Language
Country/Area
No result found
Текучесть клеточных мембран: почему они столь активны, как жидкости?
Клетки являются основными единицами жизни, а клеточная мембрана, которая отвечает за обертывание и защиту внутренней среды клетки, играет жизненно важную роль в функционировании клетки. С тех пор, как в 1972 году биологи Сеймур Джонатан Сингер и Гарт Л. Николсон предложили «жидкостно-мозаичную модель», научное сообщество получило новое понимание структуры и функций клеточных мембран. Эта модель объясняет химический состав, структуру и текучесть клеточной мембраны и показывает, как клеточная мембрана обеспечивает необходимую гибкость для жизнедеятельности клетки.
Текучесть: строительный блок клеточных мембранЖидкостно-мозаичная модель — это модель, которая обобщает две основные характеристики мембран: текучесть и разнообразие, и служит руководством для многих биологических исследований.
Сердцевина клеточной мембраны представляет собой липидный бислой, состоящий из двух слоев фосфолипидных мембран, что делает клеточную мембрану жидкой и эластичной. Эта текучесть означает, что молекулы белка в мембране не являются неподвижными, а могут свободно диффундировать через плоскость мембраны с различной скоростью.
Исследователи продемонстрировали эти явления с помощью экспериментов по маркировке, рентгеновской дифракции и калориметрии. Эти исследования выявили динамическую природу молекул внутри монолитной клеточной мембраны, что резко контрастирует с более ранними статическими моделями. Многие предыдущие модели, такие как модель единичной мембраны Робертсона и трехслойная модель Дэвсона-Даниэлли, не смогли полностью объяснить это важное динамическое свойство. Симметрия и асимметрия мембран
Современные исследования показывают, что два слоя клеточной мембраны не симметричны, а имеют определенные функциональные подразделения. Эта асимметрия имеет глубокие последствия для биологических процессов, таких как передача сигнала. Холестерин и другие взаимодействующие белки концентрируются в липидных плотах, что обеспечивает более эффективную передачу сигналов клетками в этих небольших объемах.
Жидкость обеспечивает эластичность клеточных мембран, позволяя клеткам адаптироваться к изменениям окружающей среды и сохранять внутреннюю стабильность.
Изгиб и изменение формы мембран
Клеточные мембраны не всегда плоские. Из-за асимметрии липидов и их организации клеточная мембрана может образовывать локальные изгибы, которые особенно заметны во время деления клеток и образования везикул. Эти изгибы обычно обусловлены группой белков (BAR-регионами), которые помогают мембране формироваться в небольшие пузырьки, играющие роль в различных организационных процессах в клетке.
Движение липидов в мембранах
В 1970-х годах ученые обнаружили, что отдельные липидные молекулы могут свободно диффундировать в поперечном направлении внутри слоев липидных мембран. Скорость этих движений удивила научное сообщество, поскольку средняя липидная молекула может диффундировать на расстояние 2 микрометра примерно за 1 секунду. Однако, хотя липиды иногда могут совершать «переворачивающие» движения, этот процесс встречается сравнительно редко и обычно требует участия фермента, называемого флиппазой.
Ограничение подвижности и образование мембранных доменов
Хотя свободная диффузия действительно происходит внутри клеточных мембран, в некоторых случаях движение липидов и белков ограничено пространственным разделением (зонированием). Эти ограничения могут способствовать формированию липидных рафтов и «цитоскелетных ограждений», которые влияют не только на общую структуру мембраны, но и на сигнальные и другие функции клетки.
Липидные плоты являются важным компонентом клеточных мембран и оказывают значительное влияние на эффективность клеточной сигнализации.
Взаимодействие и структура белков клеточной мембраны
Белки в клеточной мембране существуют не изолированно, а в виде комплексов. Связывание этих мембранных белков имеет решающее значение для таких клеточных функций, как транспорт ионов и метаболитов, передача сигналов и адгезия клеток. Кроме того, они связываются с внеклеточным матриксом и филаментами цитоскелета внутри клетки, и это взаимодействие играет важную роль в форме и структуре мембраны.
Обзор истории
Историю исследований клеточных мембран можно проследить с 1895 года, когда ученый Эрнест Овертон впервые выдвинул гипотезу о том, что клеточные мембраны состоят из липидов. Со временем появилось много важных моделей и открытий, например, в 1925 году Эверт Гортер и Франсуа Грендель описали двухслойную структуру мембраны эритроцита, а в 1972 году появилась жидкостно-мозаичная модель, которая используется и по сей день. основа исследования.
Подводя итог, можно сказать, что характеристики текучести клеточных мембран и их сложный состав представляют собой ключевой вопрос в биологии клетки. Эта модель не только объясняет структурную и функциональную динамику клеточных мембран, но и вдохновила многие последующие исследования. Раскроют ли будущие исследования больше тайн клеточной мембраны и позволят ли глубже понять ее роль в кровообращении и болезнях?
