17.3: membran och membranlipider

alla levande celler är omgivna av ett cellmembran. Växtceller (figur \(\PageIndex{1a}\)) och djurceller (figur \(\PageIndex{1b}\)) innehåller en cellkärna som också omges av ett membran och innehåller den genetiska informationen för cellen. Allt mellan cellmembranet och kärnmembranet—inklusive intracellulära vätskor och olika subcellulära komponenter som mitokondrier och ribosomer—kallas cytoplasman. Membranen i alla celler har en fundamentalt liknande struktur, men membranfunktionen varierar enormt från en organism till en annan och till och med från en cell till en annan inom en enda organism. Denna mångfald uppstår huvudsakligen från närvaron av olika proteiner och lipider i membranet.

Figur \(\PageIndex{1}\): (A) En Idealiserad Växtcell. Inte alla strukturer som visas här förekommer i alla typer av växtceller. En Idealiserad Djurcell. De strukturer som visas här kommer sällan alla att hittas i en enda djurcell.

lipiderna i cellmembran är mycket polära men har dubbla egenskaper: en del av lipiden är jonisk och löses därför upp i vatten, medan resten har en kolvätestruktur och därför löses upp i icke-polära ämnen. Ofta kallas den joniska delen hydrofil, vilket betyder ” vattenälskande ”och den icke-polära delen som hydrofob, vilket betyder” vattenfruktan ” (avstötad av vatten). När de får flyta fritt i vatten samlas polära lipider spontant i någon av tre arrangemang: miceller, monolager och dubbelskikt (figur \(\PageIndex{2}\)).

figur \(\PageIndex{2}\): spontant bildade polära lipidstrukturer i vatten: monoskikt, Micell och dubbelskikt

miceller är aggregeringar där lipidernas kolvätesvans—som är hydrofoba—riktas mot mitten av sammansättningen och bort från det omgivande vattnet medan de hydrofila huvuden riktas utåt, i kontakt med vattnet. Varje micelle kan innehålla tusentals lipidmolekyler. Polära lipider kan också bilda ett monoskikt, ett skikt en molekyl tjock på ytan av vattnet. De polära huvuden vetter mot vatten, och de icke-polära svansarna sticker upp i luften. Dubbelskikt är dubbla lager av lipider anordnade så att de hydrofoba svansarna är inklämda mellan en inre yta och en yttre yta bestående av hydrofila huvuden. De hydrofila huvuden är i kontakt med vatten på vardera sidan av dubbelskiktet, medan svansarna, sekvestrerade inuti dubbelskiktet, förhindras från att ha kontakt med vattnet. Dubbelskikt som detta utgör varje cellmembran (figur \(\PageIndex{3}\)).

figur \(\PageIndex{3}\): schematiskt Diagram över ett cellmembran. Membranet som omsluter en typisk djurcell är ett fosfolipid-dubbelskikt med inbäddade kolesterol-och proteinmolekyler. Korta oligosackaridkedjor är fästa på ytterytan.

i dubbelskiktets inre interagerar de hydrofoba svansarna (det vill säga fettsyradelarna av lipidmolekyler) med hjälp av dispersionskrafter. Interaktionerna försvagas av närvaron av omättade fettsyror. Som ett resultat är membrankomponenterna fria att fräsa i viss utsträckning och membranet beskrivs som vätska.

lipiderna som finns i cellmembran kan kategoriseras på olika sätt. Fosfolipider är lipider som innehåller fosfor. Glykolipider är sockerhaltiga lipider. De senare finns uteslutande på cellmembranets yttre yta och fungerar som särskiljande ytmarkörer för cellen och tjänar därmed i celligenkänning och cell-till-cell-kommunikation. Sfingolipider är fosfolipider eller glykolipider som innehåller den omättade aminoalkoholen sfingosin snarare än glycerol. Schematiska strukturer av representativa membranlipider presenteras i Figur \(\PageIndex{4}\).

figur \(\PageIndex{4}\): Komponentstrukturer av några viktiga membranlipider

Fosfoglycerider (även kända som glycerofosfolipider) är de vanligaste fosfolipiderna i cellmembran. De består av en glycerolenhet med fettsyror kopplade till de två första kolatomerna, medan en fosforsyraenhet, förestrad med en alkoholmolekyl (vanligtvis en aminoalkohol, som delvis (a) i Figur \(\PageIndex{5}\)) är fäst vid den tredje kolatomen i glycerol (del (b) i Figur \(\PageIndex{5}\)). Observera att fosfoglyceridmolekylen är identisk med en triglycerid upp till fosforsyraenheten (del (b) i Figur \(\PageIndex{5}\)).

det finns två vanliga typer av fosfoglycerider. Fosfoglycerider innehållande etanolamin som aminoalkoholen kallas fosfatidyletanolaminer eller cefaliner. Cephaliner finns i hjärnvävnad och nerver och har också en roll i blodpropp. Fosfoglycerider innehållande kolin som aminoalkoholenhet kallas fosfatidylkoliner eller lecitiner. Lecitiner förekommer i alla levande organismer. Liksom cephaliner är de viktiga beståndsdelar i nerv-och hjärnvävnad. Äggulor är särskilt rika på lecitiner. Kommersiella lecitiner isolerade från sojabönor används ofta i livsmedel som emulgeringsmedel. Ett emulgeringsmedel används för att stabilisera en emulsion—en dispersion av två vätskor som normalt inte blandas, såsom olja och vatten. Många livsmedel är emulsioner. Mjölk är en emulsion av smörfett i vatten. Emulgeringsmedlet i mjölk är ett protein som kallas kasein. Majonnäs är en emulsion av salladsolja i vatten, stabiliserad av lecitiner närvarande i äggula.

Sfingomyeliner, de enklaste sfingolipiderna, innehåller vardera en fettsyra, en fosforsyra, sfingosin och kolin (figur \(\PageIndex{6}\)). Eftersom de innehåller fosforsyra klassificeras de också som fosfolipider. Sfingomyeliner är viktiga beståndsdelar i myelinhöljet som omger axonen i en nervcell. Multipel skleros är en av flera sjukdomar som orsakas av skador på myelinmanteln.

de flesta djurceller innehåller sfingolipider som kallas cerebrosider (figur \(\PageIndex{7}\)). Cerebrosider består av sfingosin, en fettsyra och galaktos eller glukos. De liknar därför sfingomyeliner men har en sockerenhet i stället för kolinfosfatgruppen. Cerebrosider är viktiga beståndsdelar i membranen i nerv-och hjärnceller.

Figur \(\PageIndex{7}\): Cerebrosider. Cerebrosider är sfingolipider som innehåller en sockerenhet.

sfingolipiderna som kallas gangliosider är mer komplexa och innehåller vanligtvis en grenad kedja av tre till åtta monosackarider och/eller substituerade sockerarter. På grund av stor variation i deras sockerkomponenter har cirka 130 sorter av gangliosider identifierats. De flesta cell-till-cell-igenkännings-och kommunikationsprocesser (t. ex., blodgruppsantigener) beror på skillnader i sekvenserna av sockerarter i dessa föreningar. Gangliosider är vanligast i nervcellernas yttre membran, även om de också förekommer i mindre mängder i de yttre membranen i de flesta andra celler. Eftersom cerebrosider och gangliosider innehåller sockergrupper klassificeras de också som glykolipider.