Màng sinh học hoặc là một màng bao quanh hoặc ngăn cách hoạt động như một hàng rào thấm chọn lọc trong các sinh vật sống. Màng sinh học, ở dạng màng tế bào nhân chuẩn, bao gồm một lớp kép phospholipid với các protein nhúng, tích hợp và ngoại vi được sử dụng trong giao tiếp và vận chuyển các hóa chất và ion. Phần lớn lipid trong màng tế bào cung cấp một ma trận chất lỏng cho protein xoay và khuếch tán về sau để hoạt động sinh lý. Protein thích nghi với môi trường lưu động màng cao của lipid kép với sự hiện diện của vỏ lipid hình khuyên, bao gồm các phân tử lipid liên kết chặt chẽ với bề mặt của protein màng nguyên phân. Các màng tế bào khác với các mô cô lập được hình thành bởi các lớp tế bào, chẳng hạn như màng nhầy, màng đáy và màng huyết thanh.
Thành phần [ chỉnh sửa ]
Không đối xứng [ chỉnh sửa ]
• Cả màng sinh chất và màng trong đều có mặt tế bào và ngoại bào • Định hướng này được duy trì trong quá trình buôn bán màng – protein, lipid, glycoconjugates đối diện với lòng của ER và Golgi được biểu hiện ở phía ngoại bào của màng plasma. Trong các tế bào bạch đàn, các phospholipid mới được sản xuất bởi các enzyme liên kết với một phần của màng lưới nội chất phải đối mặt với cytosol. [5] Các enzyme này, sử dụng các axit béo tự do làm chất nền, gửi tất cả các phospholipid mới được tạo ra vào nửa tế bào . Để cho phép toàn bộ màng phát triển đồng đều, một nửa số phân tử phospholipid mới sau đó phải được chuyển sang lớp đơn lớp đối diện. Sự chuyển đổi này được xúc tác bởi các enzyme gọi là flippase. Trong màng sinh chất, các flippase chuyển phospholipid cụ thể một cách chọn lọc, do đó các loại khác nhau trở nên tập trung trong mỗi đơn lớp. [5]
Tuy nhiên, sử dụng flippase chọn lọc không phải là cách duy nhất để tạo ra sự bất đối xứng trong hai lớp lipid. Đặc biệt, một cơ chế khác hoạt động đối với glycolipids, các lipit cho thấy sự phân bố không đối xứng nhất quán và nhất quán trong các tế bào động vật. [5]
Lipids [ chỉnh sửa ]
Các lipit có đuôi kỵ nước và đầu ưa nước. [6] Đuôi kỵ nước là đuôi hydrocarbon có chiều dài và độ bão hòa rất quan trọng trong việc mô tả tế bào. [7] Sự phá hủy lipid xảy ra khi các loại lipid và protein tập hợp trong các miền trong màng. Chúng giúp tổ chức các thành phần màng vào các khu vực cục bộ có liên quan đến các quá trình cụ thể, chẳng hạn như truyền tín hiệu.
Các tế bào hồng cầu, hay hồng cầu, có thành phần lipid độc đáo. Hai lớp tế bào hồng cầu bao gồm cholesterol và phospholipid với tỷ lệ bằng nhau theo trọng lượng. [7] Màng hồng cầu đóng vai trò quyết định trong quá trình đông máu. Trong hai lớp tế bào hồng cầu là phosphatidylserine. [8] Điều này thường ở phía tế bào chất của màng tế bào. Tuy nhiên, nó được lật ra màng ngoài để sử dụng trong quá trình đông máu. [8]
Protein [ chỉnh sửa ]
Phospholipid hai lớp chứa các protein khác nhau. Những protein màng này có chức năng và đặc điểm khác nhau và xúc tác cho các phản ứng hóa học khác nhau. Các protein tích hợp trải qua các màng với các miền khác nhau ở hai bên. [6] Các protein tích hợp có mối liên hệ chặt chẽ với hai lớp lipid và không thể dễ dàng tách ra. [9] Chúng sẽ tách ra chỉ với xử lý hóa học phá vỡ màng. Các protein ngoại vi không giống như các protein tích hợp ở chỗ chúng giữ các tương tác yếu với bề mặt của lớp kép và có thể dễ dàng tách ra khỏi màng. [6] Các protein ngoại vi chỉ nằm trên một mặt của màng và tạo ra sự bất đối xứng của màng.
| LỚP CHỨC NĂNG | VÍ DỤ PROTEIN | CHỨC NĂNG CỤ THỂ |
|---|---|---|
| Vận chuyển | Bơm Na + | tích cực bơm Na + ra khỏi tế bào và K + trong |
| Neo | tích hợp | liên kết các sợi Actin nội bào với các protein ma trận ngoại bào |
| Receptor | thụ thể yếu tố tăng trưởng có nguồn gốc tiểu cầu | liên kết PDGF ngoại bào và do đó, tạo ra các tín hiệu nội bào làm cho tế bào phát triển và phân chia |
| Enzyme | adenylyl cyclase | xúc tác sản xuất phân tử tín hiệu nội bào AMP tuần hoàn để đáp ứng với các tín hiệu ngoại bào |
Oligosacarit [ chỉnh sửa ]
Oligosacarit là các polyme có chứa đường. Trong màng, chúng có thể liên kết cộng hóa trị với lipit để tạo thành glycolipid hoặc liên kết cộng hóa trị với protein để tạo thành glycoprotein. Màng chứa các phân tử lipid chứa đường được gọi là glycolipids. Trong chế độ hai lớp, các nhóm đường glycolipid được phơi ra ở bề mặt tế bào, nơi chúng có thể hình thành các liên kết hydro. [9] Glycolipids cung cấp ví dụ cực đoan nhất về sự bất đối xứng trong lớp kép lipid. [10] màng sinh học chủ yếu là giao tiếp, bao gồm nhận dạng tế bào và kết dính tế bào. Glycoprotein là các protein không thể tách rời. [2] Chúng đóng vai trò quan trọng trong phản ứng miễn dịch và bảo vệ. [11]
Sự hình thành [ chỉnh sửa ]
Lớp màng kép phospholipid được hình thành do sự tổng hợp của màng tế bào. Các lipit trong dung dịch nước. [4] Sự kết tụ được gây ra bởi hiệu ứng kỵ nước, trong đó các đầu kỵ nước tiếp xúc với nhau và bị cô lập khỏi nước. [6] Sự sắp xếp này tối đa hóa liên kết hydro giữa các đầu ưa nước và nước trong khi giảm thiểu sự tiếp xúc giữa hydro và nước. đuôi kỵ nước và nước. [10] Sự gia tăng liên kết hydro có sẵn làm tăng entropy của hệ thống, tạo ra một quá trình tự phát.
Chức năng [ chỉnh sửa ]
Các phân tử sinh học là amphiphilic hoặc amphipathic, tức là đồng thời hydrophobic và hydrophilic. Các lipit cũng chứa đuôi kỵ nước, đáp ứng với đuôi kỵ nước của lớp bổ sung. Các đuôi kỵ nước thường là các axit béo có độ dài khác nhau. [10] Sự tương tác của lipit, đặc biệt là đuôi kỵ nước, xác định các tính chất vật lý của lipid hai lớp như tính lưu động.
Màng trong các tế bào thường xác định các không gian hoặc khoang kín trong đó các tế bào có thể duy trì môi trường hóa học hoặc sinh hóa khác với bên ngoài. Ví dụ, màng bao quanh peroxisomes che chắn phần còn lại của tế bào khỏi peroxit, hóa chất có thể gây độc cho tế bào và màng tế bào ngăn cách một tế bào với môi trường xung quanh. Peroxisomes là một dạng không bào được tìm thấy trong tế bào có chứa các sản phẩm phụ của các phản ứng hóa học trong tế bào. Hầu hết các bào quan được xác định bởi các màng như vậy, và được gọi là các bào quan "liên kết màng".
Tính thấm chọn lọc [ chỉnh sửa ]
Có lẽ tính năng quan trọng nhất của màng sinh học là nó có cấu trúc thấm chọn lọc. Điều này có nghĩa là kích thước, điện tích và các tính chất hóa học khác của các nguyên tử và phân tử cố gắng vượt qua nó sẽ quyết định liệu chúng có thành công trong việc đó hay không. Tính thấm chọn lọc là điều cần thiết để phân tách tế bào hoặc organelle hiệu quả với môi trường xung quanh. Màng sinh học cũng có một số tính chất cơ học hoặc đàn hồi cho phép chúng thay đổi hình dạng và di chuyển theo yêu cầu.
Nói chung, các phân tử kỵ nước nhỏ có thể dễ dàng xuyên qua các lưỡng phân phospholipid bằng cách khuếch tán đơn giản. [12]
Các hạt được yêu cầu cho chức năng tế bào nhưng không thể khuếch tán tự do qua màng. protein hoặc được đưa vào bằng phương pháp endocytosis, trong đó màng cho phép một không bào tham gia vào nó và đẩy nội dung của nó vào trong tế bào. Nhiều loại màng plasma chuyên biệt có thể tách tế bào khỏi môi trường bên ngoài: apical, basolonymous, presynaptic và postynaptic, màng của Flagella, cilia, microvillus, filmaia và lamellipodia, sarcolemma của các tế bào cơ, cũng như chuyên biệt của myelin tế bào thần kinh. Màng plasma cũng có thể hình thành các loại cấu trúc "supramembrane" khác nhau như caveolae, mật độ sau synap, podosome, invadopodium, desmosome, hemidesmosome, bám dính đầu mối và các mối nối tế bào. Những loại màng khác nhau về thành phần lipid và protein.
Các loại màng khác biệt cũng tạo ra các bào quan nội bào: endosome; lưới nội chất mịn và thô; sarcoplasmic mạng lưới; Bộ máy Golgi; lysosome; ty thể (màng trong và ngoài); nhân (màng trong và ngoài); peroxisome; không bào; hạt tế bào chất; túi tế bào (phagosome, autophagosome, túi bọc clathrin, túi bọc phủ COPI và COPII) và túi tiết (bao gồm synaptosome, acrosome, melanosome và hạt chromaffin). Các loại màng sinh học khác nhau có thành phần lipid và protein đa dạng. Nội dung của màng xác định tính chất vật lý và sinh học của chúng. Một số thành phần của màng đóng vai trò chính trong y học, chẳng hạn như bơm efflux bơm thuốc ra khỏi tế bào.
Tính lỏng [ chỉnh sửa ]
Lõi kỵ nước của hai lớp phospholipid liên tục chuyển động vì xoay quanh các liên kết của đuôi lipid. [13] khóa lại với nhau. Tuy nhiên, do liên kết hydro với nước, các nhóm đầu ưa nước biểu hiện ít chuyển động hơn vì khả năng quay và di động của chúng bị hạn chế. [13] Điều này dẫn đến việc tăng độ nhớt của lớp hai lipid gần với đầu ưa nước. [6] ]
Dưới nhiệt độ chuyển tiếp, một lớp lipit bị mất tính lưu động khi các lipit có tính di động cao biểu hiện ít chuyển động trở thành một chất rắn giống như gel. [14] Nhiệt độ chuyển tiếp phụ thuộc vào các thành phần của lớp lipid kép như chiều dài chuỗi hydrocarbon và độ bão hòa của axit béo của nó. Tính lưu động phụ thuộc nhiệt độ tạo thành một thuộc tính sinh lý quan trọng đối với vi khuẩn và các sinh vật máu lạnh. Những sinh vật này duy trì tính lưu động liên tục bằng cách điều chỉnh thành phần axit béo lipid màng theo các nhiệt độ khác nhau. [6]
Trong tế bào động vật, tính lưu động của màng được điều chỉnh bằng cách đưa vào cholesterol sterol. Phân tử này hiện diện với số lượng đặc biệt lớn trong màng plasma, nơi nó chiếm khoảng 20% lipit trong màng theo trọng lượng. Bởi vì các phân tử cholesterol ngắn và cứng nhắc, chúng lấp đầy khoảng trống giữa các phân tử phospholipid lân cận còn lại do các kink trong đuôi hydrocarbon không bão hòa của chúng. Theo cách này, cholesterol có xu hướng làm cứng lớp kép, làm cho nó cứng hơn và ít thấm hơn. [5]
Đối với tất cả các tế bào, tính lưu động của màng rất quan trọng vì nhiều lý do. Nó cho phép các protein màng khuếch tán nhanh chóng trong mặt phẳng của hai lớp và tương tác với nhau, ví dụ như rất quan trọng, trong tín hiệu tế bào. Nó cho phép lipit màng và protein khuếch tán từ các vị trí mà chúng được đưa vào trong lớp kép sau khi chúng được tổng hợp đến các vùng khác của tế bào. Nó cho phép các màng hợp nhất với nhau và trộn các phân tử của chúng, và nó đảm bảo rằng các phân tử màng được phân phối đồng đều giữa các tế bào con khi một tế bào phân chia. Nếu màng sinh học không phải là chất lỏng, thật khó để tưởng tượng làm thế nào các tế bào có thể sống, phát triển và sinh sản. [5]
Xem thêm [ chỉnh sửa ]
Tài liệu tham khảo chỉnh sửa ]
- ^ Murate, Moto leather; Kobayashi, Toshi DA (2016). "Xem xét lại sự phân phối transbayer của lipid trong màng plasma". Hóa học và Vật lý của Lipid . 194 : 58 Hàng71. doi: 10.1016 / j.oolphyslip.2015.08.009. PMID 26319805.
- ^ a b Nickels, Jonathan D.; Smith, Jeremy C.; Cheng, Xiaolin (2015). "Tổ chức bên, không đối xứng hai lớp và khớp nối giữa các lá của màng sinh học". Hóa học và Vật lý của Lipid . 192 : 87 Ảo99. doi: 10.1016 / j.oolphyslip.2015.07.012. PMID 26232661.
- ^ Chong, Zhi-Soon; Woo, Ngụy-Fen; Chng, Shu-Sin (2015-12-01). "Osmoporin OmpC tạo thành phức hợp với MlaA để duy trì sự bất đối xứng lipid màng ngoài ở Escherichia coli". Vi sinh phân tử . 98 (6): 1133 Từ1146. doi: 10.111 / mmi.13202. PMID 26314242.
- ^ a b Forrest, Lucy R. (2015-01-01). "Đối xứng cấu trúc trong protein màng". Đánh giá thường niên về vật lý sinh học . 44 (1): 311 trục337. doi: 10.1146 / annurev-biophys-051013-023008. PMC 5500171 . PMID 26098517.
- ^ a b c
- ^ a b ] c d e f [1990010] g Voet, Donald (2012). Nguyên tắc cơ bản của hóa sinh: Sự sống ở cấp độ phân tử (4 ed.) . Wiley. Sê-ri 980-1118129180.
- ^ a b Dougherty, R. M.; Galli, C.; Ferro-Luzzi, A.; Iacono, J. M. (1987). "Thành phần axit béo lipid và phospholipid của huyết tương, hồng cầu và tiểu cầu và cách chúng bị ảnh hưởng bởi lipid trong chế độ ăn uống: một nghiên cứu về các đối tượng bình thường từ Ý, Phần Lan và Hoa Kỳ". Tạp chí Dinh dưỡng lâm sàng Hoa Kỳ . 45 (2): 443 Tắt455. doi: 10.1093 / ajcn / 45.2.443. PMID 3812343.
- ^ a b Lentz, Barry R. (2003). "Phơi nhiễm của phosphatidylserine màng tiểu cầu điều hòa đông máu". Tiến bộ trong nghiên cứu lipid . 42 (5): 423 Tiết438. doi: 10.1016 / s0163-7827 (03) 00025-0. PMID 12814644.
- ^ a b Lein, Max; deRonde, Brittany M.; Thượng sĩ, Federica; Tew, Gregory N.; Holden, Matthew A. (2015-11-01). "Vận chuyển protein qua màng: So sánh giữa các chất mang giàu lysine và guanidinium". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Biomembranes . 1848 (11, Phần A): 2980 Từ2984. doi: 10.1016 / j.bbamem.2015.09.004. PMC 4704449 . PMID 26342679.
- ^ a b c Alberts, Bruce; Johnson, Alexander; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2002-01-01). "Người song sinh lipid".
- ^ Daubenspeck, James M.; Jordan, David S.; Simmons, Warren; Đổi mới, Matthew B.; Dybvig, Kevin (2015-11-23). "Glycosyl hóa liên kết N-và O liên kết với Lipoprotein trong Mycoplasmas và Vai trò của Oligosacarit ngoại sinh". PLoS ONE . 10 (11): e0143362. Mã số: 2015PLoSO..1043362D. doi: 10.1371 / tạp chí.pone.0143362. PMC 4657876 . PMID 26599081.
- ^ Brown, Bernard (1996). Màng sinh học (PDF) . London, Hoa Kỳ: Hiệp hội sinh hóa. tr. 21. Mã số 980-0904498325.
- ^ a b Vitrac, Heidi; MacLean, David M.; Jayaraman, Vasanthi; Bogdanov, Mikhail; Dowhan, William (2015-11-10). "Chuyển đổi cấu trúc liên kết protein màng động khi thay đổi môi trường phospholipid". Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia . 112 (45): 13874 Tắt13879. Mã số: 2015PNAS..11213874V. doi: 10.1073 / pnas.1512994112. PMC 4653158 . PMID 26512118.
- ^ Rojko, Nejc; Anderluh, Gregor (2015-12-07). "Làm thế nào màng lipid ảnh hưởng đến hoạt động lỗ chân lông hình thành độc tố". Tài khoản nghiên cứu hóa học . 48 (12): 3073 Tiết3079. doi: 10.1021 / acs.accounts.5b00403. PMID 26641659.
e Alberts, Bray, Hopkin, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter, Bruce, Dennis, Karen, Alexander, Julian, Martin, Keith, Peter (2010) . Sinh học tế bào thiết yếu phiên bản thứ ba . 270 Madison Avenue, New York, NY 10016, Hoa Kỳ và 2 Park Square, Milton Park, Abingdon, OX14 4RN, UK: Garland Science, Taylor & Francis Group, LLC, một doanh nghiệp thông tin. tr. 370. ISBN 980-0815341291. CS1 duy trì: Nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
Liên kết ngoài [ chỉnh sửa ]