5.1B: Model de mozaic fluid

Modelul mozaicului fluid a fost propus pentru prima dată de SJ Singer și Garth L. Nicolson în 1972 pentru a explica structura membranei plasmatice. Modelul a evoluat oarecum de-a lungul timpului, dar este cel mai bine contabil pentru structura și funcțiile membranei plasmatice așa cum le înțelegem acum. Modelul mozaicului fluid descrie structura membranei plasmatice ca un mozaic de componente – inclusiv fosfolipide, colesterol, proteine și carbohidrați – care conferă membranei un caracter fluid. Membranele plasmatice au o grosime de la 5 la 10 nm. Pentru comparație, globulele roșii umane, vizibile prin microscopie cu lumină, au o lățime de aproximativ 8 µm sau aproximativ 1.000 de ori mai lată decât o membrană plasmatică. Proporțiile de proteine, lipide și carbohidrați din membrana plasmatică variază în funcție de tipul de celulă. De exemplu, mielina conține 18% proteine și 76% lipide. Membrana interioară mitocondrială conține 76% proteine și 24% lipide.

Țesătura principală a membranei este compus din molecule fosfolipidice amfiphilice sau dual-iubitoare. Zonele hidrofile sau iubitoare de apă ale acestor molecule sunt în contact cu fluidul apos atât în interiorul, cât și în exteriorul celulei. Moleculele hidrofobe sau care urăsc apa, tind să nu fie polare. O moleculă de fosfolipidă constă dintr-o coloană vertebrală de glicerol cu trei carbon cu două molecule de acizi grași atașați la carbonii 1 și 2 și o grupare care conține fosfat atașată la cel de-al treilea carbon. Acest aranjament conferă moleculei generale o zonă descrisă ca cap (grupa care conține fosfat), care are un caracter polar sau sarcină negativă, și o zonă numită coadă (acizii grași), care nu are nici o sarcină. Acestea interacționează cu alte molecule nepolare în reacțiile chimice, dar în general nu interacționează cu moleculele polare. Când sunt plasate în apă, moleculele hidrofobe tind să formeze o bilă sau un grup. Regiunile hidrofile ale fosfolipidelor tind să formeze legături de hidrogen cu apa și alte molecule polare atât pe exteriorul, cât și pe interiorul celulei. Astfel, suprafețele membranei care se confruntă cu interiorul și exteriorul celulei sunt hidrofile. În schimb, mijlocul membranei celulare este hidrofob și nu va interacționa cu apa. Prin urmare, fosfolipidele formează o membrană celulară cu două straturi lipidice excelente care separă fluidul din celulă de fluidul din afara celulei.

Proteinele alcătuiesc a doua componentă majoră a membranelor plasmatice. Proteinele integrale (unele tipuri specializate se numesc integrine) sunt, după cum sugerează și numele lor, integrate complet în structura membranei, iar regiunile lor hidrofobe care se întind pe membrană interacționează cu regiunea hidrofobă a stratului fosfolipidic. Proteinele de membrană integrală cu o singură trecere au de obicei un segment transmembranar hidrofob care constă din 20-25 aminoacizi. Unele se întind doar pe o parte a membranei – asociindu-se cu un singur strat – în timp ce altele se întind de la o parte la alta a membranei și sunt expuse de ambele părți. Unele proteine complexe sunt compuse din până la 12 segmente ale unei singure proteine, care sunt pliate extensiv și încorporate în membrană. Acest tip de proteină are o regiune sau regiuni hidrofile și una sau mai multe regiuni ușor hidrofobe.Această dispunere a regiunilor proteinei tinde să orienteze proteina alături de fosfolipide, cu regiunea hidrofobă a proteinei adiacente cozilor fosfolipidelor și regiunea sau regiunile hidrofile ale proteinei care ies din membrană și în contact cu citosolul sau fluid extracelular.

Glucidele sunt a treia componentă majoră a membranelor plasmatice. Ele se găsesc întotdeauna pe suprafața exterioară a celulelor și sunt legate fie de proteine (formând glicoproteine), fie de lipide (formând glicolipide). Aceste lanțuri de carbohidrați pot consta din 2–60 unități monozaharidice și pot fi drepte sau ramificate. Alături de proteinele periferice, carbohidrații formează site-uri specializate pe suprafața celulei, care permit celulelor să se recunoască reciproc. Această funcție de recunoaștere este foarte importantă pentru celule, deoarece permite sistemului imunitar să facă diferența între celulele corpului (numite „auto”) și celulele sau țesuturile străine (numite „non-self”). Tipuri similare de glicoproteine și glicolipide se găsesc pe suprafețele virușilor și se pot schimba frecvent, împiedicând celulele imune să le recunoască și să le atace. Acești carbohidrați de pe suprafața exterioară a celulei – componentele glucidice atât ale glicoproteinelor, cât și ale glicolipidelor – sunt denumite în mod colectiv glicocalix (adică „acoperire cu zahăr”). Glicocalixul este foarte hidrofil și atrage cantități mari de apă la suprafața Aceasta ajută la interacțiunea celulei cu mediul său apos și la capacitatea celulei de a obține substanțe dizolvate în apă.