Architektura biologických membrán

Základní architekturu cytoplazmatické membrány tlusté přibližně 6–10 nm tvoří fosfolipidová dvojvrstva prostoupená proteiny a cholesterolem. Na bílkoviny i fosfolipidy mohou být navázány sacharidy, které tak tvoří glykolipidy a glykoproteiny. Tato základní stavba, u membrán jednotlivých organel v různé míře pozměněná, ovlivňuje fyzikálně-chemické vlastnosti membrán (zejména jejich propustnost) úzce související s funkcí a průběhem biochemických procesů v příslušné organele.

Příkladem může být myelinová pochva neuronů, v níž činí poměr proteinů k lipidům 19 % : 81 % (což zapříčiňuje jejich vynikající izolační vlastnosti) nebo vnitřní membrána mitochondrií, ve které se poměr obrací ve prospěch proteinů 76 % : 24 % (a souvisí s její značnou nepropustností i pro látky, jež membránami běžně procházejí).

Fosfolipidová dvojvrstva

Molekuly fosfolipidů tvoří dvě fyzikálně odlišné části:

1. Polární (hydrofilní) část

   Polární část je tvořena fosfátovou skupinou, případně na ni navázanými skupinami – tato část je obrácena směrem do vodného prostředí (nebo k jinému polárnímu rozpouštědlu).

2. Nepolární (hydrofobní) část

   Nepolární část vytvářejí řetězce MK obrácené proti sobě a tvořící tak hydrofobní jádro membrány. Právě na základě hydrofobních interakcí mají fosfolipidy tendenci shlukovat se a tvořit membrány.

Molekula fosfolipidu tedy obsahuje jak polární, tak nepolární části, jedná se o tzv. amfipatickou molekulu.

Historická korelace

Současně používaný model popisující strukturu biologických membrán vytvořili v roce 1972 S. J. Singer a G. L. Nicolson. Podle tohoto fluidně mozaikového modelu můžeme membrány považovat za formu 2-dimensionální kapaliny, ve které molekuly fosfolipidů a proteinů v různé míře difundují.

Pohyblivost fosfolipidů je mnohem vyšší než mobilita ostatních komponent membrán. Proto místa, ve kterých jsou proteiny či cholesterol v membráně zabudovány, vykazují nižší laterální pohyblivost a membránu tak stabilizují (týká se to zejména cholesterolu). Části membrány tvořené převážně lipidy se někdy mohou překlopit na opačnou stranu tzv. flip-flop mechanismem.

Detailní struktura buněčné membrány

Fluidita membrány závisí především na:

1. Teplotě – při vyšší teplotě je membrána pohyblivější, tzv. fáze gel, při teplotách nižších je tužší, tzv. fáze sol
2. Podílu nenasycených MK – čím je jejich obsah vyšší, tím je membrána pohyblivější (fáze gel)

Proteiny tvoří základní složku buněčných membrán. Podle jejich uložení v membráně je rozdělujeme na periferní a integrální proteiny.

• Periferní proteiny neprostupují do hydrofobního jádra membrány, vážou se jen na její povrch (z extra- nebo intracelulární strany), a proto se dají od membrány oddělit bez jejího poškození. Interakce, které se vazeb účastní jsou především elektrostatické síly a vodíkové můstky.

• Integrální proteiny membránou prostupují, a to buď v celé její tloušťce – tzv. transmembránové proteiny – nebo do různé hloubky. Oddělení těchto proteinů od membrány je spojeno s narušením její integrity.

Proteiny plní v biologických membránách funkci:

• receptorovou,
• transportní,
• enzymatickou.

Cholesterol tvoří asi jednu čtvrtinu všech lipidů v membráně. Molekula cholesterolu, podobně jako molekula fosfolipidů, má díky OH– skupině navázané na třetí uhlík amfipatický charakter. Základní funkcí cholesterolu v membránách živočišných buněk je jejich stabilizace a snižování fluidity.