Η κυτταρική Μεμβράνη

Η δομή των κυτταρικών μεμβρανών βασίζεται σε μια διπλοστιβάδα λιπιδίων. Κάθε μόριό της έχει μια υδρόφιλη πολική κεφαλή και μια υδρόφοβη ουρά (εικ.3) . Η κεφαλή αποτελείται κυρίως από γλυκερόλη, η οποία είναι συνδεδεμένη πολικά μέσω μιας γέφυρας φωσφορικών (αρνητικά φορτισμένη) με μια αζωτούχο ένωση (πχ χολίνη, αιθανολαμίνη ή σερίνη) (θετικά φορτισμένη). Η μη πολική ουρά των φωσφολιπιδίων σχηματίζεται από δυο μακρές αλυσίδες λιπαρών οξέων, η μια είναι ευθεία αλυσίδα κορεσμένου λιπαρού οξέος και η άλλη αποτελείται από ακόρεστο λιπαρό οξύ και είναι κεκαμένη στο σημείο του ακόρεστου δεσμού. Τα φωσφολιπίδια όταν βρεθούν σε υδατικό διάλυμα, λόγω της δομής τους, σχηματίζουν αυτόματα μια διπλοστιβάδα με τις υδρόφιλες κεφαλές στραμμένες προς τα έξω και τις υδρόφοβες ουρές προς τα έσω. Η σύνθεση της λιπιδικής διπλοστιβάδας σε φωσφολοπίδια δεν είναι η ίδια σε όλους τους τύπους των κυττάρων. Είναι λοιπόν δυνατόν να παρατηρούνται υψηλές συγκεντρώσεις φωσφολιπιδίων στην έσω στιβάδα σε κυτταρικούς τύπους που παρατηρείται ανάγκη παρουσίας έσω μεμβρανικών πρωτεϊνών. Οι δεσμοί μεταξύ των μορίων των φωσφολιπιδίων της διπλοστιβάδας είναι ασθενείς προκειμένου κάθε μεμονωμένο μόριο φωσφολοπιδίου να μετακινείται ελεύθερα μέσα στη διπλοστιβάδα και σε ορισμένες περιπτώσεις να μεταπηδά από στιβάδα σε στιβάδα.

Η ρευστότητα και η ευκαμψία των μεμβρανών οφείλεται στα φωσφολιπίδια και αυξάνεται λόγω της παρουσίας  των ακόρεστων λιπαρών οξέων, τα οποία παρεμποδίζουν τη στενή συνάθροιση υδρόφοβων άκρων. Στις κυτταρικές μεμβράνες αναγνωρίζεται και η παρουσία μορίων χοληστερόλης σε αναλογία 1:1 με τα μόρια των φωσφολιπιδίων. Η χοληστερόλη περιορίζει την κίνηση των παρακείμενων φωσφολιπιδίων με αποτέλεσμα τη μείωση της ρευστότητας και την αύξηση της σταθερότητας των μεμβρανών.

Η επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων φαίνεται ότι εξυπηρετείται και από μια ειδική κατηγορία λιπιδίων που αναγνωρίζεται στις κυτταρικές μεμβράνες, τα γλυκολιπίδια . Αυτά τα μόρια βρίσκονται μόνο στην εξωτερική επιφάνεια των κυτταρικών μεμβρανών με εκτεθειμένο το συνδεδεμένο σ' αυτά μόριο σακχάρου στον εξωκυττάριο χώρο (εικ.2).

Η πρωτεϊνική συνιστώσα των μεμβρανών αποτελεί το ήμισυ περίπου της μάζας της. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες ποικίλλουν ανάλογα με τον τύπο του κυττάρου. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι δυνατόν να είναι ενσωματωμένες στη κυτταρική μεμβράνη (ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες) ή να συγκρατούνται με ασθενείς ηλεκτροστατικές δυνάμεις είτε στην εξωτερική επιφάνεια (μεμβρανικές πρωτεΐνες επιφάνειας) είτε στην εσωτερική επιφάνεια (περιφερικές μεμβρανικές πρωτεΐνες) είτε να διαπερνούν όλο το πάχος της μεμβράνης (διαμεμβρανικές πρωτεΐνες). Οι μεμβρανικές πρωτεϊνες είναι δυνατόν να διαχέονται πλευρικά πάνω στην επιφάνεια του κυττάρου, γεγονός που οδήγησε στη διατύπωση της θεωρίας του υγρού μωσαϊκού για τη δομή της κυτταρικής μεμβράνης.

Τέλος οι μεμβράνες των ζωϊκών κυττάρων είναι δυνατόν να συνδέονται με μόρια υδατανθράκων, τα οποία εντοπίζονται κυρίως στην ενδοαυλική πλευρά των ενδοκυττάριων μεμβρανικών συστημάτων και στην εξωτερική επιφάνεια της κυτταροπλασματικής μεμβράνης, όπου ονομάζεται γλυκοκάλυκας. Οι υδατάνθρακες των μεμβρανών γίνονται ορατοί με τη βοήθεια ανοσοϊστοχημικής τεχνικής έναντι των λεκτινών, οι οποίες είναι φυτικές πρωτεΐνες που μπορούν να συνδέονται με ειδικές ομάδες υδατανθράκων.

Αυτή η βασική δομή των κυτταρικών μεμβρανών προσφέρει πολλές λειτουργικές ιδιότητες, οι σημαντικότερες των οποίων είναι:

  • Η μεμβράνη είναι ένα ρευστό μέσο που επιτρέπει την πλευρική διάχυση των μεμβρανικών πρωτεϊνών και διευκολύνει την κινητικότητα του κυττάρου.
  • Η πολική σύνθεση των μορίων των λιπιδίων οδηγεί σε ελεγχόμενη διαπερατότητα ποικίλων χημικών ουσιών. Το νερό, το οξυγόνο και μικρά υδρόφοβα μόρια όπως η αιθανόλη περνούν εύκολα τη μεμβράνη, ενώ κάτι τέτοιο είναι πρακτικά αδύνατο για τα φορτισμένα ιόντα νατρίου, καλίου και ασβεστίου, τα οποία μεταφέρονται ενεργητικά διαμέσου της μεμβράνης χρησιμοποιώντας διαύλους που αποτελούνται από ενσωματωμένες πρωτεΐνες της μεμβράνης.
  • Ρήγματα ή μικροελλείματα της μεμβράνης αποκαθίστανται αυτόματα καθώς η «πολική» φύση των λιπιδίων συμβάλλει στην εξαφάνιση των άκρων των ρηγμάτων, όπου τα υδρόφοβα μέρη θα έρχονταν σε επαφή με το υδαρές περιβάλλον
  • Η μεταφορά, η ενζυμική δραστηριότητα, η προσκόλληση και η επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων εξυπηρετούνται από τις μεμβρανικές πρωτεΐνες
  • Τα νημάτια του κυτταροσκελετού έρχονται σε επαφή με την κυτταρική μεμβράνη μέσω των μεμβρανικών πρωτεϊνών
  • Η κυτταρική αναγνώριση, ο σχηματισμός διακυτταρικής προσκόλλησης και η προσρόφηση μορίων εξυπηρετούνται από τον γλυκοκάλυκα, ο οποίος φαίνεται ότι προσφέρει επίσης μηχανική και χημική προστασία στην κυτταρική μεμβράνη.

 

προηγούμενη ενότητα