WAT IS HET VLOEIBARE MOZAÏEKMODEL? - BIOLOGIE - 2026

Het vloeistofmozaïekmodel stelt dat celmembranen of biomembranen dynamische structuren zijn die vloeibaarheid vertonen van hun verschillende moleculaire componenten, die lateraal kunnen bewegen. Met andere woorden, deze componenten zijn in beweging en niet statisch, zoals eerder werd aangenomen.

Dit model is gemaakt door S. Jonathan Singer en Garth. L. Nicolson in 1972 en wordt vandaag de dag algemeen aanvaard door de wetenschappelijke gemeenschap. Alle cellen worden omsloten door een celmembraan met bijzonderheden in zijn samenstelling en functie.

Figuur 1. Schema van het vloeibare mozaïekmodel. Bron: door LadyofHats Mariana Ruiz, vertaling Pilar Saenz, via Wikimedia Commons

Dit membraan definieert de grenzen van de cel, waardoor er verschillen bestaan ​​tussen het cytosol (of celbinnenland) en de externe omgeving. Bovendien reguleert het de uitwisseling van stoffen tussen de cel en de buitenkant.

In eukaryote cellen definiëren de interne membranen ook compartimenten en organellen met verschillende functies, zoals mitochondria, chloroplasten, de nucleaire envelop, het endoplasmatisch reticulum, het Golgi-apparaat, onder anderen.

Structuur van het celmembraan

Algemeenheden

Het celmembraan bestaat uit een structuur die ondoordringbaar is voor in water oplosbare moleculen en ionen tussen 7 en 9 nanometer dik. Het wordt waargenomen in elektronenmicroscoopfoto's als een continue en dunne dubbele lijn die het celcytoplasma omgeeft.

Het membraan is samengesteld uit een fosfolipide dubbellaag, met eiwitten ingebed in de structuur en gerangschikt op het oppervlak.

Bovendien bevat het koolhydraatmoleculen op beide oppervlakken (intern en extern) en in het geval van eukaryote dierlijke cellen bevat het ook cholesterolmoleculen die in de dubbellaag zijn verspreid.

Fosfolipide dubbellaag

Fosfolipiden zijn amfipatische moleculen die een hydrofiel uiteinde hebben - eindigend op water - en een ander hydrofoob - dat water afstoot.

De fosfolipide dubbellaag die het celmembraan vormt, heeft hydrofobe (apolaire) ketens die zijn gerangschikt naar het binnenste van het membraan en hydrofiele (polaire) uiteinden die naar de externe omgeving zijn gericht.

Aldus worden de koppen van de fosfaatgroepen van fosfolipiden blootgesteld aan het buitenoppervlak van het membraan.

Onthoud dat zowel de externe omgeving als de interne of cytosol waterig zijn. Dit beïnvloedt de opstelling van de fosfolipide dubbellaag met zijn polaire delen die in wisselwerking staan ​​met water en zijn hydrofobe delen die de interne matrix van het membraan vormen.

Cholesterol

In het membraan van eukaryote dierlijke cellen worden cholesterolmoleculen aangetroffen ingebed in de hydrofobe staarten van fosfolipiden.

Deze moleculen worden niet gevonden in de membranen van prokaryote cellen, sommige protisten, planten en schimmels.

Integrale membraan- of transmembraaneiwitten

Afgewisseld binnen de fosfolipide dubbellaag zijn integrale membraaneiwitten.

Deze interageren niet-covalent via hun hydrofobe delen, met de lipidedubbellaag, waardoor hun hydrofiele uiteinden in de richting van het externe waterige medium worden gelokaliseerd.

Configuratie van membraaneiwitten

Ze kunnen een eenvoudige staafvormige configuratie hebben, met een gevouwen hydrofobe alfa-helix ingebed in het inwendige van het membraan, en met hydrofiele delen die zich naar de zijkanten uitstrekken.

Ze kunnen ook een grotere configuratie hebben, een bolvormig type en met een complexe tertiaire of quartaire structuur.

De laatstgenoemden kruisen het celmembraan meestal meerdere keren met hun segmenten van herhaalde alfa-helices die zigzag door de lipidedubbellaag zijn gerangschikt.

Poriën in membranen

Sommige van deze bolvormige eiwitten vertonen hydrofiele inwendige delen, die kanalen of poriën vormen waardoor de uitwisseling van polaire stoffen plaatsvindt van de buitenkant van de cel naar het cytosol en vice versa.

Perifere eiwitten

Op het oppervlak van het cytoplasmatische oppervlak van het celmembraan bevinden zich perifere membraaneiwitten, gekoppeld aan de uitstekende delen van enkele integrale eiwitten.

Deze eiwitten dringen de hydrofobe kern van de lipidedubbellaag niet binnen.

Koolhydraatdekking

Er bevinden zich koolhydraatmoleculen op beide oppervlakken van het membraan.

Vooral het buitenoppervlak van het membraan vertoont een overvloed aan glycolipiden. Korte ketens van koolhydraten worden ook gezien als blootgesteld en covalent gehecht aan uitstekende eiwitdelen, glycoproteïnen genaamd.

Vloeibaarheid van het celmembraan

Verhouding verzadigde versus onverzadigde vetzuren

De vloeibaarheid van het membraan hangt voornamelijk af van de verhouding van de aanwezige verzadigde en onverzadigde vetzuurfosfolipiden. Deze membraanfluïditeit neemt af naarmate het aandeel verzadigde vetzuurketenfosfolipiden toeneemt ten opzichte van de onverzadigde.

Dit komt doordat de cohesie tussen de lange en enkelvoudige ketens van verzadigde vetzuren groter is dan de cohesie tussen de korte en onverzadigde ketens van onverzadigde vetzuren.

Hoe groter de cohesie tussen de moleculaire componenten, hoe minder vloeistof het membraan zal bevatten.

Cholesterol

De cholesterolmoleculen interageren via hun stijve ringen met de koolwaterstofketens van de lipiden, waardoor de stijfheid van het membraan toeneemt en de permeabiliteit ervan afneemt.

In de membranen van de meeste eukaryote cellen, waar een relatief hoge concentratie cholesterol aanwezig is, verhindert het dat de koolstofketens binden bij lage temperaturen. Dit zorgt voor het bevriezen van het membraan bij lage temperaturen.

Speciale kenmerken

De verschillende soorten celmembranen vertonen bijzonderheden in hun hoeveelheid en soort eiwitten en koolhydraten, evenals in de verscheidenheid aan bestaande lipiden.

Deze bijzonderheden houden verband met specifieke cellulaire functies.

Er zijn niet alleen constitutieve verschillen tussen de membranen van eukaryote en prokaryote cellen, en tussen die van organellen, maar ook tussen regio's van hetzelfde membraan.

Celmembraan functie

Algemeenheden

Het celmembraan bakent de cel af en zorgt ervoor dat deze in het cytosol een stabiele toestand behoudt, anders dan die van de externe omgeving. Dit door de actieve en passieve regulering van de doorgang van stoffen (water, ionen en metabolieten) door elkaar, waardoor het elektrochemische potentieel behouden blijft dat nodig is voor de celfunctie.

Het stelt de cel ook in staat om te reageren op signalen van de externe omgeving via chemische receptoren op het membraan en biedt verankeringsplaatsen voor de cytoskeletale filamenten.

In het geval van eukaryote cellen neemt het ook deel aan de vorming van interne compartimenten en organellen met specifieke metabolische functies.

Functie van eiwitten in het membraan

Er zijn verschillende membraaneiwitten met specifieke functies, waaronder we kunnen noemen:

• Enzymen die chemische reacties katalyseren (versnellen),
• Membraanreceptoren die betrokken zijn bij de herkenning en binding van signaalmoleculen (zoals hormonen),
• Stof transporteert eiwitten door het membraan (naar het cytosol en van daaruit naar de buitenkant van de cel). Deze behouden een elektrochemische gradiënt dankzij het transport van ionen.

Functie van de buitenste koolhydraatomhulling

Koolhydraten of glycolipiden nemen deel aan de adhesie van cellen aan elkaar en aan het proces van herkenning en interactie van het celmembraan met moleculen zoals antilichamen, hormonen en virussen.

Referenties

1. Bolsaver, SR, Hyams, JS, Shephard, EA, White HA en Wiedemann, CG (2003). Celbiologie, een korte cursus. Tweede druk. Wiley-Liss, blz.535.
2. Engelman, D. (2005). Membranen zijn meer mozaïek dan vloeibaar. Nature 438 (7068), 578-580. doi: 10.1038 / nature04394
3. Nicolson, GL (2014). Het vloeistof-mozaïekmodel van membraanstructuur. Nog steeds relevant voor het begrijpen van de structuur, functie en dynamiek van biologische membranen na meer dan 40 jaar. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes, 1838 (6), 1451-1466. doi: 10.1016 / j.bbamem.2013.10.019
4. Raven, J. (2002). Biologie. Zesde editie. MGH. blz 1239.
5. Singer, SJ en Nicolson, GL (1972). Het vloeibare mozaïekmodel van de structuur van celmembranen. Wetenschap, 175 (4023), 720-731. doi: 10.1126 / science.175.4023.720