5.1B: Fluid Mosaiikkimalli

Nestemäisen mosaiikkimallin ehdotti ensin SJ Singer ja Garth L. Nicolson vuonna 1972 selittämään plasmakalvon rakennetta. Malli on kehittynyt jonkin verran ajan myötä, mutta silti se selittää parhaiten plasmakalvon rakenteen ja toiminnot, kuten nyt ymmärrämme. Nestemäisen mosaiikkimallin mukaan plasmakalvon rakenne on komponenttien mosaiikki – mukaan lukien fosfolipidit, kolesteroli, proteiinit ja hiilihydraatit -, joka antaa kalvolle nestemäisen luonteen. Plasmakalvojen paksuus on 5-10 nm. Vertailun vuoksi ihmisen punasolut, jotka ovat näkyvissä valomikroskopialla, ovat noin 8 pm leveitä tai noin 1000 kertaa leveämpiä kuin plasmakalvo. Proteiinien, lipidien ja hiilihydraattien osuudet plasmakalvossa vaihtelevat solutyypin mukaan. Esimerkiksi myeliini sisältää 18% proteiinia ja 76% lipidiä. Mitokondrioiden sisäkalvo sisältää 76% proteiinia ja 24% lipidiä.

Kalvon pääkangas on koostuu amfifiilisistä tai kaksoisrakkaisista fosfolipidimolekyyleistä. Näiden molekyylien hydrofiiliset tai vettä rakastavat alueet ovat kosketuksessa vesipitoisen nesteen kanssa sekä solun sisällä että ulkopuolella. Hydrofobiset tai vettä vihaavat molekyylit ovat yleensä polaarittomia. Fosfolipidimolekyyli koostuu kolmihiilisestä glyserolirungosta, jossa on kaksi rasvahappomolekyyliä kiinnittyneenä hiileen 1 ja 2, ja fosfaattia sisältävästä ryhmästä, joka on kiinnitetty kolmanteen hiileen. Tämä järjestely antaa kokonaismolekyylille alueen, joka kuvataan sen pääksi (fosfaattia sisältävä ryhmä), jolla on polaarinen luonne tai negatiivinen varaus, ja alueen, jota kutsutaan hännäksi (rasvahapot), jolla ei ole varausta. Ne ovat vuorovaikutuksessa muiden ei-polaaristen molekyylien kanssa kemiallisissa reaktioissa, mutta yleensä eivät ole vuorovaikutuksessa polaaristen molekyylien kanssa. Kun hydrofobiset molekyylit asetetaan veteen, ne muodostavat yleensä pallon tai klusterin. Fosfolipidien hydrofiilisillä alueilla on taipumus muodostaa vetysidoksia veden ja muiden polaaristen molekyylien kanssa sekä solun ulko- että sisäpuolella. Siten solun sisä- ja ulkopinnalle päin olevat kalvopinnat ovat hydrofiilisiä. Sitä vastoin solukalvon keskiosa on hydrofobinen eikä se ole vuorovaikutuksessa veden kanssa. Siksi fosfolipidit muodostavat erinomaisen lipidisen kaksikerroksisen solukalvon, joka erottaa solussa olevan nesteen solun ulkopuolella olevasta nesteestä.

Proteiinit muodostavat plasmakalvojen toisen pääkomponentin. Integraaliset proteiinit (joitain erikoistuneita tyyppejä kutsutaan integriineiksi) integroidaan, kuten nimestäkin voi päätellä, täysin kalvorakenteeseen, ja niiden hydrofobiset kalvoa ulottavat alueet ovat vuorovaikutuksessa fosfolipidikaksoiskerroksen hydrofobisen alueen kanssa. Yksivaiheisissa integraaleissa kalvoproteiineissa on yleensä hydrofobinen transmembraanisegmentti, joka koostuu 20-25 aminohaposta. Jotkut ulottuvat vain osan kalvosta – yhdistettynä yhteen kerrokseen -, kun taas toiset ulottuvat kalvon yhdeltä puolelta toiselle ja altistuvat kummallekin puolelle. Jotkut monimutkaiset proteiinit koostuvat jopa 12 segmentistä yksittäistä proteiinia, jotka on taitettu laajasti ja upotettu kalvoon. Tämän tyyppisellä proteiinilla on hydrofiilinen alue tai -alueet ja yksi tai useampi lievästi hydrofobinen alue.Tämä proteiinin alueiden järjestely pyrkii suuntaamaan proteiinin fosfolipidien viereen siten, että proteiinin hydrofobinen alue on fosfolipidien hännän vieressä ja proteiinin hydrofiilinen alue tai proteiinin alueet, jotka ulottuvat kalvosta ja ovat kosketuksessa sytosolin tai proteiinin kanssa. solunulkoinen neste.

Hiilihydraatit ovat plasmakalvojen kolmas pääkomponentti. Ne löytyvät aina solujen ulkopinnalta ja ovat sitoutuneet joko proteiineihin (muodostavat glykoproteiineja) tai lipideihin (muodostavat glykolipidejä). Nämä hiilihydraattiketjut voivat koostua 2–60 monosakkaridiyksiköstä ja voivat olla joko suoria tai haarautuneita. Perifeeristen proteiinien ohella hiilihydraatit muodostavat solupinnalle erikoistuneita kohtia, joiden avulla solut voivat tunnistaa toisensa. Tämä tunnistustoiminto on erittäin tärkeä soluille, koska se antaa immuunijärjestelmälle mahdollisuuden erottaa kehon solut (kutsutaan ”itse”) ja vieraat solut tai kudokset (kutsutaan ”ei-itseksi”). Samanlaisia glykoproteiineja ja glykolipidejä löytyy virusten pinnoilta ja ne voivat muuttua usein estäen immuunisoluja tunnistamasta ja hyökkäämästä niihin. Näitä solun ulkopinnalla olevia hiilihydraatteja – sekä glykoproteiinien että glykolipidien hiilihydraattikomponentteja – kutsutaan yhteisesti glykokaliksiiksi (joka tarkoittaa ”sokeripinnoitetta”). Glykokaleksi on erittäin hydrofiilinen ja houkuttelee suuria määriä vettä Tämä auttaa solun vuorovaikutuksessa sen vetisen ympäristön kanssa ja solun kyvyssä saada veteen liuenneita aineita.