5.1B: Model płynnej mozaiki

Model płynnej mozaiki został po raz pierwszy zaproponowany przez SJ Singer i Garth L. Nicolson w 1972 roku, aby wyjaśnić strukturę błony komórkowej. Model ewoluował nieco w czasie, ale nadal najlepiej wyjaśnia strukturę i funkcje błony plazmatycznej, tak jak je teraz rozumiemy. Model płynnej mozaiki opisuje strukturę błony plazmatycznej jako mozaikę składników – w tym fosfolipidów, cholesterolu, białek i węglowodanów – co nadaje błonie płynny charakter. Grubość membran plazmowych wynosi od 5 do 10 nm. Dla porównania, ludzkie krwinki czerwone, widoczne pod mikroskopem świetlnym, mają szerokość około 8 µm lub około 1000 razy większą niż błona plazmatyczna. Proporcje białek, lipidów i węglowodanów w błonie komórkowej różnią się w zależności od typu komórki. Na przykład mielina zawiera 18% białka i 76% lipidów. Błona wewnętrzna mitochondriów zawiera 76% białka i 24% lipidów.

Główną tkaniną membrany jest składa się z amfifilowych lub podwójnie kochających się cząsteczek fosfolipidów. Hydrofilowe lub lubiące wodę obszary tych cząsteczek stykają się z wodnym płynem zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz komórki. Cząsteczki hydrofobowe lub nienawidzące wody są zwykle niepolarne. Cząsteczka fosfolipidu składa się z trójwęglowego szkieletu glicerolu z dwiema cząsteczkami kwasu tłuszczowego przyłączonymi do węgli 1 i 2 oraz grupą zawierającą fosforan przyłączoną do trzeciego węgla. Taki układ nadaje całej cząsteczce obszar określany jako jej głowa (grupa zawierająca fosforany), który ma charakter polarny lub ładunek ujemny, oraz obszar zwany ogonem (kwasy tłuszczowe), który nie ma ładunku. Oddziałują z innymi cząsteczkami niepolarnymi w reakcjach chemicznych, ale generalnie nie oddziałują z cząsteczkami polarnymi. Po umieszczeniu w wodzie hydrofobowe cząsteczki mają tendencję do tworzenia kulek lub klastrów. Hydrofilowe regiony fosfolipidów mają tendencję do tworzenia wiązań wodorowych z wodą i innymi cząsteczkami polarnymi zarówno na zewnątrz, jak i wewnątrz komórki. Zatem powierzchnie membrany, które są zwrócone do wnętrza i na zewnątrz komórki, są hydrofilowe. W przeciwieństwie do tego środek błony komórkowej jest hydrofobowy i nie będzie oddziaływał z wodą. Dlatego fosfolipidy tworzą doskonałą dwuwarstwową błonę lipidową, która oddziela płyn wewnątrz komórki od płynu na zewnątrz komórki.

Białka stanowią drugi główny składnik błon plazmatycznych. Białka integralne (niektóre wyspecjalizowane typy nazywane są integrynami) są, jak sugeruje ich nazwa, całkowicie zintegrowane ze strukturą błony, a ich hydrofobowe regiony obejmujące błonę oddziałują z hydrofobowym regionem dwuwarstwy fosfolipidowej. Integralne białka błonowe z pojedynczym przejściem zazwyczaj mają hydrofobowy segment transbłonowy, który składa się z 20–25 aminokwasów. Niektóre obejmują tylko część membrany – łącząc się z pojedynczą warstwą – podczas gdy inne rozciągają się z jednej strony membrany na drugą i są odsłonięte po obu stronach. Niektóre złożone białka składają się z maksymalnie 12 segmentów pojedynczego białka, które są szeroko pofałdowane i osadzone w błonie. Ten typ białka ma hydrofilowy region lub regiony i jeden lub kilka słabo hydrofobowych regionów.Ten układ regionów białka ma tendencję do orientowania białka wzdłuż fosfolipidów, z hydrofobowym regionem białka sąsiadującym z ogonami fosfolipidów i hydrofilowym regionem lub regionami białka wystającymi z błony i stykającymi się z cytozolem lub płyn pozakomórkowy.

Węglowodany to trzeci główny składnik błon plazmatycznych. Zawsze znajdują się na zewnętrznej powierzchni komórek i są związane albo z białkami (tworząc glikoproteiny), albo z lipidami (tworząc glikolipidy). Te łańcuchy węglowodanowe mogą składać się z 2–60 jednostek monosacharydowych i mogą być proste lub rozgałęzione. Wraz z białkami peryferyjnymi węglowodany tworzą wyspecjalizowane miejsca na powierzchni komórki, które pozwalają komórkom rozpoznawać się nawzajem. Ta funkcja rozpoznawania jest bardzo ważna dla komórek, ponieważ umożliwia układowi odpornościowemu różnicowanie między komórkami ciała (zwanymi „własnymi”) a obcymi komórkami lub tkankami (zwanymi „obcymi”). Podobne rodzaje glikoprotein i glikolipidów znajdują się na powierzchni wirusów i mogą się często zmieniać, uniemożliwiając ich rozpoznawanie i atakowanie przez komórki odpornościowe. Te węglowodany na zewnętrznej powierzchni komórki – węglowodanowe składniki zarówno glikoprotein, jak i glikolipidów – są zbiorczo określane jako glikokaliks (co oznacza „powłoka cukrowa”). Glikokaliks jest wysoce hydrofilowy i przyciąga duże ilości wody do powierzchni komórka. Pomaga to w interakcji komórki z jej wodnym środowiskiem oraz w zdolności komórki do otrzymywania substancji rozpuszczonych w wodzie.