17.3: membraanit ja Membraanilipidit

kaikkia eläviä soluja ympäröi solukalvo. Kasvisolut (Kuva \(\PageIndex{1a}\)) ja eläinsolut (Kuva \(\PageIndex{1b}\)) sisältävät solun tuman, jota ympäröi myös kalvo ja jossa on solun geneettinen informaatio. Kaikkea solukalvon ja ydinkalvon välistä—mukaan lukien solunsisäiset nesteet ja erilaiset solunsisäiset komponentit, kuten mitokondriot ja ribosomit—kutsutaan sytoplasmaksi. Kaikkien solujen kalvot ovat rakenteeltaan pohjimmiltaan samanlaisia, mutta kalvon toiminta vaihtelee valtavasti eliöstä toiseen ja jopa solusta toiseen yhden eliön sisällä. Tämä monimuotoisuus syntyy pääasiassa erilaisten proteiinien ja lipidien esiintymisestä kalvossa.

Kuva \(\PageIndex{1}\): (A) Idealisoitu Kasvisolu. Kaikkia tässä esitettyjä rakenteita ei esiinny kaikissa kasvisolutyypeissä. B) Ihannoitu Eläinsolu. Tässä esitetyt rakenteet löytyvät harvoin yhdestä eläinsolusta.

solukalvojen lipidit ovat erittäin polaarisia, mutta niillä on kaksitahoiset ominaisuudet: osa lipideistä on ionisia ja liukenee siksi veteen, kun taas loppuosa on hiilivetyrakenteeltaan ja liukenee näin ollen ei-polaarisiin aineisiin. Ionisesta osasta käytetään usein nimitystä hydrofiilinen, joka tarkoittaa ”vettä rakastavaa”, ja ei-polaarisesta osasta hydrofobista, joka tarkoittaa” vettä pelkäävää ” (veden hylkimää). Kun polaarilipidien annetaan kellua vapaasti vedessä, ne yhtyvät spontaanisti johonkin kolmesta järjestelystä: miselleihin, yksikerroksisiin ja kaksikerroksisiin (Kuva \(\PageIndex{2}\)).

Kuva \(\PageIndex{2}\): spontaanisti muodostuneet polaariset Lipidirakenteet vedessä: yksikerroksiset, misellit ja kaksikerroksiset

misellit ovat kasautumia, joissa lipidien hiilivetyhännät—jotka ovat hydrofobisia—suuntautuvat kohti kokoomajännitteen keskustaa ja pois ympäröivästä vedestä, kun taas hydrofiiliset päät suuntautuvat ulospäin, kosketukseen veden kanssa. Jokainen miselli voi sisältää tuhansia lipidimolekyylejä. Polaariset lipidit voivat muodostaa myös yksikerroksisen, molekyylin paksuisen kerroksen veden pinnalle. Napapäät ovat kasvot veteen päin, ja nonpolaariset pyrstöt nousevat ilmaan. Kaksikerroksiset ovat kaksoiskerroksia lipidejä, jotka on järjestetty siten, että hydrofobiset hännät ovat sisäpinnan ja ulkopinnan välissä, joka koostuu hydrofiilisistä päistä. Hydrofiiliset päät ovat kosketuksissa veden kanssa kaksikerroksisen molemmin puolin, kun taas kaksikerroksisen sisällä olevat pyrstöt eivät pääse kosketuksiin veden kanssa. Tällainen kaksikerroksisuus muodostaa jokaisen solukalvon (Kuva \(\PageIndex{3}\)).

Kuva \(\PageIndex{3}\): solukalvon kaavio. Tyypillistä eläinsolua ympäröivä kalvo on fosfolipidikaksikerros, johon on upotettu kolesteroli-ja proteiinimolekyylejä. Ulkopintaan on kiinnittynyt lyhyitä oligosakkaridiketjuja.

kaksikerroksisessa sisäosassa hydrofobiset hännät(eli lipidimolekyylien rasvahapot) vuorovaikuttavat dispersiovoimien avulla. Yhteisvaikutuksia heikentää tyydyttymättömien rasvahappojen läsnäolo. Tämän seurauksena kalvokomponentit ovat jossain määrin vapaasti myllytettävissä, ja kalvoa kuvaillaan nesteeksi.

solukalvoissa olevat lipidit voidaan luokitella eri tavoin. Fosfolipidit ovat fosforia sisältäviä lipidejä. Glykolipidit ovat sokeria sisältäviä lipidejä. Jälkimmäisiä esiintyy yksinomaan solukalvon ulkopinnalla, ja ne toimivat solun pintamarkkereina ja palvelevat siten solujen tunnistamisessa ja solujen välisessä viestinnässä. Sfingolipidit ovat fosfolipidejä tai glykolipidejä, jotka sisältävät tyydyttymätöntä aminoalkoholia sfingosiinia glyserolin sijaan. Kuviossa \(\PageIndex{4}\) on esitetty edustavien kalvolipidien kaaviot.

Kuva \(\PageIndex{4}\): joidenkin tärkeiden Kalvolipidien Komponenttirakenteet

Fosfoglyseridit (tunnetaan myös nimellä glyserofosfolipidit) ovat solukalvojen runsaimpia fosfolipidejä. Ne koostuvat glyseroliyksiköstä, jonka kahteen ensimmäiseen hiiliatomiin on kiinnittynyt rasvahappoja, kun taas fosforihappoyksikkö, joka on esteröity alkoholimolekyylillä (yleensä aminoalkoholi, kuten kuvan \(\PageIndex{5}\) osassa A), on kiinnittynyt glyserolin kolmanteen hiiliatomiin (Kuvan \(\PageIndex{5}\) b osa). Huomaa, että fosfoglyseridimolekyyli on identtinen triglyseridin kanssa fosforihappoyksikköön asti (Kuvan \(\PageIndex{5}\) b osa).

fosfoglyseridejä on kahta yleistä tyyppiä. Aminoalkoholina etanoliamiinia sisältäviä fosfoglyseridejä kutsutaan fosfatidyylietanoliamiineiksi tai kefaliineiksi. Kefaliineja on aivokudoksessa ja hermoissa, ja niillä on myös rooli veren hyytymisessä. Aminoalkoholiyksikkönä koliinia sisältäviä fosfoglyseridejä kutsutaan fosfatidyylikoliineiksi tai lesitiineiksi. Lesitiinejä esiintyy kaikissa elävissä organismeissa. Kefaliinien tavoin ne ovat tärkeitä hermo-ja aivokudoksen rakenneosia. Munankeltuaisissa on erityisen paljon lesitiinejä. Soijapavuista eristettyjä kaupallisen luokan lesitiinejä käytetään laajalti elintarvikkeissa emulgointiaineina. Emulgointiainetta käytetään stabiloimaan emulsiota-dispersiota kahdesta nesteestä, jotka eivät normaalisti sekoitu, kuten öljystä ja vedestä. Monet ruoka-aineet ovat emulsioita. Maito on voirasvan emulsio vedessä. Maidon emulgaattori on kaseiini-niminen proteiini. Majoneesi on salaattiöljyn emulsio vedessä, jota stabiloivat munankeltuaisessa olevat lesitiinit.

Sfingomyeliinit, yksinkertaisimmat sfingolipidit, sisältävät kukin rasvahappoa, fosforihappoa, sfingosiinia ja koliinia (Kuva \(\PageIndex{6}\)). Koska ne sisältävät fosforihappoa, ne luokitellaan myös fosfolipideiksi. Sfingomyeliinit ovat tärkeitä hermosolun aksonia ympäröivän myeliinivaipan aineosia. MS-tauti on yksi useista myeliinitupen vaurioitumisesta johtuvista sairauksista.

useimmat eläinsolut sisältävät sfingolipidejä, joita kutsutaan pikkuaivoiksi (Kuva \(\PageIndex{7}\)). Pikkuaivot koostuvat sfingosiinista, rasvahaposta ja galaktoosista tai glukoosista. Ne siis muistuttavat sfingomyeliineja, mutta niillä on koliinifosfaattiryhmän sijasta sokeriyksikkö. Pikkuaivot ovat tärkeitä rakenneosia hermo-ja aivosolujen kalvoissa.

Kuva \(\PageIndex{7}\): Pikkuaivot. Pikkuaivot ovat sfingolipidejä, jotka sisältävät sokeriyksikön.

gangliosideiksi kutsutut sfingolipidit ovat monimutkaisempia ja sisältävät yleensä haarautuneen ketjun, jossa on kolmesta kahdeksaan monosakkaridia ja / tai substituoituja sokereita. Koska niiden sokerikomponentit vaihtelivat huomattavasti, niistä on tunnistettu noin 130 gangliosidilajia. Useimmat solusta soluun-tunnistus – ja kommunikaatioprosessit (esim., veriryhmän antigeenit) riippuvat näiden yhdisteiden sokerisarjojen eroista. Gangliosideja esiintyy eniten hermosolujen ulommissa kalvoissa, joskin niitä esiintyy pienempiä määriä myös useimpien muiden solujen ulommissa kalvoissa. Koska pikkuaivot ja gangliosidit sisältävät sokeriryhmiä, ne luokitellaan myös glykolipideiksi.