El 1972, es va proposar la teoria que una membrana parcialment permeable envolta la cèl·lula i realitza una sèrie de tasques vitals, i l'estructura i la funció de les membranes cel·lulars són qüestions importants pel que fa al bon funcionament de totes les cèl·lules del cos.. La teoria cel·lular es va generalitzar al segle XVII, juntament amb la invenció del microscopi. Es va saber que els teixits vegetals i animals es compon de cèl·lules, però a causa de la baixa resolució del dispositiu, era impossible veure cap barrera al voltant de la cèl·lula animal. Al segle XX, la naturalesa química de la membrana es va estudiar amb més detall, es va trobar que els lípids en són la base.
Estructura i funció de les membranes cel·lulars
La membrana cel·lular envolta el citoplasma de les cèl·lules vives, separant físicament els components intracel·lulars del medi extern. Els fongs, els bacteris i les plantes també tenen parets cel·lulars que proporcionen protecció i impedeixen el pas de grans molècules. Les membranes cel·lulars també hi tenen un paperformació del citoesquelet i unió a la matriu extracel·lular d' altres partícules vitals. Això és necessari per mantenir-los units, formant els teixits i els òrgans del cos. Les característiques estructurals de la membrana cel·lular inclouen la permeabilitat. La funció principal és la protecció. La membrana està formada per una capa de fosfolípids amb proteïnes incrustades. Aquesta part està implicada en processos com l'adhesió cel·lular, la conducció iònica i els sistemes de senyalització i serveix com a superfície d'unió per a diverses estructures extracel·lulars, com ara la paret, el glicocàlix i el citoesquelet intern. La membrana també manté el potencial de la cèl·lula actuant com a filtre selectiu. És selectivament permeable als ions i les molècules orgàniques i controla el moviment de les partícules.
Mecanismes biològics que impliquen la membrana cel·lular
1. Difusió passiva: Algunes substàncies (petites molècules, ions), com el diòxid de carboni (CO2) i l'oxigen (O2), es poden difondre per la membrana plasmàtica. La closca actua com a barrera per a determinades molècules i ions que es poden concentrar a banda i banda.
2. Canal transmembrana i proteïna transportadora: els nutrients com la glucosa o els aminoàcids han d'entrar a la cèl·lula, i alguns productes metabòlics han de sortir.
3. L'endocitosi és el procés pel qual s'absorbeixen les molècules. Es crea una lleu deformació (invaginació) a la membrana plasmàtica, en la qual s'empassa la substància a transportar. Requereixenergia i, per tant, és una forma de transport actiu.
4. Exocitosi: es produeix a diverses cèl·lules per eliminar els residus no digerits de substàncies aportades per l'endocitosi per secretar substàncies com hormones i enzims i transportar la substància completament a través de la barrera cel·lular.
Estructura molecular
La membrana cel·lular és una membrana biològica, formada principalment per fosfolípids i que separa el contingut de tota la cèl·lula del medi extern. El procés de formació es produeix espontàniament en condicions normals. Per entendre aquest procés i descriure correctament l'estructura i les funcions de les membranes cel·lulars, així com les propietats, cal avaluar la naturalesa de les estructures fosfolípids, que es caracteritzen per la polarització estructural. Quan els fosfolípids del medi aquàtic del citoplasma assoleixen una concentració crítica, es combinen en micel·les, que són més estables en el medi aquàtic.
Propietats de la membrana
- Estabilitat. Això vol dir que després de la formació de la membrana és poc probable que es col·lapsi.
- Força. La membrana lipídica és prou fiable per evitar el pas d'una substància polar; tant les substàncies dissoltes (ions, glucosa, aminoàcids) com les molècules molt més grans (proteïnes) no poden passar per la vora formada.
- Caracter dinàmic. Aquesta és potser la propietat més important a l'hora de considerar l'estructura de la cèl·lula. La membrana cel·lular potestar subjecte a diverses deformacions, es pot plegar i doblegar sense col·lapsar-se. En circumstàncies especials, com ara la fusió de vesícules o brotació, es pot trencar, però només temporalment. A temperatura ambient, els seus constituents lipídics es troben en moviment constant i caòtic, formant un límit de fluid estable.
Model de mosaic líquid
Parlant de l'estructura i les funcions de les membranes cel·lulars, és important assenyalar que des de la visió moderna, la membrana com a model de mosaic líquid va ser considerada l'any 1972 pels científics Singer i Nicholson. La seva teoria reflecteix tres característiques principals de l'estructura de la membrana. Les proteïnes integrals de membrana proporcionen una plantilla de mosaic per a la membrana i són capaços de moviment lateral en el pla a causa de la naturalesa variable de l'organització dels lípids. Les proteïnes transmembrana també són potencialment mòbils. Una característica important de l'estructura de la membrana és la seva asimetria. Quina és l'estructura d'una cèl·lula? Membrana cel·lular, nucli, proteïnes, etc. La cèl·lula és la unitat bàsica de la vida, i tots els organismes estan formats per una o més cèl·lules, cadascuna amb una barrera natural que la separa del seu entorn. Aquest límit exterior de la cèl·lula també s'anomena membrana plasmàtica. Està format per quatre tipus diferents de molècules: fosfolípids, colesterol, proteïnes i hidrats de carboni. El model de mosaic líquid descriu l'estructura de la membrana cel·lular de la següent manera: flexible i elàstica, de consistència similar a l'oli vegetal, de manera que totles molècules individuals simplement suren en el medi líquid, i totes són capaces de moure's de costat dins d'aquesta closca. Un mosaic és quelcom que conté molts detalls diferents. A la membrana plasmàtica, està representada per fosfolípids, molècules de colesterol, proteïnes i hidrats de carboni.
Fosfolípids
Els fosfolípids constitueixen l'estructura bàsica de la membrana cel·lular. Aquestes molècules tenen dos extrems diferents: un cap i una cua. L'extrem del cap conté un grup fosfat i és hidròfil. Això vol dir que se sent atret per les molècules d'aigua. La cua està formada per àtoms d'hidrogen i carboni anomenats cadenes d'àcids grassos. Aquestes cadenes són hidròfobes, no els agrada barrejar-se amb molècules d'aigua. Aquest procés és semblant al que passa quan s'aboca oli vegetal a l'aigua, és a dir, no s'hi dissol. Les característiques estructurals de la membrana cel·lular estan associades amb l'anomenada bicapa lipídica, que consta de fosfolípids. Els caps de fosfat hidròfil es troben sempre on hi ha aigua en forma de líquid intracel·lular i extracel·lular. Les cues hidròfobes dels fosfolípids de la membrana estan organitzades de manera que les mantenen allunyades de l'aigua.
Colesterol, proteïnes i hidrats de carboni
Quan la gent escolta la paraula "colesterol", la gent sol pensar que és dolenta. Tanmateix, el colesterol és en realitat un component molt important de les membranes cel·lulars. Les seves molècules consisteixen en quatre anells d'hidrogen i àtoms de carboni. Són hidrofòbics i es troben entre les cues hidrofòbiques de la bicapa lipídica. La seva importància rau enmantenint la consistència, reforcen les membranes, evitant l'encreuament. Les molècules de colesterol també impedeixen que les cues fosfolípids entrin en contacte i s'endureixin. Això garanteix fluïdesa i flexibilitat. Les proteïnes de la membrana actuen com a enzims per accelerar les reaccions químiques, actuen com a receptors de molècules específiques o transporten substàncies a través de la membrana cel·lular.
Els hidrats de carboni, o sacàrids, només es troben a la part extracel·lular de la membrana cel·lular. Junts formen el glicocàlix. Aporta amortiment i protecció a la membrana plasmàtica. Segons l'estructura i el tipus d'hidrats de carboni del glicocàlix, el cos pot reconèixer les cèl·lules i determinar si hi haurien d'estar o no.
Proteïnes de la membrana
L'estructura de la membrana cel·lular d'una cèl·lula animal no es pot imaginar sense un component tan important com la proteïna. Malgrat això, poden ser significativament inferiors en mida a un altre component important: els lípids. Hi ha tres proteïnes de membrana principals.
- Integral. Cobreixen completament la bicapa, el citoplasma i el medi extracel·lular. Realitzen una funció de transport i senyalització.
- Perifèric. Les proteïnes s'uneixen a la membrana mitjançant enllaços electrostàtics o d'hidrogen a les seves superfícies citoplasmàtiques o extracel·lulars. Estan involucrats principalment com a mitjà d'unió per a proteïnes integrals.
- Transmembrana. Realitzen funcions enzimàtiques i de senyalització, i també modulen l'estructura bàsica de la bicapa lipídica de la membrana.
Funcions de les membranes biològiques
L'efecte hidrofòbic, que regula el comportament dels hidrocarburs a l'aigua, controla les estructures formades per lípids de membrana i proteïnes de membrana. Moltes propietats de les membranes les confereixen els portadors de bicapa lipídica, que formen l'estructura bàsica de totes les membranes biològiques. Les proteïnes integrals de membrana estan parcialment amagades a la bicapa lipídica. Les proteïnes transmembrana tenen una organització especialitzada d'aminoàcids en la seva seqüència primària.
Les proteïnes de membrana perifèriques són molt semblants a les solubles, però també estan unides a la membrana. Les membranes cel·lulars especialitzades tenen funcions cel·lulars especialitzades. Com afecten l'estructura i les funcions de les membranes cel·lulars al cos? La funcionalitat de tot l'organisme depèn de com es disposen les membranes biològiques. A partir dels orgànuls intracel·lulars, les interaccions extracel·lulars i intercel·lulars de les membranes, es creen les estructures necessàries per a l'organització i el desenvolupament de les funcions biològiques. Moltes característiques estructurals i funcionals són comunes als bacteris, les cèl·lules eucariotes i els virus amb embolcall. Totes les membranes biològiques es construeixen sobre una bicapa lipídica, que determina la presència d'una sèrie de característiques comunes. Les proteïnes de membrana tenen moltes funcions específiques.
- Control. Les membranes plasmàtiques de les cèl·lules defineixen els límits de la interacció de la cèl·lula amb el medi ambient.
- Transport. Les membranes intracel·lulars de les cèl·lules es divideixen en diversos blocs funcionals amb diferentscomposició interna, cadascuna de les quals està recolzada per la funció de transport necessària en combinació amb la permeabilitat de control.
- Transducció del senyal. La fusió de membranes proporciona un mecanisme per a la notificació vesicular intracel·lular i evita que diversos tipus de virus entrin lliurement a la cèl·lula.
Significat i conclusions
L'estructura de la membrana cel·lular externa afecta tot el cos. Té un paper important en la protecció de la integritat en permetre que només penetrin substàncies seleccionades. També és una bona base per ancorar el citoesquelet i la paret cel·lular, la qual cosa ajuda a mantenir la forma de la cèl·lula. Els lípids representen aproximadament el 50% de la massa de la membrana de la majoria de cèl·lules, tot i que això varia segons el tipus de membrana. L'estructura de la membrana cel·lular externa dels mamífers és més complexa, conté quatre fosfolípids principals. Una propietat important de les bicapes lipídiques és que es comporten com un fluid bidimensional en el qual les molècules individuals poden girar lliurement i moure's lateralment. Aquesta fluïdesa és una propietat important de les membranes, que es determina en funció de la temperatura i la composició lipídica. A causa de l'estructura d'anell d'hidrocarburs, el colesterol juga un paper en la determinació de la fluïdesa de les membranes. La permeabilitat selectiva de les membranes biològiques a molècules petites permet que la cèl·lula controli i mantingui la seva estructura interna.
Tenint en compte l'estructura de la cèl·lula (membrana cel·lular, nucli, etc.), podem concloure queque el cos és un sistema autorregulador que no pot fer-se mal sense ajuda externa i sempre buscarà maneres de restaurar, protegir i funcionar correctament cada cèl·lula.
