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).

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.

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:

1) Periferní 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.

2) Integrální proteiny 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 řadu funkcí: receptorovou, transportní či 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.

Odkazy

Zdroj

Fontana J., Trnka J., Maďa P., Ivák P. a kol.: Přeměna látek a energie v buňce. In: Funkce buněk a lidského těla : Multimediální skripta. Dostupné online z: [1]