Πλασματική μεμβράνη: το λεπτό σύνορο ανάμεσα στην άβια ύλη και στη ζωή

Σχεδιάγραμμα

Δική μας σύνοψη της ενότητας, για επανάληψη, γραμμένη με τη βοήθεια τεχνητής νοημοσύνης. Μπορεί να έχει λάθη: πηγή είναι πάντα το βιβλίο.

Τι έγινε

1. Η πλασματική μεμβράνη οριοθετεί το κύτταρο και οι λειτουργίες της πηγάζουν από τη δομή της. Είναι λιποπρωτεϊνικό στρώμα πάχους μόλις 8nm· κατά το βιβλίο, ένα τέτοιο περίβλημα γύρω από το αρχέγονο «διάλυμα» (πριν από 3,5 με 4 δισεκατομμύρια χρόνια) ήταν προϋπόθεση για την εμφάνιση της ζωής.
2. Μοντέλο ρευστού μωσαϊκού (Σίνγκερ και Νίκολσον, 1972): διπλοστιβάδα κυρίως φωσφολιπιδίων με στεροειδή όπως η χοληστερόλη και πρωτεΐνες επιφανειακές, βυθισμένες ή διαμεμβρανικές. Πρωτεΐνες και λιπίδια συχνά δένονται με σάκχαρα και σχηματίζουν γλυκοπρωτεΐνες και γλυκολιπίδια.
3. Τα υδρόφιλα άκρα των λιπιδίων κοιτούν προς τα υδατικά περιβάλλοντα μέσα και έξω από το κύτταρο και οι υδρόφοβες ουρές προς το κέντρο της μεμβράνης. Οι έλξεις αυτές τη σταθεροποιούν χωρίς να την ακινητοποιούν· λιπίδια και πρωτεΐνες ολισθαίνουν πλαγίως (σπάνια κάθετα), όπως φαίνεται όταν συντήκονται κύτταρο ποντικού και ανθρώπου με σημασμένες πρωτεΐνες. Η χοληστερόλη βοηθά να διατηρείται η ρευστότητα, χωρίς την οποία πολλές πρωτεΐνες αδρανοποιούνται.
4. Οι πρωτεΐνες της μεμβράνης είναι δομικές ή λειτουργικές (ελέγχουν είσοδο και έξοδο ουσιών, δέχονται και μεταβιβάζουν μηνύματα). Κάθε μεμβράνη με αυτή τη δίστιβη δομή λέγεται απλή στοιχειώδης μεμβράνη.
5. Η μεμβράνη είναι εκλεκτικά διαπερατή: αδιαπέραστη, το κύτταρο δεν θα έπαιρνε ούτε θα απέβαλλε ουσίες· πλήρως διαπερατή, η σύστασή του θα εξισωνόταν με του περιβάλλοντος. Παθητική μεταφορά: διάχυση από υψηλή σε χαμηλή συγκέντρωση (το O₂ μπαίνει, το CO₂ βγαίνει) και ώσμωση, δηλαδή διάχυση νερού μέσω ημιπερατής μεμβράνης προς την πλευρά όπου η ουσία είναι πιο πυκνή.
6. Ενεργητική μεταφορά: ουσίες κινούνται αντίθετα προς τη διαφορά συγκέντρωσης, με κατανάλωση ενέργειας και με ειδικές πρωτεΐνες. Στον άνθρωπο το Κ⁺ είναι πιο πυκνό μέσα και το Na⁺ έξω· αυτό το διατηρεί η αντλία Κ⁺-Na⁺, διαμεμβρανική πρωτεΐνη που αλλάζει διάταξη και για κάθε 3Na⁺ που βγάζει εισάγει 2Κ⁺. Τη διαθέτει κάθε ζωικό κύτταρο και είναι ιδιαίτερα σημαντική στα νευρικά.
7. Μεγαλομοριακές ουσίες (πρωτεΐνες, πολυσακχαρίτες) ή και μικροοργανισμοί μπαίνουν με ενδοκύττωση: ψευδοπόδια τις περικλείουν, η μεμβράνη σφίγγει και αποκόπτεται ένα κυστίδιο. Για μικροοργανισμούς λέγεται φαγοκύττωση (αμοιβάδα, Didinium, λευκά αιμοσφαίρια) και τη διάσπαση αναλαμβάνουν τα ένζυμα των λυσοσωμάτων. Η εξωκύττωση είναι η αντίστροφη πορεία· και οι δύο καταναλώνουν ενέργεια.
8. Ως δέκτης μηνυμάτων η μεμβράνη επιτρέπει στα κύτταρα να αναγνωρίζονται (όμοια σχηματίζουν ιστούς, ξένα απορρίπτονται), να συντονίζονται και να προσαρμόζουν τη λειτουργία τους. Τα σάκχαρα των γλυκοπρωτεϊνών διαφέρουν ανά είδος και ανά ιστό. Σε αντιγόνα της επιφάνειας στηρίζονται οι ομάδες αίματος ΑΒΟ (Ο πανδότης, ΑΒ πανδέκτης), ο παράγοντας Ρέζους (Rh⁺ περίπου 85%) και τα αντιγόνα ιστοσυμβατότητας (HLA) που κρίνουν την αποδοχή ενός μοσχεύματος.

Πρόσωπα

Σ. Σίνγκερ και Τ. Νίκολσον

πρότειναν το 1972 το μοντέλο του ρευστού μωσαϊκού

Όροι

ρευστό μωσαϊκό

σημερινό μοντέλο δομής της μεμβράνης

διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίων

βασικός σκελετός της μεμβράνης

χοληστερόλη

στεροειδές που διατηρεί τη ρευστότητα

γλυκοπρωτεΐνες

πρωτεΐνες μεμβράνης ενωμένες με σάκχαρα

γλυκολιπίδια

λιπίδια μεμβράνης ενωμένα με σάκχαρα

απλή στοιχειώδης μεμβράνη

κάθε μεμβράνη με αυτή τη δίστιβη δομή

εκλεκτική διαπερατότητα

άλλες ουσίες περνούν, άλλες όχι

διάχυση

μόρια από υψηλή σε χαμηλή συγκέντρωση

ώσμωση

διάχυση νερού μέσω ημιπερατής μεμβράνης

ενεργητική μεταφορά

αντίθετα στη διαφορά, με ενέργεια

αντλία Κ⁺-Na⁺

εξάγει 3Na⁺ και εισάγει 2Κ⁺

ενδοκύττωση

είσοδος μεγαλομοριακών ουσιών σε κυστίδιο

ψευδοπόδια

προεκβολές που περικλείουν την ουσία

φαγοκύττωση

ενδοκύττωση μεγάλων στερεών σωματιδίων

εξωκύττωση

αποβολή ουσιών από κυστίδιο προς τα έξω

υποδοχέας

μόριο της μεμβράνης που δέχεται μήνυμα

συγκολλητινογόνα Α και Β

αντιγόνα ερυθρών στο σύστημα ΑΒΟ

συγκολλητίνες

αντισώματα κατά ξένων συγκολλητινογόνων

παράγοντας Ρέζους

αντιγόνο ερυθρών: άτομα Rh⁺ ή Rh⁻

αντιγόνα ιστοσυμβατότητας

πρωτεΐνες HLA, κρίνουν αποδοχή μοσχεύματος