5.1B: Fluid Mosaic Model (Čeština)

Model tekuté mozaiky jako první navrhl SJ Singer a Garth L. Nicolson v roce 1972 vysvětlili strukturu plazmatické membrány. Tento model se v průběhu času poněkud vyvinul, ale stále nejlépe odpovídá struktuře a funkcím plazmatické membrány, jak je nyní chápeme. Model tekuté mozaiky popisuje strukturu plazmatické membrány jako mozaiku složek – včetně fosfolipidů, cholesterolu, bílkovin a sacharidů – která dává membráně tekutý charakter. Plazmatické membrány mají tloušťku od 5 do 10 nm. Pro srovnání, lidské červené krvinky, viditelné pomocí světelné mikroskopie, jsou přibližně 8 um široké nebo přibližně 1 000krát širší než plazmatická membrána. Podíly proteinů, lipidů a sacharidů v plazmatické membráně se liší podle typu buňky. Například myelin obsahuje 18% bílkovin a 76% lipidů. Mitochondriální vnitřní membrána obsahuje 76% bílkovin a 24% lipidů.

Hlavní strukturou membrány je složený z amfifilních nebo dvojmilujících fosfolipidových molekul. Hydrofilní nebo vodou milující oblasti těchto molekul jsou v kontaktu s vodnou tekutinou uvnitř i vně buňky. Hydrofobní molekuly neboli molekuly nenávidící vodu bývají nepolární. Fosfolipidová molekula se skládá z hlavního řetězce glycerolu se třemi uhlíky se dvěma molekulami mastných kyselin připojených k uhlíkům 1 a 2 a skupiny obsahující fosfát připojené ke třetímu uhlíku. Toto uspořádání poskytuje celkové molekule oblast popsanou jako její hlava (skupina obsahující fosfáty), která má polární charakter nebo záporný náboj, a oblast zvaná ocas (mastné kyseliny), která nemá žádný náboj. Interakují s jinými nepolárními molekulami v chemických reakcích, ale obecně neinteragují s polárními molekulami. Při umístění do vody mají hydrofobní molekuly tendenci tvořit kouli nebo shluk. Hydrofilní oblasti fosfolipidů mají tendenci vytvářet vodíkové vazby s vodou a jinými polárními molekulami na vnější i vnitřní straně buňky. Povrchy membrány, které směřují k vnitřní a vnější straně buňky, jsou tedy hydrofilní. Naproti tomu je střed buněčné membrány hydrofobní a nebude interagovat s vodou. Fosfolipidy proto tvoří vynikající lipidovou dvouvrstvou buněčnou membránu, která odděluje tekutinu v buňce od tekutiny vně buňky.

Proteiny tvoří druhou hlavní složku plazmatických membrán. Integrální proteiny (některé specializované typy se nazývají integriny) jsou, jak naznačuje jejich název, zcela integrovány do struktury membrány a jejich hydrofobní oblasti překlenující membránu interagují s hydrofobní oblastí fosfolipidové dvojvrstvy. Jednoprůchodové integrální membránové proteiny mají obvykle hydrofobní transmembránový segment, který se skládá z 20–25 aminokyselin. Některé pokrývají pouze část membrány – sdružují se s jedinou vrstvou – zatímco jiné se táhnou z jedné strany membrány na druhou a jsou odkryté na obou stranách. Některé komplexní proteiny jsou složeny až z 12 segmentů jednoho proteinu, které jsou značně složeny a zality v membráně. Tento typ proteinu má hydrofilní oblast nebo oblasti a jednu nebo několik mírně hydrofobních oblastí.Toto uspořádání oblastí proteinu má tendenci orientovat protein podél fosfolipidů, přičemž hydrofobní oblast proteinu sousedí s ocasy fosfolipidů a hydrofilní oblast nebo oblasti proteinu vyčnívající z membrány a ve styku s cytosolem nebo extracelulární tekutina.

Sacharidy jsou třetí hlavní složkou plazmatických membrán. Vždy se nacházejí na vnějším povrchu buněk a jsou vázány buď na proteiny (tvořící glykoproteiny), nebo na lipidy (tvořící glykolipidy). Tyto sacharidové řetězce mohou sestávat z 2–60 monosacharidových jednotek a mohou být přímé nebo rozvětvené. Spolu s periferními proteiny tvoří sacharidy specializovaná místa na buněčném povrchu, která umožňují buňkám vzájemně se rozpoznávat. Tato funkce rozpoznávání je pro buňky velmi důležitá, protože umožňuje imunitnímu systému rozlišovat mezi tělními buňkami (nazývanými „vlastní“) a cizími buňkami nebo tkáněmi (nazývanými „ne-vlastní“). Podobné typy glykoproteinů a glykolipidů se nacházejí na površích virů a mohou se často měnit, což znemožňuje imunitní buňky je rozpoznat a napadnout. Tyto sacharidy na vnějším povrchu buňky – sacharidové složky jak glykoproteinů, tak glykolipidů – se souhrnně označují jako glykokalyx (což znamená „cukrový obal“). Glykokalyx je vysoce hydrofilní a přitahuje velké množství vody na povrch To pomáhá při interakci buňky s jejím vodním prostředím a ve schopnosti buňky získávat látky rozpuštěné ve vodě.