmodel is gemoderniseerd om hedendaagse ontdekkingen in detail te beschrijven, zijn de basisprincipes constant gebleven: het membraan is een lipide dubbellaag bestaande uit hydrofiele buitenste koppen en een hydrofoob interieur waar eiwitten kunnen interageren met hydrofiele koppen door polaire interacties, maar eiwitten die de dubbellaag volledig of gedeeltelijk overspannen, hebben hydrofobe aminozuren die een interactie aangaan met het niet-polaire lipide-interieur. Het vloeistofmozaïekmodel bood niet alleen een nauwkeurige weergave van de membraanmechanica, het verbeterde ook de studie van hydrofobe krachten, die zich later zouden ontwikkelen tot een essentiële beschrijvende beperking om biologische macromoleculen te beschrijven. [9]

Gedurende vele eeuwen waren de aangehaalde wetenschappers het niet eens met de betekenis van de structuur die ze zagen als het celmembraan. Bijna twee eeuwen lang werden de membranen gezien, maar meestal genegeerd als een belangrijke structuur met cellulaire functie. Het was pas in de 20e eeuw dat de betekenis van het celmembraan zoals het werd erkend. Tot slot ontdekten twee wetenschappers Gorter en Grendel (1925) dat het membraan "op lipiden gebaseerd" is. Hieruit kwamen ze op het idee dat deze structuur in een formatie zou moeten zijn die lagen nabootste. Eenmaal verder bestudeerd, werd gevonden door de som van de celoppervlakken en de oppervlakken van de lipiden te vergelijken, een verhouding van 2: 1 werd dus geschat, wat de eerste basis opleverde van de tweelaagse structuur die tegenwoordig bekend is. Deze ontdekking leidde tot veel nieuwe onderzoeken die wereldwijd ontstonden binnen verschillende gebieden van wetenschappelijke studies, wat bevestigt dat de structuur en functies van het celmembraan algemeen worden aanvaard. [9]

De structuur is door verschillende schrijvers op verschillende manieren aangeduid als de ectoplast (de Vries, 1885), [13] Plasmahaut (plasmahuid, Pfeffer, 1877, 1891), [14] Hautschicht (huidlaag, Pfeffer, 1886 met andere betekenis gebruikt door Hofmeister, 1867), plasmamembraan (Pfeffer, 1900), [15] plasmamembraan, cytoplasmatisch membraan, celenvelop en celmembraan. [16] [17] Sommige auteurs die niet geloofden dat er een functionele permeabele grens aan het oppervlak van de cel was, gaven er de voorkeur aan de term plasmalemma (bedacht door Mast, 1924) te gebruiken voor het externe gebied van de cel. [18] [19] [20]

Celmembranen bevatten een verscheidenheid aan biologische moleculen, met name lipiden en eiwitten. De samenstelling staat niet vast, maar verandert voortdurend voor vloeibaarheid en veranderingen in de omgeving, zelfs fluctuerend tijdens verschillende stadia van celontwikkeling. In het bijzonder verandert de hoeveelheid cholesterol in het celmembraan van menselijke primaire neuronen, en deze verandering in samenstelling beïnvloedt de vloeibaarheid gedurende de ontwikkelingsstadia. [21]

Materiaal wordt door verschillende mechanismen in het membraan opgenomen of eruit verwijderd:

  • Fusie van intracellulaire blaasjes met het membraan (exocytose) scheidt niet alleen de inhoud van het blaasje uit, maar neemt ook de componenten van het blaasjemembraan op in het celmembraan. Het membraan kan bubbels vormen rond extracellulair materiaal die afknijpen om blaasjes te worden (endocytose).
  • Als een membraan continu is met een buisvormige structuur gemaakt van membraanmateriaal, dan kan materiaal uit de buis continu in het membraan worden gezogen.
  • Hoewel de concentratie van membraancomponenten in de waterige fase laag is (stabiele membraancomponenten hebben een lage oplosbaarheid in water), is er een uitwisseling van moleculen tussen de lipide- en waterfase.

Lipiden

Het celmembraan bestaat uit drie klassen van amfipathische lipiden: fosfolipiden, glycolipiden en sterolen. De hoeveelheid van elk hangt af van het type cel, maar in de meeste gevallen zijn fosfolipiden de meest voorkomende, die vaak bijdragen aan meer dan 50% van alle lipiden in plasmamembranen. [22] [23] Glycolipiden vormen slechts een kleine hoeveelheid van ongeveer 2% en sterolen vormen de rest. In RBC-onderzoeken is 30% van het plasmamembraan lipide. Voor de meeste eukaryote cellen is de samenstelling van plasmamembranen echter ongeveer de helft lipiden en de helft eiwitten per gewicht.

De vetketens in fosfolipiden en glycolipiden bevatten gewoonlijk een even aantal koolstofatomen, meestal tussen 16 en 20. De vetzuren met 16 en 18 koolstofatomen komen het meest voor. Vetzuren kunnen verzadigd of onverzadigd zijn, waarbij de configuratie van de dubbele bindingen bijna altijd "cis" is. De lengte en de mate van onverzadiging van vetzuurketens hebben een diepgaand effect op de vloeibaarheid van het membraan, aangezien onverzadigde lipiden een knik creëren, waardoor wordt voorkomen dat de vetzuren zo dicht opeengepakt worden, waardoor de smelttemperatuur (verhoogt de vloeibaarheid) van het membraan wordt verlaagd. [22] [23] Het vermogen van sommige organismen om de vloeibaarheid van hun celmembranen te reguleren door de lipidesamenstelling te veranderen, wordt homeovikeuze aanpassing genoemd.

Het hele membraan wordt bij elkaar gehouden via niet-covalente interactie van hydrofobe staarten, maar de structuur is vrij vloeibaar en niet stevig op zijn plaats gefixeerd. Onder fysiologische omstandigheden bevinden fosfolipide-moleculen in het celmembraan zich in de vloeibaar kristallijne toestand. Het betekent dat de lipidemoleculen vrij kunnen diffunderen en snelle laterale diffusie vertonen langs de laag waarin ze aanwezig zijn. [22] De uitwisseling van fosfolipidemoleculen tussen intracellulaire en extracellulaire blaadjes van de dubbellaag is echter een zeer langzaam proces. Lipid rafts en caveolae zijn voorbeelden van met cholesterol verrijkte microdomeinen in het celmembraan. [23] Ook een fractie van het lipide dat in direct contact staat met integrale membraaneiwitten, dat stevig aan het eiwitoppervlak is gebonden, wordt ringvormige lipideschil genoemd en gedraagt ​​​​zich als een onderdeel van een eiwitcomplex.

In dierlijke cellen wordt cholesterol normaal gesproken in verschillende mate verspreid over de celmembranen aangetroffen, in de onregelmatige ruimten tussen de hydrofobe staarten van de membraanlipiden, waar het een verstijvend en versterkend effect op het membraan heeft. [4] Bovendien varieert de hoeveelheid cholesterol in biologische membranen tussen organismen, celtypes en zelfs in individuele cellen. Cholesterol, een hoofdbestanddeel van dierlijke plasmamembranen, reguleert de vloeibaarheid van het totale membraan, wat betekent dat cholesterol de hoeveelheid beweging van de verschillende celmembraancomponenten regelt op basis van de concentraties. [4] Bij hoge temperaturen remt cholesterol de beweging van fosfolipide-vetzuurketens, wat leidt tot een verminderde doorlaatbaarheid voor kleine moleculen en een verminderde vloeibaarheid van het membraan. Het tegenovergestelde geldt voor de rol van cholesterol bij lagere temperaturen. Cholesterolproductie, en dus concentratie, wordt opwaarts gereguleerd (verhoogd) als reactie op koude temperaturen. Bij lage temperaturen verstoort cholesterol de interacties van de vetzuurketen. Cholesterol werkt als antivries en handhaaft de vloeibaarheid van het membraan. Cholesterol komt meer voor bij koudweerdieren dan bij warmweerdieren. In planten die geen cholesterol hebben, vervullen verwante verbindingen, sterolen genaamd, dezelfde functie als cholesterol. [4]

Fosfolipiden die lipideblaasjes vormen

Lipidenblaasjes of liposomen zijn ongeveer bolvormige holtes die worden omsloten door een lipidedubbellaag. [24] Deze structuren worden in laboratoria gebruikt om de effecten van chemicaliën in cellen te bestuderen door deze chemicaliën rechtstreeks aan de cel af te leveren en om meer inzicht te krijgen in de doorlaatbaarheid van celmembranen. Lipideblaasjes en liposomen worden gevormd door eerst een lipide in een waterige oplossing te suspenderen en vervolgens het mengsel te roeren door middel van sonicatie, wat resulteert in een blaasje. Door de snelheid van efflux van die van de binnenkant van het blaasje naar de omgevingsoplossing te meten, kan de onderzoeker de membraanpermeabiliteit beter begrijpen. Blaasjes kunnen worden gevormd met moleculen en ionen in het blaasje door het blaasje te vormen met het gewenste molecuul of ion dat in de oplossing aanwezig is. Eiwitten kunnen ook in het membraan worden ingebed door de gewenste eiwitten op te lossen in aanwezigheid van detergentia en ze te hechten aan de fosfolipiden waarin het liposoom wordt gevormd. Deze bieden onderzoekers een hulpmiddel om verschillende functies van membraaneiwitten te onderzoeken.

Koolhydraten

Plasmamembranen bevatten ook koolhydraten, voornamelijk glycoproteïnen, maar met enkele glycolipiden (cerebrosiden en gangliosiden). Koolhydraten zijn belangrijk in de rol van cel-celherkenning bij eukaryoten. Ze bevinden zich op het oppervlak van de cel waar ze gastheercellen herkennen en informatie delen. Virussen die zich aan cellen binden met behulp van deze receptoren veroorzaken een infectie [25]. er vindt geen glycosylering plaats op membranen in de cel, maar in het algemeen vindt glycosylering plaats op het extracellulaire oppervlak van het plasmamembraan. De glycocalyx is een belangrijk kenmerk in alle cellen, vooral epithelia met microvilli. Recente gegevens suggereren dat de glycocalyx deelneemt aan celadhesie, lymfocyt-homing, [25] en vele anderen. De voorlaatste suiker is galactose en de eindsuiker is siaalzuur, omdat de suikerruggengraat wordt gemodificeerd in het Golgi-apparaat. Siaalzuur heeft een negatieve lading en vormt een externe barrière voor geladen deeltjes.

Eiwitten

Type Beschrijving Voorbeelden
Integrale eiwitten
of transmembraaneiwitten
Omspannen het membraan en hebben een hydrofiel cytosolisch domein, dat interageert met interne moleculen, een hydrofoob membraan-overspannend domein dat het verankert in het celmembraan, en een hydrofiel extracellulair domein dat interageert met externe moleculen. Het hydrofobe domein bestaat uit één, meerdere of een combinatie van a-helices en β-bladeiwitmotieven. Ionenkanalen, protonpompen, G-eiwit-gekoppelde receptor
Lipide verankerde eiwitten Covalent gebonden aan enkele of meerdere lipidemoleculen, hydrofoob invoegen in het celmembraan en het eiwit verankeren. Het eiwit zelf staat niet in contact met het membraan. G-eiwitten
Perifere eiwitten Gehecht aan integrale membraaneiwitten, of geassocieerd met perifere gebieden van de lipidedubbellaag. Deze eiwitten hebben de neiging om slechts tijdelijke interacties met biologische membranen te hebben, en als ze eenmaal hebben gereageerd, dissocieert het molecuul om zijn werk in het cytoplasma voort te zetten. Sommige enzymen, sommige hormonen

Het celmembraan heeft een hoog gehalte aan eiwitten, typisch ongeveer 50% van het membraanvolume [26] Deze eiwitten zijn belangrijk voor de cel omdat ze verantwoordelijk zijn voor verschillende biologische activiteiten. Ongeveer een derde van de genen in gist codeert specifiek voor hen, en dit aantal is zelfs nog hoger in meercellige organismen. [24] Membraaneiwitten bestaan ​​uit drie hoofdtypen: integrale eiwitten, perifere eiwitten en lipide-verankerde eiwitten. [4]

Zoals weergegeven in de tabel hiernaast, zijn integrale eiwitten amfipathische transmembraaneiwitten. Voorbeelden van integrale eiwitten zijn onder meer ionenkanalen, protonpompen en aan g-eiwit gekoppelde receptoren. Ionenkanalen zorgen ervoor dat anorganische ionen zoals natrium, kalium, calcium of chloor hun elektrochemische gradiënt door de lipidedubbellaag kunnen diffunderen door hydrofiele poriën over het membraan. Het elektrische gedrag van cellen (d.w.z. zenuwcellen) wordt gecontroleerd door ionenkanalen. [4] Protonpompen zijn eiwitpompen die zijn ingebed in de lipidedubbellaag waardoor protonen door het membraan kunnen reizen door van de ene aminozuurzijketen naar de andere over te gaan. Processen zoals elektronentransport en het genereren van ATP maken gebruik van protonpompen. [4] Een aan G-eiwit gekoppelde receptor is een enkele polypeptideketen die zeven keer door de lipidedubbellaag gaat en reageert op signaalmoleculen (d.w.z. hormonen en neurotransmitters). G-eiwit-gekoppelde receptoren worden gebruikt in processen zoals cel-naar-cel-signalering, de regulering van de productie van cAMP en de regulering van ionkanalen. [4]

Het celmembraan, dat wordt blootgesteld aan de buitenomgeving, is een belangrijke plaats voor cel-celcommunicatie. Als zodanig is een grote verscheidenheid aan eiwitreceptoren en identificatie-eiwitten, zoals antigenen, aanwezig op het oppervlak van het membraan. Functies van membraaneiwitten kunnen ook cel-celcontact, oppervlakteherkenning, cytoskeletcontact, signalering, enzymatische activiteit of het transporteren van stoffen door het membraan omvatten.

De meeste membraaneiwitten moeten op de een of andere manier in het membraan worden ingebracht. [27] Om dit te laten gebeuren, leidt een N-terminus "signaalsequentie" van aminozuren eiwitten naar het endoplasmatisch reticulum, dat de eiwitten in een lipidedubbellaag invoegt. Eenmaal ingebracht, worden de eiwitten vervolgens naar hun eindbestemming getransporteerd in blaasjes, waar het blaasje versmelt met het doelmembraan.

Het celmembraan omringt het cytoplasma van levende cellen en scheidt de intracellulaire componenten fysiek van de extracellulaire omgeving. Het celmembraan speelt ook een rol bij het verankeren van het cytoskelet om de cel vorm te geven, en bij het hechten aan de extracellulaire matrix en andere cellen om ze bij elkaar te houden om weefsels te vormen. Schimmels, bacteriën, de meeste archaea en planten hebben ook een celwand, die de cel mechanisch ondersteunt en de doorgang van grotere moleculen uitsluit.

Het celmembraan is selectief permeabel en kan regelen wat de cel binnenkomt en verlaat, waardoor het transport van materialen die nodig zijn om te overleven wordt vergemakkelijkt. De beweging van stoffen door het membraan kan ofwel "passief" zijn, zonder de invoer van cellulaire energie, of "actief", waarbij de cel energie moet verbruiken om het te transporteren. Het membraan handhaaft ook het celpotentieel. Het celmembraan werkt dus als een selectief filter dat alleen bepaalde dingen de cel binnen of buiten laat. De cel maakt gebruik van een aantal transportmechanismen waarbij biologische membranen betrokken zijn:

1. Passieve osmose en diffusie: Sommige stoffen (kleine moleculen, ionen) zoals kooldioxide (CO2) en zuurstof (O2), kunnen door diffusie over het plasmamembraan bewegen, wat een passief transportproces is. Omdat het membraan een barrière vormt voor bepaalde moleculen en ionen, kunnen ze in verschillende concentraties aan beide zijden van het membraan voorkomen. Diffusie treedt op wanneer kleine moleculen en ionen vrij bewegen van hoge concentratie naar lage concentratie om het membraan in evenwicht te brengen. Het wordt beschouwd als een passief transportproces omdat het geen energie vereist en wordt voortgestuwd door de concentratiegradiënt die aan elke kant van het membraan wordt gecreëerd. [28] Zo'n concentratiegradiënt over een semipermeabel membraan zorgt voor een osmotische stroom voor het water. Osmose, in biologische systemen, omvat een oplosmiddel dat door een semipermeabel membraan beweegt, vergelijkbaar met passieve diffusie, omdat het oplosmiddel nog steeds met de concentratiegradiënt beweegt en geen energie nodig heeft. Hoewel water het meest voorkomende oplosmiddel in cellen is, kunnen het ook andere vloeistoffen zijn, evenals superkritische vloeistoffen en gassen. [29]

2. Transmembraaneiwitkanalen en -transporters: Transmembraaneiwitten strekken zich uit door de lipidedubbellaag van de membranen die ze aan beide zijden van het membraan functioneren om moleculen erdoorheen te transporteren. [30] Voedingsstoffen, zoals suikers of aminozuren, moeten de cel binnenkomen en bepaalde stofwisselingsproducten moeten de cel verlaten. Dergelijke moleculen kunnen passief diffunderen door eiwitkanalen zoals aquaporines in gefaciliteerde diffusie of worden door transmembraantransporteurs over het membraan gepompt. Eiwitkanaaleiwitten, ook wel doordringt, zijn meestal vrij specifiek en herkennen en transporteren slechts een beperkte verscheidenheid aan chemische stoffen, vaak beperkt tot één enkele stof. Een ander voorbeeld van een transmembraaneiwit is een receptor op het celoppervlak, waarmee celsignaleringsmoleculen tussen cellen kunnen communiceren. [30]

3. Endocytose: Endocytose is het proces waarbij cellen moleculen absorberen door ze op te slokken. Het plasmamembraan creëert een kleine vervorming naar binnen, een invaginatie genaamd, waarin de te transporteren stof wordt opgevangen. Deze invaginatie wordt veroorzaakt door eiwitten aan de buitenkant op het celmembraan, die als receptoren werken en zich clusteren in depressies die uiteindelijk de accumulatie van meer eiwitten en lipiden aan de cytosolische kant van het membraan bevorderen. [31] De vervorming knijpt vervolgens van het membraan aan de binnenkant van de cel, waardoor een blaasje ontstaat dat de gevangen substantie bevat. Endocytose is een route voor het internaliseren van vaste deeltjes ("celeten" of fagocytose), kleine moleculen en ionen ("celdrinken" of pinocytose) en macromoleculen. Endocytose vereist energie en is dus een vorm van actief transport.

4. Exocytose: Net zoals materiaal in de cel kan worden gebracht door invaginatie en vorming van een blaasje, kan het membraan van een blaasje worden versmolten met het plasmamembraan, waardoor de inhoud naar het omringende medium wordt geëxtrudeerd. Dit is het proces van exocytose. Exocytose vindt plaats in verschillende cellen om onverteerde resten van stoffen die door endocytose worden aangevoerd te verwijderen, om stoffen zoals hormonen en enzymen uit te scheiden en om een ​​stof volledig door een celbarrière te transporteren. In het proces van exocytose wordt de onverteerde afvalbevattende voedselvacuole of het uit het Golgi-apparaat ontstane secretoire blaasje eerst door het cytoskelet van het binnenste van de cel naar het oppervlak verplaatst. Het vesikelmembraan komt in contact met het plasmamembraan. De lipidemoleculen van de twee dubbellagen herschikken zichzelf en de twee membranen worden dus versmolten. Er wordt een doorgang gevormd in het gefuseerde membraan en de blaasjes stoten hun inhoud buiten de cel uit.

Prokaryoten zijn verdeeld in twee verschillende groepen, Archaea en Bacteria, waarbij bacteriën zich verder verdelen in grampositief en gramnegatief. Gram-negatieve bacteriën hebben zowel een plasmamembraan als een buitenmembraan gescheiden door periplasma, maar andere prokaryoten hebben alleen een plasmamembraan. Deze twee membranen verschillen in veel opzichten. Het buitenste membraan van de gramnegatieve bacteriën verschilt van andere prokaryoten doordat fosfolipiden de buitenkant van de dubbellaag vormen en lipoproteïnen en fosfolipiden de binnenkant. [32] Het buitenmembraan heeft typisch een poreuze kwaliteit vanwege de aanwezigheid van membraaneiwitten, zoals gramnegatieve porines, die porievormende eiwitten zijn. Het binnenste plasmamembraan is over het algemeen ook symmetrisch, terwijl het buitenmembraan asymmetrisch is vanwege eiwitten zoals de bovengenoemde. Ook voor de prokaryotische membranen zijn er meerdere dingen die de vloeibaarheid kunnen beïnvloeden. Een van de belangrijkste factoren die de vloeibaarheid kunnen beïnvloeden, is de vetzuursamenstelling. Wanneer de bacteriën bijvoorbeeld Staphylococcus aureus werd gekweekt bij 37 ◦C gedurende 24 uur, vertoonde het membraan een meer vloeibare toestand in plaats van een gelachtige toestand. Dit ondersteunt het concept dat het membraan bij hogere temperaturen vloeibaarder is dan bij koudere temperaturen. Wanneer het membraan vloeibaarder wordt en meer gestabiliseerd moet worden, zal het langere vetzuurketens of verzadigde vetzuurketens maken om het membraan te helpen stabiliseren. [33] Bacteriën zijn ook omgeven door een celwand die bestaat uit peptidoglycaan (aminozuren en suikers). Sommige eukaryote cellen hebben ook celwanden, maar geen enkele is gemaakt van peptidoglycaan. Het buitenmembraan van gram-negatieve bacteriën is rijk aan lipopolysachariden, die gecombineerde poly- of oligosachariden en lipidegebieden van koolhydraten zijn die de natuurlijke immuniteit van de cel stimuleren. [34] Het buitenmembraan kan uitbloeien in periplasmatische uitsteeksels onder stressomstandigheden of bij virulentie-eisen terwijl het een gastheerdoelcel tegenkomt, en dus kunnen dergelijke blebs werken als virulentie-organellen. [35] Bacteriële cellen bieden talloze voorbeelden van de verschillende manieren waarop prokaryotische celmembranen worden aangepast met structuren die passen bij de niche van het organisme. Eiwitten op het oppervlak van bepaalde bacteriecellen helpen bijvoorbeeld bij hun glijdende beweging. [36] Veel gram-negatieve bacteriën hebben celmembranen die ATP-aangedreven eiwit-exporterende systemen bevatten. [36]

Vloeibaar mozaïek model

Volgens het vloeibare mozaïekmodel van S.J. Singer en G.L. Nicolson (1972), dat het eerdere model van Davson en Danielli verving, kunnen biologische membranen worden beschouwd als een tweedimensionale vloeistof waarin lipide- en eiwitmoleculen min of meer gemakkelijk diffunderen. [37] Hoewel de lipidedubbellagen die de basis vormen van de membranen inderdaad zelf tweedimensionale vloeistoffen vormen, bevat het plasmamembraan ook een grote hoeveelheid eiwitten, die voor meer structuur zorgen. Voorbeelden van dergelijke structuren zijn eiwit-eiwitcomplexen, piketten en hekken gevormd door het op actine gebaseerde cytoskelet en mogelijk lipide-vlotten.

Lipide dubbellaag

Lipidendubbellagen vormen zich door het proces van zelfassemblage. Het celmembraan bestaat voornamelijk uit een dunne laag amfipathische fosfolipiden die spontaan gerangschikt zijn zodat de hydrofobe "staart"-regio's worden geïsoleerd van het omringende water, terwijl de hydrofiele "kop"-regio's interageren met de intracellulaire (cytosolische) en extracellulaire vlakken van de resulterende dubbellaag . Dit vormt een continue, bolvormige lipide dubbellaag. Hydrofobe interacties (ook bekend als het hydrofobe effect) zijn de belangrijkste drijvende krachten bij de vorming van lipidedubbellagen. Een toename van interacties tussen hydrofobe moleculen (waardoor clustering van hydrofobe gebieden ontstaat) zorgt ervoor dat watermoleculen zich vrijer met elkaar kunnen verbinden, waardoor de entropie van het systeem toeneemt. Deze complexe interactie kan niet-covalente interacties omvatten, zoals van der Waals, elektrostatische en waterstofbruggen.

Lipidedubbellagen zijn in het algemeen ondoordringbaar voor ionen en polaire moleculen. De rangschikking van hydrofiele koppen en hydrofobe staarten van de lipidedubbellaag voorkomt dat polaire opgeloste stoffen (bijv. aminozuren, nucleïnezuren, koolhydraten, eiwitten en ionen) door het membraan diffunderen, maar maakt in het algemeen de passieve diffusie van hydrofobe moleculen mogelijk. Dit geeft de cel het vermogen om de beweging van deze stoffen te regelen via transmembraaneiwitcomplexen zoals poriën, kanalen en poorten. Flippasen en scramblases concentreren fosfatidylserine, dat een negatieve lading draagt, op het binnenmembraan. Samen met NANA creëert dit een extra barrière voor geladen delen die door het membraan bewegen.

Membranen hebben verschillende functies in eukaryote en prokaryotische cellen. Een belangrijke rol is het reguleren van de beweging van materialen in en uit cellen. De fosfolipide dubbellaagse structuur (vloeistofmozaïekmodel) met specifieke membraaneiwitten is verantwoordelijk voor de selectieve permeabiliteit van het membraan en passieve en actieve transportmechanismen. Bovendien vergemakkelijken membranen in prokaryoten en in de mitochondriën en chloroplasten van eukaryoten de synthese van ATP door chemiosmosis. [38]

Membraan polariteit:

Het apicale membraan van een gepolariseerde cel is het oppervlak van het plasmamembraan dat naar binnen gericht is naar het lumen. Dit is vooral duidelijk in epitheel- en endotheelcellen, maar beschrijft ook andere gepolariseerde cellen, zoals neuronen. Het basolaterale membraan van een gepolariseerde cel is het oppervlak van het plasmamembraan dat zijn basale en laterale oppervlakken vormt. Het is naar buiten gericht, naar het interstitium en weg van het lumen. Basolateraal membraan is een samengestelde uitdrukking die verwijst naar de termen "basaal (basis) membraan" en "lateraal (zij) membraan", die, vooral in epitheelcellen, identiek zijn qua samenstelling en activiteit. Eiwitten (zoals ionkanalen en pompen) kunnen vrij bewegen van het basale naar het laterale oppervlak van de cel of vice versa in overeenstemming met het vloeibare mozaïekmodel. Strakke kruispunten verbinden epitheelcellen nabij hun apicale oppervlak om de migratie van eiwitten van het basolaterale membraan naar het apicale membraan te voorkomen. De basale en laterale oppervlakken blijven dus ongeveer gelijk [ verduidelijking nodig ] aan elkaar, maar toch onderscheiden van het apicale oppervlak.

Membraanstructuren

Celmembraan kan verschillende soorten "supramembraan" -structuren vormen, zoals caveola, postsynaptische dichtheid, podosome, invadopodium, focale adhesie en verschillende soorten celverbindingen. Deze structuren zijn meestal verantwoordelijk voor celadhesie, communicatie, endocytose en exocytose. Ze kunnen worden gevisualiseerd door elektronenmicroscopie of fluorescentiemicroscopie. Ze zijn samengesteld uit specifieke eiwitten, zoals integrines en cadherines.

Cytoskelet

Het cytoskelet bevindt zich onder het celmembraan in het cytoplasma en vormt een steiger voor membraaneiwitten om aan te verankeren, en vormt ook organellen die zich uitstrekken vanuit de cel. Inderdaad, cytoskeletelementen interageren uitgebreid en intiem met het celmembraan. [39] Verankerende eiwitten beperken ze tot een bepaald celoppervlak - bijvoorbeeld het apicale oppervlak van epitheelcellen die de darm van gewervelde dieren bekleden - en beperken hoe ver ze kunnen diffunderen in de dubbellaag. Het cytoskelet kan aanhangselachtige organellen vormen, zoals cilia, die op microtubuli gebaseerde extensies zijn die worden bedekt door het celmembraan, en filopodia, die op actine gebaseerde extensies zijn. Deze verlengingen zijn omhuld met een membraan en steken uit vanaf het oppervlak van de cel om de externe omgeving waar te nemen en/of om contact te maken met het substraat of andere cellen. De apicale oppervlakken van epitheelcellen zijn dicht met op actine gebaseerde vingerachtige uitsteeksels, bekend als microvilli, die het celoppervlak vergroten en daardoor de opnamesnelheid van voedingsstoffen verhogen. Gelokaliseerde ontkoppeling van het cytoskelet en het celmembraan resulteert in de vorming van een blaasje.

Intracellulaire membranen

De inhoud van de cel, in het celmembraan, bestaat uit talrijke membraangebonden organellen, die bijdragen aan de algemene functie van de cel. De oorsprong, structuur en functie van elk organel leidt tot een grote variatie in de celsamenstelling vanwege de individuele uniciteit van elk organel.

  • Mitochondriën en chloroplasten worden verondersteld te zijn geëvolueerd uit bacteriën, bekend als de endosymbiotische theorie. Deze theorie is ontstaan ​​vanuit het idee dat Paracoccus en Rhodopseaudomonas, soorten bacteriën, delen vergelijkbare functies als mitochondriën en blauwgroene algen, of cyanobacteriën, delen vergelijkbare functies als chloroplasten. De endosymbiotische theorie stelt voor dat in de loop van de evolutie een eukaryote cel deze 2 soorten bacteriën overspoelde, wat leidde tot de vorming van mitochondriën en chloroplasten in eukaryote cellen. Deze verzwelging leidde tot de 2 membranen van deze organellen waarbij het buitenmembraan afkomstig was van het plasmamembraan van de gastheer en het binnenmembraan het plasmamembraan van de endosymbiont was. Gezien het feit dat mitochondriën en chloroplasten beide hun eigen DNA bevatten, is een verdere ondersteuning dat beide organellen zijn geëvolueerd uit overspoelde bacteriën die gedijden in een eukaryote cel. [40]
  • In eukaryote cellen scheidt het kernmembraan de inhoud van de kern van het cytoplasma van de cel. [41] Het kernmembraan wordt gevormd door een binnen- en buitenmembraan, dat zorgt voor de strikte regulering van materialen in en uit de kern. Materialen bewegen tussen het cytosol en de kern door kernporiën in het kernmembraan. Als de celkern actiever is in transcriptie, zal het membraan meer poriën hebben. De eiwitsamenstelling van de kern kan sterk verschillen van het cytosol, omdat veel eiwitten niet via diffusie door de poriën kunnen gaan. Binnen het kernmembraan variëren de binnen- en buitenmembranen in eiwitsamenstelling en alleen het buitenmembraan is continu met het endoplasmatisch reticulum (ER) membraan. Net als het ER bezit het buitenmembraan ook ribosomen die verantwoordelijk zijn voor het produceren en transporteren van eiwitten in de ruimte tussen de twee membranen. Het kernmembraan valt uiteen tijdens de vroege stadia van mitose en komt weer samen in latere stadia van mitose. [42]
  • Het ER, dat deel uitmaakt van het endomembraansysteem, dat een zeer groot deel van de totale membraaninhoud van de cel uitmaakt. Het ER is een ingesloten netwerk van tubuli en zakjes, en de belangrijkste functies zijn eiwitsynthese en lipidenmetabolisme. Er zijn 2 soorten ER, glad en ruw. Aan het ruwe ER zijn ribosomen gehecht die worden gebruikt voor eiwitsynthese, terwijl het gladde ER meer wordt gebruikt voor de verwerking van toxines en calciumregulatie in de cel. [43]
  • Het Golgi-apparaat heeft twee onderling verbonden ronde Golgi-cisternae. Compartimenten van het apparaat vormen meerdere buisvormige-reticulaire netwerken die verantwoordelijk zijn voor organisatie, stapelverbinding en vrachtvervoer die een continue druifachtige snaarvormige blaasjes vertonen variërend van 50-60 nm. Het apparaat bestaat uit drie hoofdcompartimenten, een platte schijfvormige cisterna met buisvormige-reticulaire netwerken en blaasjes. [44]

Variaties

Het celmembraan heeft verschillende lipiden- en eiwitsamenstellingen in verschillende celtypes en kan daarom specifieke namen hebben voor bepaalde celtypes.

    in spiercellen: Sarcolemma is de naam die wordt gegeven aan het celmembraan van spiercellen. [45] Hoewel het sarcolemma vergelijkbaar is met andere celmembranen, heeft het andere functies die het onderscheiden. Het sarcolemma zendt bijvoorbeeld synaptische signalen uit, helpt bij het genereren van actiepotentialen en is zeer betrokken bij spiercontractie. [46] In tegenstelling tot andere celmembranen vormt het sarcolemma kleine kanaaltjes die T-tubuli worden genoemd en die door het geheel van spiercellen gaan. Er is ook gevonden dat het gemiddelde sarcolemma 10 nm dik is in tegenstelling tot de 4 nm dikte van een algemeen celmembraan. [47][45]
  • Oolemma is het celmembraan in oöcyten: De oolemma van oöcyten (onrijpe eicellen) komen niet overeen met een lipidedubbellaag omdat ze geen dubbellaag hebben en niet uit lipiden bestaan. [48] ​​In plaats daarvan heeft de structuur een binnenste laag, de bevruchtingsenvelop, en de buitenkant bestaat uit de vitelline-laag, die bestaat uit glycoproteïnen, maar kanalen en eiwitten zijn nog steeds aanwezig voor hun functies in het membraan. : Het gespecialiseerde plasmamembraan op de axonen van zenuwcellen dat verantwoordelijk is voor het genereren van de actiepotentiaal. Het bestaat uit een korrelige, dicht opeengepakte lipidedubbellaag die nauw samenwerkt met de cytoskeletcomponenten spectrine en actine. Deze cytoskeletcomponenten kunnen binden aan en interageren met transmembraaneiwitten in het axolemma. [49][50]

De permeabiliteit van een membraan is de snelheid van passieve diffusie van moleculen door het membraan.Deze moleculen staan ​​bekend als permeant moleculen. Permeabiliteit hangt voornamelijk af van de elektrische lading en polariteit van het molecuul en in mindere mate van de molecuulmassa van het molecuul. Vanwege de hydrofobe aard van het celmembraan gaan kleine elektrisch neutrale moleculen gemakkelijker door het membraan dan geladen, grote. Het onvermogen van geladen moleculen om door het celmembraan te gaan, resulteert in een pH-verdeling van stoffen door de vloeistofcompartimenten van het lichaam.


Plasmamembraan: structuur en functie Eenvoudige opmerkingen

De plasma membraan, celmembraan, cytoplasmatisch membraan en permeabel membraan gezamenlijk zijn dit hetzelfde membraan dat de cel en de componenten van de cel omringt. Elke levende cel is aan de buitenkant bedekt met een dun transparant, elektronen microscopisch, plastic, regeneratief en semipermeabel membraan genaamd celmembraan (genaamd plasma membraan of plasmalemma). Het heette “cel's 8221 membraan door “Nagelli” en “Cramer” maar werd gebeld plasmalemma door “Ploeg'8221.

Chemische samenstelling van plasmamembraan:

biochemisch analyse van de plasma membraan liet zien dat plasma membraan is hier chemisch van gevormd chemisch die hieronder geven:

lipide : 42% De meest voorkomende lipidecomponenten zijn: fosfolipide (55-70% waarvan hoofd fosfolipide is lecithine). Ander vettig stoffen zijn sterolen voorbeeld van sterol is cholesterol, sfingolipiden, glycolipiden en cerebrosiden.

Eiwitten : 58-59%.

Koolhydraten : Ongeveer 1% (voornamelijk) hexose, hexosamine, siaalzuur, fructose).

Enzymen : Enzymen typen (het meest gemeenschappelijk enzym is ATPase wat helpt bij actief transport). Andere vaak gevonden enzymen zijn fosfatasen, nucleasen enzovoort.

Structuur van plasmamembraan:

Verschillende modellen voor het verklaren van de structuur van plasma membraan is van tijd tot tijd naar voren gebracht, afhankelijk van de informatie die op een bepaald moment beschikbaar is. Sommigen van hen zijn als volgt:

1. Modellen voor lipiden- en lipidendubbellagen:

Het werd voorgesteld door ‘Ernest Overton‘ in 1900. Hij was de eerste die het bestaan ​​van a . suggereerde lipide membraan in de cel. Hij stelde voor dat celmembranen zijn samengesteld uit een laag van lipiden. Evert Gorter en “François Grendel” in 1925 geëxtraheerd lipiden van RBC (erytrocyten) spook (bebloed leeg RBC) en stelde voor dat celmembraan zijn samengesteld uit twee lagen vloeistof waarin: hydrofoob innerlijk interageren.

Lipoproteïne Model van celmembraan

2. Lamellaire modellen:

Deze modellen zijn gebaseerd op de aanwezigheid van beide eiwitten en lipiden als verschillende lagen in celmembraan.

(i) Sandwichmodel:

“Danielli” en “Davson'8221 op basis van hun oppervlaktespanning en fysiologisch studies die suggereren dat een celmembraan heeft vier lagen van moleculen, twee centrale van fosfolipiden en twee externe van eiwitten als P-b-L-P. Deze twee lagen van fosfolipiden zijn aan weerszijden ingeklemd door een laag gehydrateerd alfa-globulaire eiwitten. De niet-polair hydrofoob uiteinden van de twee lipidenlagen zijn richting het centrum.

(ii) Eenheidsmembraanmodel:

J. David Robertson studeerde de ultrastructuur van een aantal biomembranen (celmembraan, kernmembraan etc.) en realiseerde me dat al deze membranen zijn vergelijkbaar in hun ultrastructuur behalve in hun dikte. De dikte hangt af van de proportie en soorten fosfolipiden en relatieve rangschikking van fosfolipiden en eiwitten. Dit geeft specificiteit aan elk membraan. Hij bedacht de voorwaarde 'eenheid membraan’ en verklaarde dat elke biomembraan bestaat uit één (bijv. plasma membraan, lysosomaal membraan) of meer eenheid membraan (bijv. mitochondriaal membraan , kernmembraan en plastidiale membranen).

Afb. Unit membraanmodel

Dit model stelt dat biomembraan is een dipoproteïne en trilaminair. Het aandeel van lipiden tot eiwitten varieert van 1 : 0-08 tot I : 4. eiwit moleculen zijn verlengd (bèta-eiwitten of vezelig) en niet-globulair. Elk fosfolipide is een polair molecuul met een hydrofiel hoofd van glycerol en hydrofoob staart van twee vetzuurketens. hoofden van fosfolipide moleculen zijn gericht op tegengestelde richtingen terwijl staarten van twee lagen tegenover elkaar. Gemiddelde dikte van biomembranen is 75-100A waarin elk eiwitlaag is 15-30A terwijl fosfolipide dubbellaag is 35-45A. uit fosfolipide dubbellaag, de poolkop is ongeveer 5A terwijl de niet-polaire staarten ongeveer zijn 25A dik.

3. Vloeibaar mozaïekmodel:

Zanger en Nicholson (1975) verklaarde dat plasma membraan bestaat uit "eiwit ijsbergen in een zee van lipiden. Het is lipoproteïne en trilaminair. Fosfolipide dubbellaag is vloeibaar maken in de natuur waarin fosfolipide moleculen laat twee soorten bewegingen zien.

Fig. Vloeistof-mozaïekmodel van plasmamembraan

(l) Overgangsbewegingen (moleculen veranderen hun positie binnen dezelfde laag).

(ii) Flip-flop bewegingen (moleculen van twee lagen kunnen worden verwisseld).

Eiwitten zijn bolvormig en zijn van twee soorten

(l) Extrinsiek of perifere eiwitten : Deze liggen buiten de buitenste en innerlijk oppervlakken van fosfolipide dubbellaag. Deze zijn losjes bevestigd aan fosfolipide moleculen zijn dus gemakkelijk te scheiden. deze vormen 70% van de eiwitten bijv. Acetyl-cholinestrase, ATPase enzovoort.

(ii) Intrinsiek of integrale eiwitten : Deze zijn gedeeltelijk of volledig ingebed in de fosfolipide dubbellaag. Deze worden sterk gehouden aan fosfolipide moleculen zijn dus niet gemakkelijk te scheiden. deze vormen 30% van de eiwitten bijv. cytochroomoxidase (mitochondriaal membraan), rodopsine (retinale staafcellen) enzovoort.

Fosfolipide molecuul:

Fosfolipide molecuul is een polair molecuul en heeft twee specifieke uiteinden – hydrofiel hoofd van glycerol en hydrofobe staart van twee vetzuren kettingen. hoofden van fosfolipide moleculen van twee lagen zijn in tegengestelde richtingen gericht terwijl staarten van twee lagen tegenover elkaar. Koolhydraat moleculen (vooral oligosachariden) worden ook geassocieerd met het buitenoppervlak van celmembraan.

Structuur van plasmamembraan:

(l) microcilli : Het zijn dunne uitsteeksels van het vrije oppervlak van plasma membraan. Deze vergroten het oppervlak.

(ii) desmosoom : Twee laterale cellen waar verenigt, veel vezels ontstaan ​​en verspreiden zich in het cytoplasma. Deze heten desmosoom.

(iii) trilhaar : Dit zijn kleine uitsteeksels aan het buitenoppervlak van plasma membraan. Ze zijn onderverdeeld in drie delenStengel, Basale plaat en Basaal lichaam.

Stengel heeft twee centrale en negen perifere vezels.

Functies van plasmamembraan:

Plasma membraan of plasmalemma voert verschillende functies. Het bestuurt cellulair semipermeabiliteit, resorptie, uitscheiding en afscheiding. celmembraan vertegenwoordigt een selectieve route voor transport van stoffen naar binnen en naar buiten de cel, controlerend cel vorm en cel werkzaamheid. Naast vervoer, celmembraan speelt ook een belangrijke rol bij celherkenning en in de maak cel gewrichten (verband tussen cellen). Deze functies zijn als volgt.

Osmose:

De osmose is de diffusie van water moleculen door celmembraan van lage osmotische druk tot hoge osmotische druke. Plasma membraan fungeert als een semipermeabel membraan het toestaan ​​van de beweging van water moleculen in en uit.

Pinocytose en fagocytose:

pinocytose en fagocytose zijn invaginatie van plasma membraan een vormen vacuole, die overgaat in de cel vormen voedselvacuole. De “inslikken van vaste deeltjes door een cel door Cel membraan wordt genoemd als fagocytose, terwijl in pinocytose, de vloeibare stoffen zijn opgenomen in de cel door plasma membraan.

Actief transport:

In actief transport, de beweging van moleculen is tegen de concentratie, verloop, binden. de moleculen of ionen verhuizen van lagere concentratie richting hogere concentratie. Maar in passief transport, beweging van moleculen ionen van hoger tot lagere concentratie en hier geen energie Is benodigd

Plasma membraan vermindert de oppervlaktespanning.

lipide moleculen schenken membraan de elektrische eigenschap.

Biogenese (of oorsprong van plasmamembraan):

Twee interpretaties zijn naar voren geschoven om de oorsprong van plasma membraan.

  • De plasma membraan wordt beschouwd als een onafhankelijke organel die autonoom vergroot met de groei van de cel.
  • Meer geaccepteerde weergave-The plasma membraan wordt gevormd als resultaat van zelfassemblage van zijn chemische componenten, de lipiden en de eiwitten. De monomeren of de bouwsteen van lipiden en eiwitten van de cytoplasma ondergaan polymerisatie vormen grote moleculen. Deze macromoleculen samenkomen en organiseren om de te vormen plasma membraan.

Bovenstaande theorie krijgt steun van de observatie dat a nieuw plasmamembraan wordt gevormd waar het wordt vernietigd.

Transport door celmembraan:

Permeabiliteit en transport:

Het transport van een bepaalde stof over de plasma membraan hangt af van: (i) de grootte van de poriën in de plasma membraan en (ii) de maat en last van de moleculen van dat substantie. Men zegt dat een membraan is:

(l) Permeabel aan een bepaalde stof als die stof gemakkelijk door de membraan.

(ii) ondoordringbaar als de stof niet door het membraan gaat.

(iii) semipermeabel (of gedeeltelijk doorlatend) als de membraan laat sommigen, maar niet allemaal, er doorheen.

Alle biologische membranen zijn gedeeltelijk doorlatend. Reageren op de milieu omstandigheden (of cellulaire behoeften), de celmembraan kan een barrière vormen voor een bepaalde stof op een bepaald moment, maar kan op een ander moment de passage ervan actief promoten. Door het chemische verkeer naar de cel te reguleren, plasma membraan presteert drie hoofdfuncties::

(i) Bediening intracellulair fysiologisch omstandigheden ideaal voor cel functioneren.

(ii) Onderhoudt variatie in de concentratie van stoffen en ionen binnenkant intracellulaire vloeistof en buiten (extracellulaire vloeistof) van de cel.

(iii) Onderhoudt evenwicht tussen osmotische druk van intracellulaire vloeistof en interstitiële vloeistof.

Transport van stoffen door plasmamembraan:

Transport van stoffen over plasma membraan in de cel kan worden bereikt door de volgende methoden:

A. Transport van water door 1. Osmose

B. Transport van ionen en moleculen door 2. Passief transport

C. Transport van grote moleculen door 4. Endocytose

D. Transport van vaste deeltjes door (i) Pinocytose

E. Afgifte van stoffen door 5. Eneiocytose.

Als je geïnteresseerd bent in biologie, lees dan ook dit bericht – Structure of a Sperm Cell, Essay on Spermatogenesis


Inhoud

Asymmetrie Bewerken

De lipide dubbellaag bestaat uit twee lagen: een buitenste blaadje en een binnenste blaadje. [1] De componenten van dubbellagen zijn ongelijk verdeeld tussen de twee oppervlakken om asymmetrie tussen de buiten- en binnenoppervlakken te creëren. [2] Deze asymmetrische organisatie is belangrijk voor celfuncties zoals celsignalering. [3] De asymmetrie van het biologische membraan weerspiegelt de verschillende functies van de twee blaadjes van het membraan. [4] Zoals te zien is in het vloeistofmembraanmodel van de fosfolipidedubbellaag, zijn het buitenste en binnenste blad van het membraan asymmetrisch van samenstelling. Bepaalde eiwitten en lipiden rusten alleen op het ene oppervlak van het membraan en niet op het andere.

• Zowel het plasmamembraan als de interne membranen hebben cytosolische en exoplasmatische vlakken. • Deze oriëntatie blijft behouden tijdens membraantransport – eiwitten, lipiden, glycoconjugaten die naar het lumen van het ER en Golgi gericht zijn, komen tot expressie aan de extracellulaire kant van het plasmamembraan. In eukaryote cellen worden nieuwe fosfolipiden geproduceerd door enzymen die zijn gebonden aan het deel van het endoplasmatisch reticulummembraan dat tegenover het cytosol ligt. [5] Deze enzymen, die vrije vetzuren als substraat gebruiken, zetten alle nieuw gemaakte fosfolipiden af ​​in de cytosolische helft van de dubbellaag. Om het membraan als geheel gelijkmatig te laten groeien, moet dan de helft van de nieuwe fosfolipidemoleculen worden overgebracht naar de tegenoverliggende monolaag. Deze overdracht wordt gekatalyseerd door enzymen die flippasen worden genoemd. In het plasmamembraan brengen flippasen selectief specifieke fosfolipiden over, zodat verschillende typen in elke monolaag worden geconcentreerd. [5]

Het gebruik van selectieve flippasen is echter niet de enige manier om asymmetrie in lipidedubbellagen te produceren. In het bijzonder werkt een ander mechanisme voor glycolipiden - de lipiden die de meest opvallende en consistente asymmetrische verdeling in dierlijke cellen vertonen. [5]

Lipiden Bewerken

Het biologische membraan bestaat uit lipiden met hydrofobe staarten en hydrofiele koppen. [6] De hydrofobe staarten zijn koolwaterstofstaarten waarvan de lengte en verzadiging belangrijk zijn bij het karakteriseren van de cel. [7] Lipide-vlotten komen voor wanneer lipidensoorten en eiwitten aggregeren in domeinen in het membraan. Deze helpen bij het organiseren van membraancomponenten in gelokaliseerde gebieden die betrokken zijn bij specifieke processen, zoals signaaltransductie.

Rode bloedcellen, of erytrocyten, hebben een unieke lipidensamenstelling. De dubbellaag van rode bloedcellen bestaat uit cholesterol en fosfolipiden in gelijke gewichtsverhoudingen. [7] Erytrocytmembraan speelt een cruciale rol bij de bloedstolling. In de dubbellaag van rode bloedcellen zit fosfatidylserine. [8] Dit is meestal aan de cytoplasmatische kant van het membraan. Het wordt echter omgedraaid naar het buitenmembraan om te worden gebruikt tijdens de bloedstolling. [8]

Eiwitten Bewerken

Fosfolipide dubbellagen bevatten verschillende eiwitten. Deze membraaneiwitten hebben verschillende functies en kenmerken en katalyseren verschillende chemische reacties. Integrale eiwitten omspannen de membranen met aan weerszijden verschillende domeinen. [6] Integrale eiwitten hebben een sterke associatie met de lipidedubbellaag en kunnen niet gemakkelijk losraken. [9] Ze zullen alleen dissociëren met een chemische behandeling die het membraan breekt. Perifere eiwitten zijn anders dan integrale eiwitten omdat ze zwakke interacties hebben met het oppervlak van de dubbellaag en gemakkelijk kunnen worden losgekoppeld van het membraan. [6] Perifere eiwitten bevinden zich op slechts één zijde van een membraan en creëren membraanasymmetrie.

ENKELE VOORBEELDEN VAN PLASMA MEMBRAAN EIWITTEN EN HUN FUNCTIES
FUNCTIONELE KLASSE VOORBEELD EIWIT SPECIFIEKE FUNCTIE
Transporters Na+ Pomp pompt actief Na+ uit cellen en K+ in
Ankers integrines koppel intracellulaire actinefilamenten aan extracellulaire matrixeiwitten
receptoren van bloedplaatjes afgeleide groeifactorreceptor bindt extracellulair PDGF en genereert als gevolg daarvan intracellulaire signalen die de cel doen groeien en delen
Enzymen adenylylcyclase katalyseert de productie van intracellulair signaalmolecuul cyclisch AMP als reactie op extracellulaire signalen

Oligosachariden Bewerken

Oligosachariden zijn suikerhoudende polymeren. In het membraan kunnen ze covalent worden gebonden aan lipiden om glycolipiden te vormen of covalent gebonden aan eiwitten om glycoproteïnen te vormen. Membranen bevatten suikerbevattende lipidemoleculen die bekend staan ​​als glycolipiden. In de dubbellaag worden de suikergroepen van glycolipiden blootgesteld aan het celoppervlak, waar ze waterstofbruggen kunnen vormen. [9] Glycolipiden zijn het meest extreme voorbeeld van asymmetrie in de lipidedubbellaag. [10] Glycolipiden vervullen een groot aantal functies in het biologische membraan die voornamelijk communicatief zijn, waaronder celherkenning en cel-celadhesie. Glycoproteïnen zijn integrale eiwitten. [2] Ze spelen een belangrijke rol in de immuunrespons en bescherming. [11]

De fosfolipide dubbellaag wordt gevormd door de aggregatie van membraanlipiden in waterige oplossingen. [4] Aggregatie wordt veroorzaakt door het hydrofobe effect, waarbij hydrofobe uiteinden met elkaar in contact komen en worden gescheiden van water.[6] Deze opstelling maximaliseert de waterstofbinding tussen hydrofiele koppen en water, terwijl ongunstig contact tussen hydrofobe staarten en water wordt geminimaliseerd. [10] De toename van beschikbare waterstofbruggen verhoogt de entropie van het systeem, waardoor een spontaan proces ontstaat.

Biologische moleculen zijn amfifiel of amfipathisch, d.w.z. zijn tegelijkertijd hydrofoob en hydrofiel. [6] De fosfolipide dubbellaag bevat geladen hydrofiele kopgroepen, die interageren met polair water. De lagen bevatten ook hydrofobe staarten, die samenkomen met de hydrofobe staarten van de complementaire laag. De hydrofobe staarten zijn meestal vetzuren die in lengte verschillen. [10] De interacties van lipiden, vooral de hydrofobe staarten, bepalen de fysieke eigenschappen van de lipidedubbellaag, zoals vloeibaarheid.

Membranen in cellen definiëren typisch omsloten ruimten of compartimenten waarin cellen een chemische of biochemische omgeving kunnen handhaven die verschilt van de buitenkant. Het membraan rond peroxisomen beschermt bijvoorbeeld de rest van de cel tegen peroxiden, chemicaliën die giftig kunnen zijn voor de cel, en het celmembraan scheidt een cel van het omringende medium. Peroxisomen zijn een vorm van vacuole die in de cel wordt aangetroffen en die bijproducten van chemische reacties in de cel bevat. De meeste organellen worden gedefinieerd door dergelijke membranen en worden "membraangebonden" organellen genoemd.

Selectieve permeabiliteit

Waarschijnlijk het belangrijkste kenmerk van een biomembraan is dat het een selectief permeabele structuur is. Dit betekent dat de grootte, lading en andere chemische eigenschappen van de atomen en moleculen die ze proberen over te steken, zullen bepalen of ze daarin slagen. Selectieve permeabiliteit is essentieel voor een effectieve scheiding van een cel of organel van zijn omgeving. Biologische membranen hebben ook bepaalde mechanische of elastische eigenschappen waardoor ze naar behoefte van vorm kunnen veranderen en bewegen.

In het algemeen kunnen kleine hydrofobe moleculen gemakkelijk fosfolipidedubbellagen passeren door eenvoudige diffusie. [12]

Deeltjes die nodig zijn voor de cellulaire functie maar niet vrij door een membraan kunnen diffunderen, komen binnen via een membraantransporteiwit of worden opgenomen door middel van endocytose, waarbij het membraan ervoor zorgt dat een vacuole erop kan aansluiten en de inhoud in de cel duwt. Veel soorten gespecialiseerde plasmamembranen kunnen de cel scheiden van de externe omgeving: apicale, basolaterale, presynaptische en postsynaptische membranen, membranen van flagella, cilia, microvillus, filopodia en lamellipodia, het sarcolemma van spiercellen, evenals gespecialiseerde myeline- en dendritische wervelkolommembranen van neuronen. Plasmamembranen kunnen ook verschillende soorten "supramembraan"-structuren vormen, zoals caveolae, postsynaptische dichtheid, podosome, invadopodium, desmosome, hemidesmosome, focale adhesie en celverbindingen. Deze typen membranen verschillen in lipide- en eiwitsamenstelling.

Verschillende soorten membranen creëren ook intracellulaire organellen: endosoom glad en ruw endoplasmatisch reticulum sarcoplasmatisch reticulum Golgi-apparaat lysosoom mitochondrion (binnen- en buitenmembraan) kern (binnen- en buitenmembraan) peroxisoom vacuole cytoplasmatische korrels celblaasjes (fagosoom, autofagosoom, clavethrine) COPI-gecoate en COPII-gecoate blaasjes) en secretoire blaasjes (inclusief synaptosoom, acrosomen, melanosomen en chromaffinekorrels). Verschillende soorten biologische membranen hebben verschillende lipide- en eiwitsamenstellingen. De inhoud van membranen bepaalt hun fysische en biologische eigenschappen. Sommige componenten van membranen spelen een sleutelrol in de geneeskunde, zoals de effluxpompen die medicijnen uit een cel pompen.

Vloeibaarheid Bewerken

De hydrofobe kern van de fosfolipide dubbellaag is constant in beweging vanwege rotaties rond de bindingen van lipidestaarten. [13] Hydrofobe staarten van een dubbellaag buigen en sluiten aan elkaar. Vanwege waterstofbinding met water vertonen de hydrofiele kopgroepen echter minder beweging omdat hun rotatie en mobiliteit beperkt zijn. [13] Dit resulteert in een toenemende viscositeit van de lipidedubbellaag dichter bij de hydrofiele koppen. [6]

Onder een overgangstemperatuur verliest een lipidedubbellaag vloeibaarheid wanneer de zeer mobiele lipiden minder beweging vertonen en een gelachtige vaste stof worden. [14] De overgangstemperatuur hangt af van componenten van de lipidedubbellaag, zoals de lengte van de koolwaterstofketen en de verzadiging van de vetzuren. Temperatuurafhankelijke vloeibaarheid vormt een belangrijk fysiologisch kenmerk voor bacteriën en koudbloedige organismen. Deze organismen behouden een constante vloeibaarheid door de vetzuursamenstelling van de membraanlipiden te wijzigen in overeenstemming met verschillende temperaturen. [6]

In dierlijke cellen wordt de vloeibaarheid van het membraan gemoduleerd door de opname van sterolcholesterol. Dit molecuul is in bijzonder grote hoeveelheden aanwezig in het plasmamembraan, waar het ongeveer 20 gew.% van de lipiden in het membraan vormt. Omdat cholesterolmoleculen kort en stijf zijn, vullen ze de ruimten tussen naburige fosfolipidemoleculen die zijn achtergelaten door de knikken in hun onverzadigde koolwaterstofstaarten. Op deze manier heeft cholesterol de neiging om de dubbellaag te verstijven, waardoor deze stijver en minder doorlaatbaar wordt. [5]

Voor alle cellen is de vloeibaarheid van het membraan om vele redenen belangrijk. Het stelt membraaneiwitten in staat om snel in het vlak van de dubbellaag te diffunderen en met elkaar te interageren, wat bijvoorbeeld cruciaal is bij celsignalering. Het zorgt ervoor dat membraanlipiden en -eiwitten kunnen diffunderen van plaatsen waar ze na hun synthese in de dubbellaag worden ingebracht naar andere regio's van de cel. Het zorgt ervoor dat membranen met elkaar kunnen versmelten en hun moleculen kunnen mengen, en het zorgt ervoor dat membraanmoleculen gelijkmatig worden verdeeld tussen dochtercellen wanneer een cel zich deelt. Als biologische membranen niet vloeibaar waren, is het moeilijk voor te stellen hoe cellen zouden kunnen leven, groeien en zich voortplanten. [5]


15 Kenmerken van het celmembraan

1- Doorlatende textuur

Het celmembraan heeft een textuur die lijkt op slaolie, dat wil zeggen, het is doorlaatbaar voor zijn omgeving en laat het op een gecontroleerde manier interageren met wat er buiten gebeurt. Met deze eigenschap kunt u ook bepaalde items uitscheiden en opnemen wat u nodig heeft.

Deze textuur stelt hen ook in staat om met andere cellen te communiceren, zichzelf te identificeren en informatie te delen.

2- Vloeibaar mozaïekmodel

Dit is het momenteel geaccepteerde model voor celmembraanstructuur. Het werd in 1972 voorgesteld en geeft aan dat dit membraan een mozaïek is van componenten, voornamelijk fosfolipiden, cholesterol en eiwitten, die vrij en vloeiend in het vlak van dit mozaïek bewegen.

De cel zou zich altijd in een dynamisch proces bevinden, waarbij fosfolipiden en eiwitten voortdurend naast elkaar schuiven. De vloeibaarheid is zo groot dat als het wordt doorboord met een naald, het membraan eromheen stroomt. Na terugtrekking keert het membraan terug naar zijn normale stroom.

3- De belangrijkste componenten zijn lipiden

De belangrijkste componenten van het celmembraan zijn lipiden in de vorm van cholesterol en fosfolipiden. Bovendien bevat het eiwitten en koolhydraten die aan deze lipiden en eiwitten zijn gehecht.

Fosfolipiden zijn lipiden die zijn samengesteld uit glycerol. Celmembranen omvatten meestal twee lagen fosfolipiden in een systeem dat fosfolipidendubbellaag wordt genoemd.

Cholesterol is een ander lipide dat bestaat uit 4 kolen, dat naast de fosfolipiden in de kern van dit celmembraan wordt gevonden. Koolhydraten zijn aanwezig op het oppervlak van het plasmamembraan en zijn gekoppeld aan de eiwitten, waardoor glycoproteïnen worden gevormd.

4- Het maakt het mogelijk om de cel te vormen

Ondanks zijn permeabiliteit heeft het celmembraan voldoende consistentie om de cellen te vormen. Het is de basis waar het cytoskelet zich in sommige organismen hecht en de celwanden in andere. Het is de ondersteuning van de cel.

5- Reguleert de celgroei

Het celmembraan reguleert de groei van cellen door het evenwicht tussen de processen van endocytose en exocytose. Bij endocytose worden lipiden en eiwitten uit het celmembraan verwijderd en in de cel opgenomen.

Aan de andere kant, tijdens exocytose, versmelten blaasjes die lipiden en eiwitten bevatten met het celmembraan en nemen ze in omvang toe.

6- Het maakt de communicatie tussen de cellen mogelijk

Het heeft eiwitten die oppervlaktemerkereiwitten worden genoemd en waarmee de cel kan worden geïdentificeerd en kan communiceren met andere nabijgelegen cellen.

Het celmembraan heeft ontvangstplaatsen voor de interactie van specifieke biochemische elementen zoals bepaalde hormonen, neurotransmitters en eiwitten van het immuunsysteem. Op deze manier kan de cel bepaalde signalen herkennen en verwerken die door de extracellulaire omgeving worden ontvangen.

7- Metabolische activiteit

Een ander kenmerk van het celmembraan is dat het in zijn structuren enkele eiwitten en verwante enzymen in sommige metabolische processen van de cel bevat.

8- Het maakt deel uit van de structuur van de cel

Het celmembraan maakt deel uit van de structuur van cellen en niet een cel zelf. Vanwege zijn kenmerken kan het echter zoveel functies uitvoeren dat het waarschijnlijk de meest complete cellulaire structuur is, vanwege zijn vermogen om specifieke taken op meerdere detailniveaus uit te voeren.

9- Is betrokken bij het transportproces van de cel

Het celmembraan is verantwoordelijk voor het selecteren welke elementen de cel kunnen binnenkomen. Dit kunnen aminozuren, nucleotiden en suikers zijn.

Daarom heeft het celmembraan bepaalde specifieke structuren die ervoor zorgen dat bepaalde moleculen, zoals de genoemde, kunnen worden getranslateerd. Er zijn twee soorten transportprocessen in de cel:

Passief transport omvat diffusiegerelateerde niet-polaire moleculen en ook osmose - die gerelateerd is aan watermoleculen. In geen van deze twee processen verbruikt de cel energie.

Actief transport is wanneer een molecuul door de cel door zijn membraan moet worden voortgestuwd, waarbij osmose, diffusie of polariteit wordt ingenomen, tegen de natuurlijke richting in. Dit proces kost wel energie.

10- Het kan andere membranen vormen

Het celmembraan kan andere typen "supermembranen" en verschillende typen celverbindingen vormen. Deze zijn samengesteld uit specifieke eiwitten, zoals integrines en cadherines, allemaal celadhesiemoleculen. Sommige van deze "supermembranen" zijn onder andere caveolas.

11- De dichtheid is variabel van cel tot cel

Afhankelijk van het type cel kan de dichtheid van het celmembraan variëren. Dit is in overeenstemming met de functie die elke cel moet uitvoeren en zijn onafhankelijke vereisten. De axonen en hun omhulsels, de axolemen, hebben een verschillende dichtheid in hun celmembraan.

12- Het bestaat voor 50% uit eiwitten

Het celmembraan is ongeveer 25% tot 75% eiwit. Deze bevinden zich in het midden van de twee lipidedubbellagen die het membraan vormen. Fosfolipiden vormen de basisstructuur, terwijl eiwitten de specifieke functies van de verschillende taken van de cel vervullen.

13- Het heeft cholesterol

Het celmembraan heeft cholesterol in zijn coating, waardoor het zijn vloeibaarheid en permeabiliteit behoudt, waardoor de binnenkant van de cel in contact blijft met zijn omgeving.

14- Bevat glycoproteïnen aan de buitenkant

Glycoproteïnen die aanwezig zijn in het celmembraan worden gebruikt voor herkenning tussen cellen, naast het optreden als antigenen en receptoren.

15- Fungeren als grens

Het celmembraan zorgt ervoor dat levende cellen kunnen worden gescheiden van andere afvalstoffen die door het lichaam worden uitgescheiden, inclusief beschadigde of dode cellen. Dit beschermt de integriteit van gezonde cellen in het lichaam.


Effect van lipide-oplosbaarheid op permeabiliteit van plasmamembraan

: Het effect van lipide-oplosbaarheid van moleculen op de permeabiliteit van het plasmamembraan van dierlijke cellen bestuderen.

Inleiding :
Diffusie: Over het algemeen vindt het diffusieproces plaats wanneer er een concentratiegradiënt is tussen twee regio's. Moleculen (anders dan water) zullen door diffusie bewegen zolang er een concentratiegradiënt is. Er is sprake van een concentratiegradiënt wanneer een bepaald type molecuul (zoals kleurstofmoleculen voor voedingskleurstoffen) niet in een gelijkmatige concentratie wordt verspreid, maar op een bepaald moment in een hogere concentratie voorkomt.

Als we het hebben over de beweging door het plasmamembraan van de cel, is diffusie het eenvoudigste type passief transport, waarbij diffusie niet vereist dat de cel energie gebruikt. Alleen kleine moleculen kunnen door eenvoudige diffusie het celmembraan passeren. Diffusie is de beweging van moleculen van een gebied met een hoge concentratie naar een gebied met een lage concentratie. Dit verschil in de concentratie van moleculen in een ruimte wordt de concentratiegradiënt genoemd. Diffusie wordt aangedreven door de kinetische energie van de moleculen.

“ KarrieWrites heeft deze opdracht zo fenomenaal gedaan! Hij voltooide het vóór de deadline en was grondig en informatief. ”

Vanwege hun KE zijn moleculen constant in beweging. Diffusie treedt op wanneer moleculen willekeurig van elkaar weg bewegen in een vloeistof of gas.

De diffusiesnelheid hangt af van de temperatuur, de grootte en het type moleculen die diffunderen. Moleculen diffunderen sneller bij hogere temperaturen dan bij lagere temperaturen, en kleinere moleculen diffunderen sneller dan grote moleculen. Het meeste transport van materialen in en uit cellen vindt plaats door diffusie. De concentratiegradiënt is het verschil tussen de concentratie van een opgeloste stof op één plaats en de concentratie in een aangrenzend gebied.

Door op "Schrijversaanbiedingen controleren" te klikken, gaat u akkoord met onze servicevoorwaarden en ons privacybeleid. We sturen je af en toe promo- en accountgerelateerde e-mails

We zouden de oplossingen binnen en buiten de cel gewoon vergelijken voor hun concentraties van het betreffende molecuul. Als glucose (een monosacharide) bijvoorbeeld in gelijke concentraties is binnen en buiten de cel, is er geen glucoseconcentratiegradiënt en zal glucose niet bewegen. Maar als glucose zich buiten de cel in een hogere concentratie bevindt dan binnen in de cel, is de glucoseconcentratiegradiënt van buiten naar binnen de cel en zal glucose de cel in gaan. Het is niet nodig om energie te verbruiken om glucose in de cel te krijgen. De concentratiegradiënt voor de beweging van andere moleculen dan water is altijd van hoge concentratie naar lage concentratie.

SITI ALIA IZZANI ISMAIL
M13D

Onderzoeksvraag :
Hoe beïnvloedt de oplosbaarheid van in vet oplosbare moleculen de permeabiliteit van het plasmamembraan door de tijd te meten die nodig is voor hemolyse in rode bloedcellen. Hypothese

: Hoe hoger de oplosbaarheid van moleculen in lipiden, hoe hoger de permeabiliteit van plasmamembraan Variabelen

: Onafhankelijk : Oplosbaarheid van in vet oplosbare moleculen. Om verschillende oplosbaarheid van in vet oplosbare moleculen te verkrijgen, gebruiken we verschillende soorten in vet oplosbare stoffen waarvan de oplosbaarheid in vet van elkaar verschilt.

: Permeabiliteit van plasmamembraan. Het wordt gemeten door de tijd vast te leggen die rode bloedcellen nodig hebben tot hemolyse, waarbij de 'X'-afdruk op papier duidelijk zichtbaar wordt in het zicht zoals in gedestilleerd water.

: i) Volume suspensie van rode bloedcellen – Alle 3 reageerbuisjes die verschillende soorten in vet oplosbare stoffen bevatten, worden elk met hetzelfde volume suspensie van rode bloedcellen gedruppeld, namelijk 5 ml.
ii) Volume van in vet oplosbare stoffen - De in vet oplosbare stoffen is:
genomen in hetzelfde volume, elk 5 ml.
iii) Concentratie van in vet oplosbare stoffen – De in vet oplosbare stoffen worden verdund tot dezelfde concentratie, 0,3 M.
iv) Temperatuur van de experimentomgeving – Het experiment wordt in dezelfde ruimte uitgevoerd, zodat alle drie de experimenten dezelfde temperatuur hebben.
v) Type cellen - De cellen die in de 3 sets experimenten zijn gebruikt, zijn van hetzelfde type cel als rode bloedcellen.

SITI ALIA IZZANI ISMAIL
M13D

Voorraad bloed suspensie
Gedistilleerd water
Methyl alcohol
Ethylalcohol
Propylalcohol
n-Butylalcohol

Tabel 1: Lijst van gebruikte materialen in het experiment, met gebruikte hoeveelheid en volume. Inrichting

Test buizen
Maatcilinder
Spuit
Papier met 'X'-opdruk
Timer
druppelaar

Tabel 2: Lijst van apparaten die in het experiment zijn gebruikt, met gebruikte hoeveelheid en volume. Diagram

Schema 1: Het opstellingsapparaat voor het experiment

SITI ALIA IZZANI ISMAIL
M13D

Label voor opstellingsapparaat:
A: Rode bloedcelsuspensie + gedestilleerd water
B: Rode bloedcelsuspensie + methylalcohol
C: Rode bloedcelsuspensie + ethylalcohol
D: Rode bloedcelsuspensie + Propylalcohol
E: Rode bloedcelsuspensie + n-butylalcohol
Methodologie :
1. Meet 5 ml gedestilleerd water af met een maatcilinder van 10 ml. 2. Doe 5 ml gedestilleerd water in een reageerbuis.
3. Voeg 5 druppels rode celsuspensie toe en meng voorzichtig.
4. Herhaal de procedure met 5 ml 0,3 M methylalcohol, ethylalcohol, propylalcohol, nbutylalcohol. 5. Als de eerste druppel bloed de oplossing bereikt, start u de timer . 6. Bepaal de tijd die nodig is om hemolyse te laten plaatsvinden. Doe dit door het buisje voor de afdruk op deze pagina te houden. Als hemolyse optreedt, zal de afdruk steeds duidelijker worden. 7. Als het hemolyseproces te snel plaatsvindt, koel dan alle 5 de oplossing met rode bloedcellen in ijswater om het hemolyseproces te vertragen

8. Registreer tijden voor hemolyse van rode bloedcellen in een tabel. Suggestie voor gegevenstabel
Soort van
substantie

: Verdelingscoëfficiënt
(oplosbaarheid)

Gedistilleerd water
Methyl alcohol
Ethylalcohol
Propylalcohol
n-butylalcohol
Tabel 3: Suggestie voor gegevens in tabelvorm

Tijd nodig voor hemolyse van rood
bloedcel (minuten)
Proces
1e
2e
3e
4e
5e

SITI ALIA IZZANI ISMAIL
M13D

1. Stop de timer onmiddellijk zodra de 'X'-afdruk op het papier duidelijk zichtbaar is, zoals te zien is in het controle-experiment, om ervoor te zorgen dat de geregistreerde tijd nauwkeuriger is. 2. Meet alle 5 oplossingen goed af met behulp van een maatcilinder, zodat alle gebruikte oplossingen relatief van dezelfde hoeveelheid zijn. Zorg ervoor dat de ogen van de waarnemer loodrecht op de schaal van de maatcilinder staan ​​om parallaxfouten te minimaliseren. 3. Wees voorzichtig bij het hanteren van de suspensie van rode bloedcellen, zodat deze niet morst en vuile vlekken op de doek achterlaat.


De plasma membraan is een extreem buigzame structuur die bestaat uit 2 lagen rug-aan-rug fosfolipiden (een "dubbellaag"). Cholesterol is ook aanwezig tussen de fosfolipiden, wat bijdraagt ​​aan de vloeibaarheid van het membraan. Er zijn verschillende eiwitten ingebed in het membraan die verschillende functies hebben. Een enkel fosfolipidemolecuul heeft aan het ene uiteinde een fosfaatgroep, de 'kop' genaamd, en twee naast elkaar gelegen ketens van vetzuren die de lipidestaarten vormen (Figuur 3.2). De fosfaatgroep is negatief geladen, waardoor het hoofd polair en hydrofiel is - of 'waterminnend'. EEN hydrofiel molecuul (of gebied van een molecuul) is er een die wordt aangetrokken door water. De fosfaatkoppen worden dus aangetrokken door de watermoleculen van zowel de extracellulaire als intracellulaire omgevingen. De lipidestaarten daarentegen zijn ongeladen of niet-polair en zijn hydrofoob - of 'watervrezend'. EEN hydrofoob molecuul (of gebied van een molecuul) stoot af en wordt afgestoten door water. Sommige lipidestaarten bestaan ​​uit verzadigde vetzuren en sommige bevatten onverzadigde vetzuren.Deze combinatie draagt ​​bij aan de vloeibaarheid van de staarten die constant in beweging zijn. Fosfolipiden zijn dus amfipathische moleculen. Een amfipathisch molecuul is er een die zowel een hydrofiel als een hydrofoob gebied bevat. In feite werkt zeep om olie- en vetvlekken te verwijderen omdat het amfipathische eigenschappen heeft. Het hydrofiele deel kan oplossen in water, terwijl het hydrofobe deel vet kan vasthouden in micellen die vervolgens kunnen worden weggewassen.

Het plasmamembraan bestaat uit twee aangrenzende lagen fosfolipiden. De lipidestaarten van de ene laag zijn gericht naar de lipidestaarten van de andere laag en ontmoeten elkaar op het grensvlak van de twee lagen. De fosfolipidenkoppen zijn naar buiten gericht, één laag blootgesteld aan de binnenkant van de cel en één laag blootgesteld aan de buitenkant (Figuur 3.3). Omdat de fosfaatgroepen polair en hydrofiel zijn, worden ze aangetrokken door water in de intracellulaire vloeistof. Intracellulaire vloeistof (ICF) is het vloeibare binnenste van de cel. De fosfaatgroepen worden ook aangetrokken door de extracellulaire vloeistof. Extracellulaire vloeistof (ECF) is de vloeibare omgeving buiten de omhulling van het celmembraan. Interstitiële vloeistof (IF) is de term die wordt gegeven aan extracellulaire vloeistof die zich niet in bloedvaten bevindt. Omdat de lipidestaarten hydrofoob zijn, ontmoeten ze elkaar in het binnenste gebied van het membraan, met uitzondering van waterige intracellulaire en extracellulaire vloeistof uit deze ruimte. Het celmembraan heeft veel eiwitten, evenals andere lipiden (zoals cholesterol), die zijn geassocieerd met de fosfolipide dubbellaag. Een belangrijk kenmerk van het membraan is dat het vloeibaar blijft, de lipiden en eiwitten in het celmembraan zitten niet vast op hun plaats.

De structuur van het plasmamembraan geeft het de kenmerken van selectieve permeabiliteit. Selectief permeabel betekent dat het membraan sommige materialen doorlaat en andere uitsluit. De permeabiliteit van het plasmamembraan is afhankelijk van de grootte en oplosbaarheid van het materiaal dat er doorheen gaat. Kleine gassen zoals zuurstof en kooldioxide kunnen gemakkelijk door het membraan gaan. Vetoplosbare stoffen kunnen ook door de fosfolipiden gaan. In water oplosbare (hydrofiele) stoffen zoals glucose en geladen moleculen zoals ionen kunnen echter niet door de lipidedubbellaag. Deze hydrofiele moleculen en ionen moeten eiwitten in het membraan gebruiken om de cel in of uit te gaan.

Membraan Eiwitten

De lipide dubbellaag vormt de basis van het plasmamembraan, maar is doorspekt met verschillende eiwitten. Twee verschillende soorten eiwitten die gewoonlijk worden geassocieerd met het celmembraan zijn de integrale eiwitten en perifere eiwitten (Figuur 3.4). Zoals de naam al doet vermoeden, is een integraal eiwit is een eiwit dat is ingebed in het membraan.

EEN kanaal- of transporteiwit is een voorbeeld van een integraal eiwit dat selectief bepaalde materialen, zoals bepaalde ionen, de cel in of uit laat. Een andere belangrijke groep integrale eiwitten zijn celherkenningseiwitten, die dienen om de identiteit van een cel te markeren zodat deze door andere cellen kan worden herkend. EEN receptor is een type herkenningseiwit dat selectief een specifiek molecuul buiten de cel kan binden, en deze binding veroorzaakt een chemische reactie in de cel. Receptoren zijn als naamlabels voor elke cel waarmee specifieke moleculen deze kunnen herkennen. Sommige integrale membraaneiwitten zijn glycoproteïnen. EEN glycoproteïne is een eiwit waaraan koolhydraatmoleculen zijn bevestigd, die zich uitstrekken tot in de extracellulaire matrix. De bijgevoegde koolhydraattags op glycoproteïnen helpen bij cel-naar-cel herkenning. De koolhydraten die zich uitstrekken van membraaneiwitten en zelfs van sommige membraanlipiden vormen samen de glycocalyx. De glycocalyx is een wazig lijkende coating rond de cel gevormd uit glycoproteïnen en andere koolhydraten die aan het celmembraan zijn bevestigd. De glycocalyx kan verschillende rollen hebben. Het kan bijvoorbeeld moleculen hebben waarmee de cel zich aan een andere cel kan binden, het kan receptoren voor hormonen bevatten of het kan enzymen hebben om voedingsstoffen af ​​te breken. De glycocalyces die in het lichaam van een persoon worden gevonden, zijn producten van de genetische samenstelling van die persoon. Ze geven elk van de biljoenen cellen van het individu de "identiteit" van het thuishoren in het lichaam van de persoon. Deze identiteit is de belangrijkste manier waarop de immuunafweercellen van een persoon "weten" om de eigen lichaamscellen van de persoon niet aan te vallen, maar het is ook de reden waarom organen die door een andere persoon zijn gedoneerd, kunnen worden afgewezen. Enzymen worden ook gevonden ingebed in het plasmamembraan. Enzymen zijn te vinden als pperifere eiwitten meestal te vinden op het binnen- of buitenoppervlak van de lipidedubbellaag. Deze eiwitten vervullen typisch een specifieke functie voor de cel. Sommige perifere eiwitten op het oppervlak van darmcellen werken bijvoorbeeld als spijsverteringsenzymen om voedingsstoffen af ​​te breken tot afmetingen die door de cellen en in de bloedbaan kunnen gaan.

Membraanspecialisaties

Alle plasmamembranen hebben het kenmerk dat ze selectief permeabel zijn en verschillende eiwitten bevatten. Sommige membranen hebben echter componenten die gespecialiseerd zijn voor een specifiek doel. Microvilli zijn vingerachtige uitsteeksels op het oppervlak van sommige cellen. Deze projecties vergroten het oppervlak voor absorptie. Cellen die de dunne darm bekleden, bevatten microvilli. Verbindingen zijn een andere gespecialiseerde groep eiwitten die verbinding maken met andere cellen. Er zijn drie hoofdtypen junctions: tight junctions, desmosomen en gap junctions. Tight junctions zijn eiwitten die aangrenzende cellen heel stevig bij elkaar houden, zodat er niets tussen kan doordringen. Cellen die het spijsverteringskanaal en de urinewegen bekleden, bevatten veel nauwe verbindingen om ervoor te zorgen dat de inhoud in die holle organen niet naar de buitenste lagen of lichaamsholte lekt. Desmosomen worden soms verankeringsknooppunten genoemd. Deze verbindingen houden cellen bij elkaar door vezels, waardoor beweging zonder scheiding mogelijk is. Cellen die desmosomen bevatten, worden gevonden in het spierweefsel en de huid. Gap junctions zijn open gebieden in het plasmamembraan tussen twee aangrenzende cellen. De eiwitten verbinden twee cellen terwijl ze chemicaliën tussen de cellen laten passeren.

Ziekten van de cel: Cystic Fibrosis

Cystic fibrosis (CF) treft ongeveer 30.000 mensen in de Verenigde Staten, met ongeveer 1.000 nieuwe gevallen per jaar. De genetische ziekte is het meest bekend om zijn schade aan de longen, die ademhalingsmoeilijkheden en chronische longinfecties veroorzaakt, maar het tast ook de lever, alvleesklier en darmen aan. Slechts ongeveer 50 jaar geleden was de prognose voor kinderen geboren met CF erg somber - een levensverwachting die zelden meer dan 10 jaar was. Tegenwoordig, met de vooruitgang in de medische behandeling, leven veel CF-patiënten in de dertig. De symptomen van CF zijn het gevolg van een slecht functionerend membraan-ionkanaal, de cystic fibrosis transmembrane conductance regulator of CFTR. Bij gezonde mensen is het CFTR-eiwit een integraal membraaneiwit dat Cl-ionen uit de cel transporteert. Bij een persoon die CF heeft, is het gen voor de CFTR gemuteerd, dus de cel produceert een defect kanaaleiwit dat meestal niet in het membraan wordt opgenomen, maar in plaats daarvan door de cel wordt afgebroken. De CFTR heeft ATP nodig om te kunnen functioneren, waardoor het Cl-transport een vorm van actief transport is. Deze eigenschap heeft onderzoekers lang in verwarring gebracht omdat de Cl-ionen daadwerkelijk stromen omlaag hun concentratiegradiënt wanneer ze uit cellen worden getransporteerd. Actief transport pompt over het algemeen ionen tegen hun concentratiegradiënt, maar de CFTR vormt een uitzondering op deze regel. In normaal longweefsel zorgt de beweging van Cl- uit de cel voor een Cl-rijke, negatief geladen omgeving direct buiten de cel. Dit is vooral belangrijk in de epitheliale bekleding van het ademhalingssysteem. Ademhalingsepitheelcellen scheiden slijm af, dat dient om stof, bacteriën en ander vuil op te vangen. Een cilium (meervoud = cilia) is een van de haarachtige aanhangsels die op bepaalde cellen worden aangetroffen. Cilia op de epitheelcellen verplaatsen het slijm en de daarin opgesloten deeltjes door de luchtwegen, weg van de longen en naar buiten. Om effectief naar boven te worden verplaatst, mag het slijm niet te stroperig zijn, maar moet het een dunne, waterige consistentie hebben. Het transport van Cl – en het in stand houden van een elektronegatieve omgeving buiten de cel trekken positieve ionen zoals Na+ naar de extracellulaire ruimte. De accumulatie van zowel Cl- als Na+-ionen in de extracellulaire ruimte creëert slijm dat rijk is aan opgeloste stoffen, dat een lage concentratie aan watermoleculen heeft. Als gevolg hiervan verplaatst water zich door osmose van cellen en extracellulaire matrix naar het slijm, waardoor het wordt "uitdunnen". Op deze manier wordt in een normaal ademhalingssysteem het slijm voldoende verwaterd gehouden om uit het ademhalingssysteem te worden voortgestuwd. Als het CFTR-kanaal afwezig is, worden Cl-ionen niet in voldoende aantallen uit de cel getransporteerd, waardoor ze geen positieve ionen kunnen aantrekken. De afwezigheid van ionen in het uitgescheiden slijm resulteert in het ontbreken van een normale waterconcentratiegradiënt. Er is dus geen osmotische druk die water in het slijm trekt. Het resulterende slijm is dik en plakkerig en het trilhaarepitheel kan het niet effectief uit het ademhalingssysteem verwijderen. Doorgangen in de longen raken verstopt met slijm, samen met het puin dat het draagt. Bacteriële infecties treden gemakkelijker op omdat bacteriële cellen niet effectief uit de longen worden afgevoerd.


Bekijk de video: Fluid Mosaic Model (Februari 2023).