5.1B: Fluid Mosaic Model

Den flydende mosaikmodel blev først foreslået af SJ Singer og Garth L. Nicolson i 1972 for at forklare plasmamembranens struktur. Modellen har udviklet sig noget over tid, men den tegner sig stadig bedst for plasmamembranens struktur og funktioner, som vi nu forstår dem. Den flydende mosaikmodel beskriver plasmamembranens struktur som en mosaik af komponenter – inklusive phospholipider, kolesterol, proteiner og kulhydrater – der giver membranen en flydende karakter. Plasmamembraner varierer fra 5 til 10 nm i tykkelse. Til sammenligning er humane røde blodlegemer, der er synlige via lysmikroskopi, ca. 8 µm brede eller ca. 1.000 gange bredere end en plasmamembran. Andelene af proteiner, lipider og kulhydrater i plasmamembranen varierer med celletype. For eksempel indeholder myelin 18% protein og 76% lipid. Den mitokondrie indre membran indeholder 76% protein og 24% lipid.

Membranets hovedstof er sammensat af amfifile eller dobbeltelskende phospholipidmolekyler. De hydrofile eller vandelskende områder af disse molekyler er i kontakt med den vandige væske både inden i og uden for cellen. Hydrofobe eller vandhatende molekyler har tendens til at være upolære. Et phospholipidmolekyle består af en glycerolrygrad med tre carbonatomer med to fedtsyremolekyler bundet til carbon 1 og 2 og en phosphatholdig gruppe bundet til det tredje carbon. Dette arrangement giver det overordnede molekyle et område beskrevet som dets hoved (den fosfatholdige gruppe), som har en polær karakter eller negativ ladning, og et område kaldet halen (fedtsyrerne), som ikke har nogen ladning. De interagerer med andre ikke-polære molekyler i kemiske reaktioner, men interagerer generelt ikke med polære molekyler. Når de placeres i vand, har hydrofobe molekyler tendens til at danne en kugle eller klynge. De hydrofile områder af phospholipiderne har tendens til at danne hydrogenbindinger med vand og andre polære molekyler på både det ydre og det indre af cellen. Således er membranoverfladerne, der vender mod det indvendige og udvendige af cellen, hydrofile. I modsætning hertil er midten af cellemembranen hydrofob og vil ikke interagere med vand. Derfor danner phospholipider en fremragende lipid dobbeltlagsmembran, der adskiller væske i cellen fra væsken uden for cellen.

Proteiner udgør den anden hovedkomponent i plasmamembraner. Integrerede proteiner (nogle specialiserede typer kaldes integriner) integreres, som deres navn antyder, fuldstændigt i membranstrukturen, og deres hydrofobe membranomspændende regioner interagerer med den hydrofobe region i det phospholipide dobbeltlag. Single-pass integrale membranproteiner har normalt et hydrofobt transmembransegment, der består af 20-25 aminosyrer. Nogle spænder kun over en del af membranen – forbundet med et enkelt lag – mens andre strækker sig fra den ene side af membranen til den anden og udsættes for på begge sider. Nogle komplekse proteiner er sammensat af op til 12 segmenter af et enkelt protein, der er udbredt foldet og indlejret i membranen. Denne type protein har en eller flere hydrofile regioner og en eller flere mildt hydrofobe regioner.Dette arrangement af proteineregioner har tendens til at orientere proteinet sammen med phospholipiderne, hvor den hydrofobe region af proteinet støder op til halerne af phospholipiderne og den hydrofile region eller proteinerne, der stikker ud fra membranen og er i kontakt med cytosolen eller ekstracellulær væske.

Kulhydrater er den tredje hovedkomponent i plasmamembraner. De findes altid på den ydre overflade af celler og er enten bundet til proteiner (der danner glykoproteiner) eller til lipider (som danner glykolipider). Disse kulhydratkæder kan bestå af 2-60 monosaccharidenheder og kan være enten lige eller forgrenede. Sammen med perifere proteiner danner kulhydrater specialiserede steder på celleoverfladen, der giver celler mulighed for at genkende hinanden. Denne genkendelsesfunktion er meget vigtig for celler, da den gør det muligt for immunsystemet at skelne mellem kroppens celler (kaldet “selv”) og fremmede celler eller væv (kaldet “ikke-selv”). Lignende typer glycoproteiner og glycolipider findes på overfladerne af vira og kan ændre sig ofte og forhindre immunceller i at genkende og angribe dem. Disse kulhydrater på den udvendige overflade af cellen – kulhydratkomponenterne i både glycoproteiner og glycolipider – betegnes kollektivt som glycocalyx (betyder “sukkercoating”). Glycocalyx er meget hydrofil og tiltrækker store mængder vand til overfladen af Dette hjælper med at interagere med cellen med dens vandige miljø og i cellens evne til at opnå stoffer opløst i vandet.