17.3: membránok és Membránlipidek

minden élő sejtet sejtmembrán vesz körül. A növényi sejtek (\(\pageindex{1a}\) Ábra) és az állati sejtek (\(\PageIndex{1b}\) ábra) egy sejtmagot tartalmaznak, amelyet szintén membrán vesz körül, és a sejt genetikai információit tárolja. A sejtmembrán és a magmembrán közötti mindent—beleértve az intracelluláris folyadékokat és a különböző szubcelluláris komponenseket, például a mitokondriumokat és a riboszómákat-citoplazmának nevezzük. Az összes sejt membránja alapvetően hasonló szerkezetű, de a membránfunkció óriási mértékben változik organizmusonként, sőt sejtenként is egyetlen organizmuson belül. Ez a sokféleség elsősorban a különböző fehérjék és lipidek jelenlétéből adódik a membránban.

Ábra \(\PageIndex{1}\): (A) Idealizált Növényi Sejt. Az itt bemutatott struktúrák nem minden növényi sejtben fordulnak elő. B) Idealizált Állati Sejt. Az itt bemutatott struktúrák ritkán találhatók meg egyetlen állati sejtben.

a sejtmembránokban lévő lipidek erősen polárisak, de kettős tulajdonságokkal rendelkeznek: a lipid egy része Ionos, ezért vízben oldódik, míg a többi szénhidrogén szerkezetű, ezért nem poláros anyagokban oldódik. Gyakran az ionos részt hidrofilnek nevezik, ami azt jelenti, hogy “víz szerető”, a nem poláros rész pedig hidrofób, ami azt jelenti, hogy “víz fél” (a víz taszítja). Amikor hagyjuk szabadon lebegni a vízben, a poláris lipidek spontán csoportosulnak a három elrendezés bármelyikében: micellák, egyrétegűek és kétrétegűek (\(\pageindex{2}\) ábra).

ábra \(\PageIndex{2}\): spontán poláris Lipidszerkezetek a vízben: egyrétegű, micellás és kétrétegű

a micellák olyan aggregációk, amelyekben a lipidek hidrofób szénhidrogénfarkai az együttes közepe felé és a környező víztől távol vannak, míg a hidrofil fejek kifelé irányulnak, vízzel érintkezve. Minden micella több ezer lipidmolekulát tartalmazhat. A poláris lipidek egyréteget is képezhetnek, egy réteg egy molekula vastag a víz felszínén. A sarki fejek a vízbe néznek, a nem poláris farok pedig a levegőbe tapadnak. A kétrétegű lipidek kettős rétegei úgy vannak elrendezve, hogy a hidrofób farok egy belső felület és egy hidrofil fejekből álló külső felület közé kerüljön. A hidrofil fejek a kétréteg mindkét oldalán vízzel érintkeznek, míg a kétréteg belsejében elválasztott farok nem érintkezhet a vízzel. Az ilyen kétrétegek minden sejtmembránt alkotnak (\(\pageindex{3}\) ábra).

ábra \(\PageIndex{3}\): sejtmembrán sematikus rajza. A tipikus állati sejtet körülvevő membrán egy foszfolipid kétrétegű, beágyazott koleszterin-és fehérjemolekulákkal. Rövid oligoszacharid láncok kapcsolódnak a külső felülethez.

a kétrétegű belső térben a hidrofób farok (vagyis a lipidmolekulák zsírsavrészei) diszperziós erők révén kölcsönhatásba lépnek. A kölcsönhatásokat gyengíti a telítetlen zsírsavak jelenléte. Ennek eredményeként a membránkomponensek bizonyos mértékig szabadon malomozhatók, a membránt pedig folyadékként írják le.

a sejtmembránokban található lipidek különböző módon kategorizálhatók. A foszfolipidek foszfort tartalmazó lipidek. A glikolipidek cukortartalmú lipidek. Ez utóbbiak kizárólag a sejtmembrán külső felületén találhatók, megkülönböztető felületi markerként működnek a sejt számára, így a sejtfelismerésben és a sejt-sejt kommunikációban szolgálnak. A szfingolipidek olyan foszfolipidek vagy glikolipidek, amelyek glicerin helyett telítetlen amino-alkohol szfingozint tartalmaznak. A reprezentatív membrán lipidek diagrammatikus struktúráit a \(\pageindex{4}\) ábra mutatja be.

ábra \(\PageIndex{4}\): Néhány fontos membrán lipid komponens szerkezete

a foszfogliceridek (más néven glicerofoszfolipidek) a leggyakoribb foszfolipidek a sejtmembránokban. Glicerin egységből állnak, amelynek zsírsavai az első két szénatomhoz kapcsolódnak, míg egy alkoholmolekulával észterezett foszforsavegység (általában amino-alkohol, mint a \(\pageindex{5}\) ábra a) részében) kapcsolódik a glicerin harmadik szénatomjához (\(\PageIndex{5}\) ábra b) része). Figyeljük meg, hogy a foszfoglicerid molekula a foszforsavegységig azonos a trigliceriddel (\(\pageindex{5}\) ábra (b) része).

a foszfoglicerideknek két gyakori típusa van. Az etanol-amint amino-alkoholként tartalmazó foszfoglicerideket foszfatidil-etanol-aminoknak vagy cefalinoknak nevezzük. A cefalinok megtalálhatók az agyszövetben és az idegekben, és szerepet játszanak a véralvadásban is. A kolint amino-alkohol egységként tartalmazó foszfoglicerideket foszfatidilkolinoknak vagy lecitineknek nevezzük. A lecitinek minden élő szervezetben előfordulnak. A cefalinokhoz hasonlóan az ideg-és agyszövet fontos alkotóelemei. A tojássárgája különösen gazdag lecitinekben. A szójababból izolált kereskedelmi minőségű lecitineket széles körben használják az élelmiszerekben emulgeálószerként. Emulgeálószert használnak az emulzió stabilizálására—két olyan folyadék diszperziójára, amelyek általában nem keverednek, például olaj és víz. Sok étel emulzió. A tej a vajzsír emulziója vízben. A tej emulgeálószere egy kazein nevű fehérje. A majonéz egy salátaolaj emulziója vízben, amelyet a tojássárgájában jelen lévő lecitinek stabilizálnak.

a szfingomielinek, a legegyszerűbb szfingolipidek, mindegyik zsírsavat, foszforsavat, szfingozint és kolint tartalmaz (\(\pageindex{6}\) ábra). Mivel foszforsavat tartalmaznak, foszfolipideknek is minősülnek. A szfingomielinek az idegsejt axonját körülvevő mielinhüvely fontos alkotóelemei. A sclerosis multiplex a mielinhüvely károsodásából eredő számos betegség egyike.

a legtöbb állati sejt cerebrozidoknak nevezett szfingolipideket tartalmaz (\(\pageindex{7}\) ábra). A cerebrozidok szfingozinból, zsírsavból, valamint galaktózból vagy glükózból állnak. Ezért hasonlítanak a szfingomielinekre, de a kolin-foszfát csoport helyett cukoregységgel rendelkeznek. A cerebrozidok az ideg-és agysejtek membránjainak fontos alkotóelemei.

Ábra \(\PageIndex{7}\): Cerebrozidok. A cerebrozidok olyan szfingolipidek, amelyek cukoregységet tartalmaznak.

a gangliozidoknak nevezett szfingolipidek összetettebbek, általában három-nyolc monoszacharidból és/vagy szubsztituált cukrokból álló elágazó láncot tartalmaznak. A cukorkomponensek jelentős eltérése miatt körülbelül 130 gangliozid fajtát azonosítottak. A legtöbb sejt-sejt felismerési és kommunikációs folyamat (pl., vércsoport antigének) a cukrok szekvenciáinak különbségeitől függenek ezekben a vegyületekben. A gangliozidok leginkább az idegsejtek külső membránjaiban fordulnak elő, bár kisebb mennyiségben fordulnak elő a legtöbb más sejt külső membránjában is. Mivel a cerebrozidok és a gangliozidok cukorcsoportokat tartalmaznak, glikolipideknek is minősülnek.