A biológiai molekulák amfifilek vagy amfipatikusak, azaz egyszerre hidrofóbok és hidrofilek. A foszfolipid kettősréteg töltött hidrofil fejcsoportokat tartalmaz, amelyek kölcsönhatásba lépnek a poláros vízzel. A rétegek hidrofób farkakat is tartalmaznak, amelyek találkoznak a komplementer réteg hidrofób farkával. A hidrofób farkak általában különböző hosszúságú zsírsavak. A lipidek kölcsönhatásai, különösen a hidrofób farkak, határozzák meg a lipid kettősréteg fizikai tulajdonságait, például a fluiditást.
A sejtek membránjai általában zárt tereket vagy kompartmenteket határoznak meg, amelyekben a sejtek a külvilágtól eltérő kémiai vagy biokémiai környezetet tarthatnak fenn. Például a peroxiszómákat körülvevő membrán megvédi a sejt többi részét a peroxidoktól, olyan vegyi anyagoktól, amelyek mérgezőek lehetnek a sejtre, és a sejtmembrán elválasztja a sejtet a környező közegtől. A peroxiszómák a sejtben található vakuólumok egyik formája, amelyek a sejten belüli kémiai reakciók melléktermékeit tartalmazzák. A legtöbb organellumot ilyen membránok határolják, és “membránhoz kötött” organellumoknak nevezik.
Szelektív áteresztőképességSzerkesztés
A biomembrán talán legfontosabb jellemzője, hogy szelektíven áteresztő szerkezet. Ez azt jelenti, hogy a rajta átjutni próbáló atomok és molekulák mérete, töltése és egyéb kémiai tulajdonságai határozzák meg, hogy sikerül-e átjutniuk. A szelektív áteresztőképesség alapvető fontosságú egy sejt vagy organellum hatékony elválasztásához a környezetétől. A biológiai membránok bizonyos mechanikai vagy rugalmas tulajdonságokkal is rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik, hogy szükség szerint változtassák alakjukat és mozogjanak.
A kis hidrofób molekulák általában egyszerű diffúzióval könnyen átjutnak a foszfolipid kettősrétegen.
A sejtműködéshez szükséges, de a membránon keresztül szabadon diffundálni nem képes részecskék egy membránszállító fehérjén keresztül jutnak be, vagy endocitózis útján kerülnek be, amikor a membrán lehetővé teszi, hogy egy vákuum csatlakozzon hozzá, és tartalmát a sejtbe nyomja. Sokféle specializált plazmamembrán képes elválasztani a sejtet a külső környezettől: apikális, bazolaterális, preszinaptikus és posztszinaptikus membránok, a flagellák, csillók, mikrovillák, filopódiumok és lamellipódiumok membránjai, az izomsejtek szarkolemmája, valamint a neuronok specializált mielin és dendritikus gerinc membránjai. A plazmamembránok különböző típusú “szupramembrán” struktúrákat is képezhetnek, mint például a caveolák, a posztszinaptikus sűrűség, a podoszóma, az invadopódium, a deszmoszóma, a hemideszmoszóma, a fókuszos adhézió és a sejtkapcsolatok. Ezek a membrántípusok lipid- és fehérjeösszetételükben különböznek egymástól.
A membránok elkülönülő típusai intracelluláris organellumokat is létrehoznak: Endoszóma; sima és durva endoplazmatikus retikulum; szarkoplazmatikus retikulum; Golgi apparátus; lizoszóma; mitokondrium (belső és külső membránok); sejtmag (belső és külső membránok); peroxiszóma; vakuólum; citoplazmatikus granulumok; sejtvezikulák (fagoszóma, autofagoszóma, klatrin bevonatú vezikulák, COPI bevonatú és COPII bevonatú vezikulák) és szekréciós vezikulák (beleértve a szinaptoszómát, az akroszómát, a melanoszómát és a kromaffin granulákat).A különböző típusú biológiai membránok különböző lipid- és fehérjeösszetételűek. A membránok tartalma határozza meg fizikai és biológiai tulajdonságaikat. A membránok egyes összetevői kulcsszerepet játszanak az orvostudományban, például az effluxszivattyúk, amelyek gyógyszereket pumpálnak ki a sejtből.
FluiditásSzerkesztés
A foszfolipid kettősréteg hidrofób magja a lipidfarkak kötései körüli forgások miatt állandó mozgásban van. A kettősréteg hidrofób farkai elhajlanak és összezáródnak. A vízzel való hidrogénkötés miatt azonban a hidrofil fejcsoportok kisebb mozgást mutatnak, mivel forgásuk és mozgékonyságuk korlátozott. Ez a lipid kettősréteg viszkozitásának növekedését eredményezi a hidrofil fejekhez közelebb.
Egy átmeneti hőmérséklet alatt a lipid kettősréteg veszít folyékonyságából, amikor a rendkívül mozgékony lipidek kisebb mozgást mutatnak, és gélszerű szilárddá válnak. Az átmeneti hőmérséklet a lipid kettősréteg olyan összetevőitől függ, mint a szénhidrogénlánc hossza és a zsírsavak telítettsége. A hőmérsékletfüggő fluiditás fontos élettani tulajdonságot jelent a baktériumok és a hidegvérű szervezetek számára. Ezek a szervezetek a membránlipidek zsírsavösszetételének a különböző hőmérsékleteknek megfelelő módosításával tartják fenn az állandó fluiditást.
Az állati sejtekben a membrán fluiditását a szterin koleszterin beépítésével modulálják. Ez a molekula különösen nagy mennyiségben van jelen a plazmamembránban, ahol a membránban lévő lipidek mintegy 20 tömegszázalékát teszi ki. Mivel a koleszterinmolekulák rövidek és merevek, kitöltik a szomszédos foszfolipidmolekulák közötti tereket, amelyeket a telítetlen szénhidrogén-farkukban lévő csomók hagynak. Ily módon a koleszterin hajlamos megmerevíteni a kettős réteget, merevebbé és kevésbé áteresztővé téve azt.
A membrán fluiditása minden sejt számára több okból is fontos. Lehetővé teszi a membránfehérjék gyors diffúzióját a kettősréteg síkjában és az egymással való kölcsönhatást, ami például a sejtek jelátvitelében kulcsfontosságú. Lehetővé teszi a membránlipidek és fehérjék diffúzióját azokról a helyekről, ahol szintézisük után beilleszkednek a kettősrétegbe, a sejt más régióiba. Lehetővé teszi a membránok egymásba olvadását és molekuláik keveredését, és biztosítja, hogy a sejtosztódáskor a membránmolekulák egyenletesen oszoljanak el a leánysejtek között. Ha a biológiai membránok nem lennének folyékonyak, nehéz elképzelni, hogyan élhetnének, növekedhetnének és szaporodhatnának a sejtek.