Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

6.2: Походження біологічних мембран

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    2511

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Сучасна клітинна мембрана складається з ряду різних видів ліпідів. Ці ліпіди з одним або декількома гідрофобними «хвостами» мають хвости, які зазвичай варіюються від 16 до 20 вуглецю в довжину. Однак найраніші мембрани, ймовірно, були складені з подібних, але простіших молекул з більш короткими гідрофобними ланцюгами. Виходячи з властивостей ліпідів, ми можемо намітити правдоподібну послідовність появи мембран. Ліпіди з дуже короткими гідрофобними ланцюгами, довжиною від 2 до 4 вуглеців, можуть розчинятися у воді (можете пояснити чому?) У міру збільшення довжини гідрофобних ланцюгів молекули починають самостійно збиратися в міцели. На той час, коли гідрофобні ланцюги досягають довжини ~ 10 вуглеводів, стає все важче вмістити вуглеводневі ланцюги у внутрішню частину міцели, не роблячи великих і більших просторів між гідрофільними головками. Молекули води можуть почати рухатися через ці простори і взаємодіяти з хвостами вуглеводнів. У цей момент молекули ліпідів з вуглеводневим ланцюгом починають асоціюватися в напівстійкі бішари. Однією цікавою особливістю цих бішарів є те, що довжина вуглеводневого ланцюга вже не обмежується так само, як обмежувалася в міцелле. Однією з проблем, однак, є краї бішару, де вуглеводнева область ліпідів буде контактувати з водою, термодинамічно несприятлива ситуація. Цю проблему уникають шляхом зв'язування країв двошарового шару один з одним, утворюючи балоподібну структуру. Такі бішари можуть захоплювати ділянки розчинника, тобто воду і будь-які розчинені в ньому речовини.

    Стабільність двошарового шару ще більше зростає зі збільшенням довжини гідрофобного ланцюга. При цьому знижується проникність мембрани. Це розумне припущення, що найбільш ранні біологічні системи використовували ліпіди з коротшим ланцюгом для побудови своїх «протомембран» і що ці мембрани були відносно дірявими 171. Поява більш складних ліпідів, здатних утворювати більш непроникні мембрани, отже, залежало від появи механізмів, які дозволяли гідрофільним молекулам проходити через мембрани. Процес взаємозалежності змін відомий як коеволюція. Коеволюційні процеси, мабуть, були досить поширеними, щоб зробити можливим створення живих систем. Способи через мембрану ми розглянемо докладно нижче.

    Питання, на які потрібно відповісти та обміркувати:

    • Всесвіт знаходиться в рівновазі? Якщо ні, коли він досягне рівноваги?
    • Намалюйте діаграми, щоб показати, як збільшення довжини вуглеводневих ланцюгів ліпідів впливає на структури, які він може сформувати.
    • Як мінімізуються ефекти на гідрофобних краях ліпідного бішару?
    • Які типи молекул можуть самостійно пройти через плазматичну мембрану?
    • Намалюйте, як виглядають «двоголові» ліпіди в контексті двошарової мембрани.
    • У світлі клітинної теорії, що вже говорити про історію цитоплазми і плазматичної мембрани?
    • Чому жирні кислоти і ізопренові ліпіди утворюють подібні двошарові структури?
    • Роздумуйте, чому часто можна побачити фосфати та інші високогідрофільні групи, прикріплені до гліцеринових груп ліпідів?
    • Чи мембрани бактерій і археї гомологічні або аналогічні? Який тип даних допоможе вам вирішити?
    • Чому рух матеріалів через мембрану має важливе значення для життя?
    • Чому мембранні ліпіди тверднуть при низькій температурі? Як відбувається взаємодія ван дер Ваальса? Чи беруть участь електростатичні взаємодії типу H-зв'язку?
    • Прогнозувати (і обґрунтувати) вплив зміни положення подвійного зв'язку в вуглеводневому ланцюжку на температуру затвердіння мембрани.
    • Чи буде мембрана більш проникною для малих молекул при високих або низьких температурах і чому?

    Автори та атрибуція