Lipīdu divslānis: šūnu membrānas uzbūve, īpašības un funkcijas

Lipīdu divslānis: šūnu membrānas struktūra, īpašības un funkcijas — kā fosfolipīdi, proteīni un jonu sūkņi regulē molekulu transportu un šūnu homeostāzi.

Lipīdu divkārtu slāņi ir svarīgi bioloģiskajās šūnās. Tie ir šūnu membrānu pamatā, un tie ieskauj lielāko daļu šūnu organoīdu. Lipīdu divkārtu slāņi veidojas automātiski no fosfolipīdiem, pašsalipinot tos. Šis pašsalipināšanās process balstās uz fosfolipīdu amfipātisko raksturu — molekulas satur hidrofīlas (ūdeni mīlošas) galviņas un hidrofobas (ūdeni atgrūžošas) astes, tādējādi spontāni organizējoties dubultā slānī, kas nodrošina atdalījumu starp šūnas iekšējo vidi un ārējo vidi.

Struktūra un molekulārā organizācija

Fosfolipīdiem ir galviņas, kas sajaucas ar ūdeni, un astes, kas atgrūž ūdeni. Tātad astes ir dubultā slāņa centrā, bet galvas no ārpuses ieskauj ūdens. Fosfolipīdu ķēdēs var būt piesātinātas vai nepiesātinātas taukskābes — tās ietekmē membrānas biezumu, šķidrību un caurlaidību. Membrāna nav pilnīgi simetrisks slānis: neto sastāvs ārējā un iekšējā lūmena pusē var atšķirties (lipīdu asimetrija), un noteiktas olbaltumvielas un ogļhidrātu pievienojumi (glikolipīdi, glikoproteīni) parasti atrodas uz ārējās virsmas.

Fizikālās īpašības un permeabilitāte

Lipīdu divslānis neļauj caur to izkļūt lielākajai daļai ūdenī šķīstošu (hidrofīlu) molekulu. Tie aiztur arī lielāko daļu jonu. Vieglāk caur membrānu diffuse mazas nepolāras molekulas (piemēram, O2, CO2) un nelieli nepolāri organiskie savienojumi, savukārt polāras un liela izmēra molekulas parasti prasa īpašus transporta mehānismus. Membrānas caurlaidību ietekmē arī temperatūra, holesterīna saturs un lipīdu piesātinājuma pakāpe: nepiesātinātas astes palielina šķidrību un caurlaidību, bet piesātinātas padara membrānu kompaktāku.

Olbaltumvielas un transporta mehānismi

Šūnās olbaltumvielas divslāņu slānī ievada fermenti. Olbaltumvielas nosaka, kuras molekulas ieiet šūnā un kuras iziet no tās. Piemēram, šūnas kontrolē sāls koncentrāciju un pH, sūknējot jonus caur membrānām, izmantojot olbaltumvielas, ko sauc par jonu sūkņiem. Papildus aktīvajam transportam (kur nepieciešama ATP enerģija) membrānā darbojas arī pasīvais transports: difūzija un atvieglotā difūzija, ko veicina kanāli un pārvadātāji. Citas svarīgas olbaltumvielu funkcijas ir receptoru darbība (signalizācijas uztvere), strukturālā atbalsta nodrošināšana (saistīšanās ar citoskeletu) un fermentatīvā aktivitāte membrānas virsmā.

Holesterīns, lipidrausti un ogļhidrāti

Dzīvnieku membrānās holesterīns ierobežo lipīdu kustību, stabilizē membrānas struktūru un uztur šķidrības-cietības līdzsvaru dažādās temperatūrās. Membrānā var veidoties lokālas, funkcionālas zonas — tā sauktie lipidrausti (lipid rafts) — kurās koncentrējas specifiski lipīdi un olbaltumvielas, piedaloties signālu nodrošināšanā un molekulārā transporta organizēšanā. Šūnu virsmas ogļhidrāti (piemēram, glikoproteīni un glikolipīdi) nodrošina šūnu identitāti, šūnu-šūnu atpazīšanu un aizsardzību.

Membrānas dinamika, sintēze un atjaunošanās

Membrānas ir dinamiskas — lipīdi un daudzas olbaltumvielas laterāli difūzē membrānā, membrānas komponentes var izmainīties un tiek pastāvīgi atjaunotas. Fosfolipīdu un citu membrānu komponentu sintēze galvenokārt notiek gludajā endoplazmatiskajā tīklā (ER), pēc tam tie tiek transportēti uz Golgi aparātu un tālāk uz plazmatisko membrānu vai organoīdiem membrānpūsliņu veidā. Šūnas izmanto arī endocitozi un eksocitozi, lai ievestu vai izvadītu lielas molekulas un membrānas fragmentus.

Funkcijas šūnu līmenī

• Nodrošina šķirtni starp iekšējo un ārējo vidi, uzturot homeostāzi;
• Regulē vielu apmaiņu — filtrē, transportē un selekcionē molekulas;
• Dalās signālu uztverē un pārraidē, kalpojot par receptoru platformu hormoniem, neurotransmiteriem un citiem signāliem;
• Piedalās enerģētiskos procesos (piem., mitohondriju iekšējā membrāna ir vieta, kur norit oksidatīvā fosforilācija);
• Nodrošina šūnas formu un mehānisko noturību, sadarbojoties ar citoskeletu.

Kopsavilkumā, lipīdu divslānis ir dinamiska, selektīvi caurlaidīga un funkcionāli daudzveidīga struktūra, kas ir būtiska šūnu dzīvotspējai, signālu apstrādei un vielmaiņas regulācijai.

Meklēt pēc burta