Godine 1972. iznesena je teorija da djelomično propusna membrana okružuje stanicu i obavlja niz vitalnih zadataka, a struktura i funkcija staničnih membrana značajna su pitanja u pogledu pravilnog funkcioniranja svih stanica u tijelu. Stanična teorija postala je široko rasprostranjena u 17. stoljeću, zajedno s izumom mikroskopa. Postalo je poznato da se biljna i životinjska tkiva sastoje od stanica, ali zbog niske razlučivosti uređaja nije bilo moguće vidjeti bilo kakve barijere oko životinjske stanice. U 20. stoljeću kemijska priroda membrane je detaljnije proučavana, ustanovljeno je da su lipidi njezina osnova.
Struktura i funkcija staničnih membrana
Stanična membrana okružuje citoplazmu živih stanica, fizički odvajajući unutarstanične komponente od vanjskog okruženja. Gljive, bakterije i biljke također imaju stanične stijenke koje pružaju zaštitu i sprječavaju prolaz velikih molekula. Stanične membrane također igraju ulogu uformiranje citoskeleta i vezanje za ekstracelularni matriks drugih vitalnih čestica. To je neophodno kako bi ih držali zajedno, tvoreći tkiva i organe tijela. Strukturne značajke stanične membrane uključuju propusnost. Glavna funkcija je zaštita. Membrana se sastoji od fosfolipidnog sloja s ugrađenim proteinima. Ovaj dio je uključen u procese kao što su stanična adhezija, ionsko provođenje i signalni sustavi i služi kao pričvrsna površina za nekoliko izvanstaničnih struktura, uključujući stijenku, glikokaliks i unutarnji citoskelet. Membrana također održava potencijal stanice djelujući kao selektivni filter. Selektivno je propusna za ione i organske molekule i kontrolira kretanje čestica.
Biološki mehanizmi koji uključuju staničnu membranu
1. Pasivna difuzija: Neke tvari (male molekule, ioni), kao što su ugljični dioksid (CO2) i kisik (O2), mogu difundirati kroz plazma membranu. Ljuska djeluje kao prepreka određenim molekulama i ionima koji se mogu koncentrirati s obje strane.
2. Transmembranski kanal i transporter protein: Hranjive tvari kao što su glukoza ili aminokiseline moraju ući u stanicu, a neki metabolički proizvodi moraju izaći.
3. Endocitoza je proces kojim se molekule preuzimaju. Na plazma membrani se stvara blaga deformacija (invaginacija) u kojoj se guta tvar koja se transportira. To zahtijevaenergije i stoga je oblik aktivnog transporta.
4. Egzocitoza: javlja se u različitim stanicama kako bi se uklonili neprobavljeni ostaci tvari koje donosi endocitoza kako bi se izlučile tvari kao što su hormoni i enzimi i potpuno transportirala tvar kroz staničnu barijeru.
Molekularna struktura
Stanična membrana je biološka membrana, koja se sastoji uglavnom od fosfolipida i odvaja sadržaj cijele stanice od vanjskog okruženja. Proces formiranja događa se spontano u normalnim uvjetima. Da bi se razumio ovaj proces i ispravno opisali struktura i funkcije staničnih membrana, kao i svojstva, potrebno je procijeniti prirodu fosfolipidnih struktura koje karakterizira strukturna polarizacija. Kada fosfolipidi u vodenom okolišu citoplazme dostignu kritičnu koncentraciju, spajaju se u micele, koje su stabilnije u vodenom okolišu.
Svojstva membrane
- Stabilnost. To znači da je malo vjerojatno da će se membrana nakon formiranja srušiti.
- Snaga. Lipidna membrana je dovoljno pouzdana da spriječi prolaz polarne tvari; i otopljene tvari (ioni, glukoza, aminokiseline) i mnogo veće molekule (proteini) ne mogu proći kroz formiranu granicu.
- Dinamični znak. Ovo je možda najvažnije svojstvo kada se uzme u obzir struktura stanice. Stanična membrana možebiti podložan raznim deformacijama, može se sklopiti i savijati bez urušavanja. U posebnim okolnostima, kao što je spajanje vezikula ili pupanje, može se prekinuti, ali samo privremeno. Na sobnoj temperaturi, njegovi lipidni sastojci su u stalnom, kaotičnom kretanju, tvoreći stabilnu granicu tekućine.
Model tekućeg mozaika
Govoreći o strukturi i funkcijama staničnih membrana, važno je napomenuti da su u modernom pogledu membranu kao model tekućeg mozaika 1972. godine razmatrali znanstvenici Singer i Nicholson. Njihova teorija odražava tri glavne značajke strukture membrane. Integralni membranski proteini daju mozaični predložak za membranu i sposobni su za bočno kretanje u ravnini zbog promjenjive prirode organizacije lipida. Transmembranski proteini su također potencijalno mobilni. Važna značajka strukture membrane je njena asimetrija. Kakva je struktura stanice? Stanična membrana, jezgra, proteini i tako dalje. Stanica je osnovna jedinica života, a svi organizmi se sastoje od jedne ili više stanica, od kojih svaka ima prirodnu barijeru koja je odvaja od okoliša. Ova vanjska granica stanice naziva se i plazma membrana. Sastoji se od četiri različite vrste molekula: fosfolipida, kolesterola, proteina i ugljikohidrata. Model tekućeg mozaika opisuje strukturu stanične membrane na sljedeći način: fleksibilna i elastična, konzistencije slična biljnom ulju, tako da svepojedinačne molekule jednostavno lebde u tekućem mediju i sve su sposobne kretati se bočno unutar te ljuske. Mozaik je nešto što sadrži mnogo različitih detalja. U plazma membrani je predstavljen fosfolipidima, molekulama kolesterola, proteinima i ugljikohidratima.
fosfolipidi
Fosfolipidi čine osnovnu strukturu stanične membrane. Ove molekule imaju dva različita kraja: glavu i rep. Glavni dio sadrži fosfatnu skupinu i hidrofilan je. To znači da ga privlače molekule vode. Rep se sastoji od atoma vodika i ugljika koji se nazivaju lanci masnih kiselina. Ovi lanci su hidrofobni, ne vole se miješati s molekulama vode. Taj je proces sličan onome što se događa kada biljno ulje ulijete u vodu, odnosno ne otapa se u njoj. Strukturne značajke stanične membrane povezane su s takozvanim lipidnim dvoslojem koji se sastoji od fosfolipida. Hidrofilne fosfatne glave uvijek se nalaze tamo gdje ima vode u obliku unutarstanične i izvanstanične tekućine. Hidrofobni repovi fosfolipida u membrani organizirani su na takav način da ih drže podalje od vode.
Kolesterol, proteini i ugljikohidrati
Kada ljudi čuju riječ "kolesterol", ljudi obično misle da je to loše. Međutim, kolesterol je zapravo vrlo važna komponenta staničnih membrana. Njegove se molekule sastoje od četiri prstena atoma vodika i ugljika. Oni su hidrofobni i pojavljuju se među hidrofobnim repovima u lipidnom dvosloju. Njihova važnost leži uodržavajući konzistenciju, ojačavaju membrane, sprječavajući križanje. Molekule kolesterola također sprječavaju da repovi fosfolipida dođu u kontakt i stvrdnu. To jamči fluidnost i fleksibilnost. Membranski proteini djeluju kao enzimi za ubrzavanje kemijskih reakcija, djeluju kao receptori za specifične molekule ili transportiraju tvari kroz staničnu membranu.
Ugljikohidrati, ili saharidi, nalaze se samo na izvanstaničnoj strani stanične membrane. Zajedno tvore glikokaliks. Pruža amortizaciju i zaštitu plazma membrani. Na temelju strukture i vrste ugljikohidrata u glikokaliksu, tijelo može prepoznati stanice i odrediti trebaju li biti tamo ili ne.
Membranski proteini
Struktura stanične membrane životinjske stanice ne može se zamisliti bez tako značajne komponente kao što je protein. Unatoč tome, oni mogu biti značajno inferiorniji u veličini od druge važne komponente - lipida. Postoje tri glavna membranska proteina.
- Integral. U potpunosti pokrivaju dvoslojnu, citoplazmu i izvanstaničnu sredinu. Oni obavljaju transportnu i signalnu funkciju.
- Periferija. Proteini su vezani za membranu elektrostatičkim ili vodikovim vezama na njihovim citoplazmatskim ili izvanstaničnim površinama. Oni su prvenstveno uključeni kao sredstvo vezivanja za integralne proteine.
- Transmembranski. Oni obavljaju enzimske i signalne funkcije, a također moduliraju osnovnu strukturu dvosloja lipida membrane.
Funkcije bioloških membrana
Hidrofobni učinak, koji regulira ponašanje ugljikovodika u vodi, kontrolira strukture formirane od membranskih lipida i membranskih proteina. Mnoga svojstva membranama daju nositelji lipidnih dvoslojeva, koji čine osnovnu strukturu za sve biološke membrane. Integralni membranski proteini djelomično su skriveni u lipidnom dvosloju. Transmembranski proteini imaju specijaliziranu organizaciju aminokiselina u svom primarnom slijedu.
Proteini periferne membrane vrlo su slični topivim, ali su također vezani za membranu. Specijalizirane stanične membrane imaju specijalizirane stanične funkcije. Kako struktura i funkcije staničnih membrana utječu na tijelo? Funkcionalnost cijelog organizma ovisi o tome kako su raspoređene biološke membrane. Iz unutarstaničnih organela, izvanstaničnih i međustaničnih interakcija membrana nastaju strukture potrebne za organizaciju i obavljanje bioloških funkcija. Mnoge strukturne i funkcionalne značajke zajedničke su bakterijama, eukariotskim stanicama i virusima s ovojnicom. Sve biološke membrane izgrađene su na lipidnom dvosloju, što određuje prisutnost niza zajedničkih karakteristika. Membranski proteini imaju mnoge specifične funkcije.
- Kontrola. Plazma membrane stanica definiraju granice interakcije stanice s okolinom.
- Prijevoz. Unutarstanične membrane stanica podijeljene su u nekoliko funkcionalnih blokova s različitimunutarnji sastav, od kojih je svaki podržan potrebnom transportnom funkcijom u kombinaciji s kontrolom propusnosti.
- Transdukcija signala. Membranska fuzija pruža mehanizam za unutarstaničnu vezikularnu obavijest i sprječava da različite vrste virusa slobodno uđu u stanicu.
Značenje i zaključci
Struktura vanjske stanične membrane utječe na cijelo tijelo. Ima važnu ulogu u zaštiti integriteta dopuštajući prodiranje samo odabranim tvarima. Također je dobra baza za učvršćivanje citoskeleta i stanične stijenke, što pomaže u održavanju oblika stanice. Lipidi čine oko 50% mase membrane većine stanica, iako to varira ovisno o vrsti membrane. Struktura vanjske stanične membrane sisavaca je složenija, sadrži četiri glavna fosfolipida. Važno svojstvo lipidnih dvoslojeva je da se ponašaju kao dvodimenzionalna tekućina u kojoj se pojedinačne molekule mogu slobodno rotirati i kretati bočno. Takva fluidnost je važno svojstvo membrana, koje se određuje ovisno o temperaturi i sastavu lipida. Zbog strukture ugljikovodičnih prstenova, kolesterol igra ulogu u određivanju fluidnosti membrana. Selektivna propusnost bioloških membrana za male molekule omogućuje stanici da kontrolira i održava svoju unutarnju strukturu.
S obzirom na strukturu stanice (stanična membrana, jezgra i tako dalje), možemo zaključiti dada je tijelo samoregulacijski sustav koji ne može naštetiti samome sebi bez pomoći izvana i uvijek će tražiti načine za obnavljanje, zaštitu i pravilno funkcioniranje svake stanice.
