Forståelse af den trilaminære cellemembran:struktur, funktion og dannelse

Af Dr. David Warmflash • Opdateret 30. august 2022

Cellemembranen tjener som en selektiv barriere, der isolerer det intracellulære miljø fra den omgivende vandige verden. Livet udviklede sig i vand, så celler havde brug for en mekanisme til at adskille deres hydrofile indre fra de hydrofobe komponenter, der udgør membranen. Denne nødvendighed gav anledning til lipid-dobbeltlaget, en struktur, der både beskytter og regulerer strømmen af molekyler.

Hydrofobe vs. hydrofile molekyler

Store molekyler, der næsten udelukkende består af kulstof og brint - såsom fedtstoffer, olier og voks - er ikke-polære eller hydrofobe. I vand har de en tendens til at klynge sig sammen og danne olieagtige dråber. I modsætning hertil bærer molekyler, der indeholder oxygen, nitrogen eller fosfor, forskellige positive og negative ladninger, hvilket gør dem polære. Fordi vandet i sig selv er polært, opløses disse molekyler let og giver dem betegnelsen "hydrofile" eller "vandelskende".

Fosfolipider:De amfifile byggesten

Fosfolipider er amfifile, hvilket betyder, at de har både hydrofobe og hydrofile områder. Deres rygrad er glycerol, en kæde med tre carbonatomer, der binder fedtsyrehaler via esterbindinger. Når en fosfatgruppe binder sig til det tredje kulstof, bliver molekylet til et fosfolipid. Fosfatet er normalt forbundet med en meget polær hovedgruppe - såsom cholin i phosphatidylcholin - mens de to fedtsyrehaler forbliver hydrofobe.

Sorter af fosfolipider

Alle fosfolipider deler den hydrofobe hale og det polære hoved, men de adskiller sig i fedtsyrekædelængde og hovedgruppekemi. For eksempel indeholder phosphatidylcholin et cholinhoved, hvorimod phosphatidylethanolamin bærer en ethanolamingruppe. Disse variationer påvirker membranfluiditet, krumning og proteininteraktioner.

Syntese i det endoplasmatiske retikulum

I eukaryote celler samles fosfolipider i cytoplasmaet ved siden af det endoplasmatiske reticulum (ER). ER-bundne enzymer katalyserer tilsætningen af fedtsyrer til glycerol-rygraden og danner vesikler, der knopper ud og smelter sammen med plasmamembranen og derved afsætter nye fosfolipider og udvider membranoverfladen.

Fra miceller til et trilaminært dobbeltlag

Når fosfolipidkoncentrationen er lav, aggregeres molekylerne til miceller - en kugle med hydrofile hoveder, der vender udad mod vand og hydrofobe haler indad. Efterhånden som koncentrationen stiger, reorienterer phospholipiderne til et dobbeltlag:to foldere af phospholipider, hver med hydrofile hoveder udad og hydrofobe haler vendt mod hinanden i membrankernen. Dette arrangement skaber tre funktionelle lag - ydre hovedlag, indre halekerne og indre hovedlag - deraf udtrykket "trilaminar."

Den trilaminære model er grundlæggende for at forstå, hvordan celler opretholder homeostase, regulerer transport og signalerer internt og eksternt.