5.1B: Fluid Mosaic Model (Norsk)

Den flytende mosaikkmodellen ble først foreslått av SJ Singer og Garth L. Nicolson i 1972 for å forklare strukturen til plasmamembranen. Modellen har utviklet seg noe over tid, men den står fortsatt best for strukturen og funksjonene til plasmamembranen slik vi nå forstår dem. Den flytende mosaikkmodellen beskriver strukturen til plasmamembranen som en mosaikk av komponenter – inkludert fosfolipider, kolesterol, proteiner og karbohydrater – som gir membranen en flytende karakter. Plasmamembraner varierer fra 5 til 10 nm i tykkelse. Til sammenligning er menneskelige røde blodlegemer, synlige via lysmikroskopi, omtrent 8 µm brede, eller omtrent 1000 ganger bredere enn en plasmamembran. Andelene av proteiner, lipider og karbohydrater i plasmamembranen varierer med celletype. For eksempel inneholder myelin 18% protein og 76% lipid. Den mitokondrielle indre membranen inneholder 76% protein og 24% lipid.

Membranets hovedvev er sammensatt av amfifile eller dobbeltelskende, fosfolipidmolekyler. De hydrofile eller vannelskende områdene til disse molekylene er i kontakt med den vandige væsken både i og utenfor cellen. Hydrofobe eller vannhatende molekyler har en tendens til å være upolare. Et fosfolipidmolekyl består av et tre-karbon glyserol-ryggrad med to fettsyremolekyler festet til karbon 1 og 2, og en fosfatholdig gruppe festet til det tredje karbonet. Denne ordningen gir det totale molekylet et område beskrevet som hodet (den fosfatholdige gruppen), som har en polar karakter eller negativ ladning, og et område som kalles halen (fettsyrene), som ikke har noen ladning. De samhandler med andre ikke-polare molekyler i kjemiske reaksjoner, men samhandler generelt ikke med polære molekyler. Når de plasseres i vann, har hydrofobe molekyler en tendens til å danne en ball eller klynge. De hydrofile områdene av fosfolipidene har en tendens til å danne hydrogenbindinger med vann og andre polare molekyler på både det ytre og indre av cellen. Dermed er membranoverflatene som vender mot det indre og ytre av cellen hydrofile. I kontrast er midten av cellemembranen hydrofob og vil ikke samhandle med vann. Derfor danner fosfolipider en utmerket dobbeltlagsmembran i lipider som skiller væske i cellen fra væsken utenfor cellen.

Proteiner utgjør den andre hovedkomponenten i plasmamembraner. Integrerte proteiner (noen spesialiserte typer kalles integriner) er, som navnet antyder, integrert fullstendig i membranstrukturen, og deres hydrofobe membranomspennende regioner samhandler med den hydrofobe regionen i det fosfolipide dobbeltlaget. Enkeltpass integrerte membranproteiner har vanligvis et hydrofobt transmembransegment som består av 20-25 aminosyrer. Noen strekker seg bare over en del av membranen – forbundet med et enkelt lag – mens andre strekker seg fra den ene siden av membranen til den andre, og blir eksponert på begge sider. Noen komplekse proteiner er sammensatt av opptil 12 segmenter av et enkelt protein, som er omfattende brettet og innebygd i membranen. Denne typen proteiner har en eller flere hydrofile regioner, og en eller flere mildt hydrofobe regioner.Denne ordningen av regioner av proteinet har en tendens til å orientere proteinet langs fosfolipidene, med den hydrofobe regionen av proteinet ved siden av halene til fosfolipidene og den hydrofile regionen eller regionene av proteinet som stikker ut fra membranen og i kontakt med cytosolen eller ekstracellulær væske.

Karbohydrater er den tredje hovedkomponenten i plasmamembraner. De finnes alltid på den ytre overflaten av celler og er bundet til proteiner (som danner glykoproteiner) eller til lipider (som danner glykolipider). Disse karbohydratkjedene kan bestå av 2-60 monosakkaridenheter og kan være enten rette eller forgrenede. Sammen med perifere proteiner, danner karbohydrater spesialiserte steder på celleoverflaten som lar celler gjenkjenne hverandre. Denne gjenkjenningsfunksjonen er veldig viktig for celler, da den lar immunforsvaret skille mellom kroppens celler (kalt «selv») og fremmede celler eller vev (kalt «ikke-selv»). Lignende typer glykoproteiner og glykolipider finnes på overflater av virus og kan forandre seg ofte, og forhindrer immunceller i å gjenkjenne og angripe dem. Disse karbohydratene på den ytre overflaten av cellen – karbohydratkomponentene i både glykoproteiner og glykolipider – blir samlet referert til som glycocalyx (som betyr «sukkerbelegg»). Glykocalyxen er svært hydrofil og tiltrekker seg store mengder vann til overflaten av Dette hjelper til i samspillet mellom cellen og dens vannet miljø og i cellens evne til å oppnå stoffer oppløst i vannet.