Vuonna 1972 esitettiin teoria, jonka mukaan osittain läpäisevä kalvo ympäröi solua ja suorittaa useita elintärkeitä tehtäviä, ja solukalvojen rakenne ja toiminta ovat tärkeitä kysymyksiä kehon kaikkien solujen asianmukaiselle toiminnalle.. Soluteoria yleistyi 1600-luvulla mikroskoopin keksimisen myötä. Tuli tiedoksi, että kasvi- ja eläinkudokset koostuvat soluista, mutta laitteen alhaisen resoluution vuoksi eläinsolun ympärillä oli mahdotonta nähdä esteitä. 1900-luvulla kalvon kemiallista luonnetta tutkittiin tarkemmin ja havaittiin, että lipidit ovat sen perusta.
Solukalvojen rakenne ja toiminta
Solukalvo ympäröi elävien solujen sytoplasmaa ja erottaa fyysisesti solunsisäiset komponentit ulkoisesta ympäristöstä. Sienillä, bakteereilla ja kasveilla on myös soluseinät, jotka tarjoavat suojaa ja estävät suurten molekyylien kulkeutumisen. Solukalvoilla on myös roolisytoskeleton muodostuminen ja muiden elintärkeiden hiukkasten kiinnittyminen solunulkoiseen matriisiin. Tämä on välttämätöntä niiden pitämiseksi yhdessä muodostaen kehon kudoksia ja elimiä. Solukalvon rakenteellisia ominaisuuksia ovat läpäisevyys. Päätehtävä on suojaus. Kalvo koostuu fosfolipidikerroksesta, johon on upotettu proteiineja. Tämä osa osallistuu prosesseihin, kuten soluadheesioon, ionien johtumiseen ja signalointijärjestelmiin, ja toimii kiinnityspinnana useille solunulkoisille rakenteille, mukaan lukien seinämä, glykokaliksi ja sisäinen sytoskeleton. Kalvo ylläpitää myös solun potentiaalia toimimalla selektiivisenä suodattimena. Se läpäisee selektiivisesti ioneja ja orgaanisia molekyylejä ja säätelee hiukkasten liikettä.
Solukalvoon liittyvät biologiset mekanismit
1. Passiivinen diffuusio: Jotkut aineet (pienet molekyylit, ionit), kuten hiilidioksidi (CO2) ja happi (O2), voivat diffundoitua plasmakalvon läpi. Kuori toimii esteenä tietyille molekyyleille ja ioneille, jotka voivat keskittyä molemmille puolille.
2. Transmembraanikanava ja kuljetusproteiini: Ravinteiden, kuten glukoosin tai aminohappojen, on päästävä soluun, ja joidenkin aineenvaihduntatuotteiden on poistuttava.
3. Endosytoosi on prosessi, jossa molekyylejä otetaan vastaan. Plasmakalvoon syntyy lievä muodonmuutos (invaginaatio), jossa kuljetettava aine niellään. Se vaatiienergiaa ja on siten aktiivisen kuljetuksen muoto.
4. Eksosytoosi: esiintyy eri soluissa endosytoosin tuomien aineiden sulamattomien jäämien poistamiseksi hormonien ja entsyymien k altaisten aineiden erittämiseksi ja aineen kuljettamiseksi kokonaan soluesteen läpi.
Molekyylirakenne
Solukalvo on biologinen kalvo, joka koostuu pääasiassa fosfolipideistä ja erottaa koko solun sisällön ulkoisesta ympäristöstä. Muodostumisprosessi tapahtuu spontaanisti normaaleissa olosuhteissa. Tämän prosessin ymmärtämiseksi ja solukalvojen rakenteen ja toimintojen sekä ominaisuuksien oikein kuvaamiseksi on tarpeen arvioida fosfolipidirakenteiden luonne, joille on ominaista rakenteellinen polarisaatio. Kun fosfolipidit sytoplasman vesiympäristössä saavuttavat kriittisen pitoisuuden, ne yhdistyvät miselleiksi, jotka ovat vakaampia vesiympäristössä.
Membraanin ominaisuudet
- Vakaus. Tämä tarkoittaa, että kalvon muodostumisen jälkeen ei todennäköisesti romahda.
- Voima. Lipidikalvo on riittävän luotettava estämään polaarisen aineen kulkeutumisen; sekä liuenneet aineet (ionit, glukoosi, aminohapot) että paljon suuremmat molekyylit (proteiinit) eivät pääse kulkemaan muodostuneen rajan läpi.
- Dynaaminen hahmo. Tämä on kenties tärkein ominaisuus solun rakennetta tarkasteltaessa. Solukalvo voi altistua erilaisille muodonmuutoksille, voidaan taittaa ja taivuttaa romahtamatta. Erityisissä olosuhteissa, kuten rakkuloiden fuusiossa tai orastuessa, se voi katketa, mutta vain väliaikaisesti. Huoneenlämpötilassa sen lipidiaineosat ovat jatkuvassa, kaoottisessa liikkeessä muodostaen vakaan nesteen rajan.
Nestemosaiikkimalli
Puhuttaessa solukalvojen rakenteesta ja toiminnoista, on tärkeää huomata, että nykyajan näkemyksen mukaan tiedemiehet Singer ja Nicholson pitivät kalvoa nestemosaiikkimallina vuonna 1972. Niiden teoria heijastaa kalvorakenteen kolmea pääpiirrettä. Integraaliset kalvoproteiinit tarjoavat mosaiikkimallin kalvolle, ja ne pystyvät liikkumaan tasossa sivuttain johtuen lipidiorganisaation vaihtelevasta luonteesta. Transmembraaniproteiinit ovat myös mahdollisesti liikkuvia. Kalvorakenteen tärkeä piirre on sen epäsymmetria. Mikä on solun rakenne? Solukalvo, ydin, proteiinit ja niin edelleen. Solu on elämän perusyksikkö, ja kaikki organismit koostuvat yhdestä tai useammasta solusta, joista jokaisella on luonnollinen este, joka erottaa sen ympäristöstään. Tätä solun ulkoreunaa kutsutaan myös plasmakalvoksi. Se koostuu neljästä eri tyyppisestä molekyylistä: fosfolipideistä, kolesterolista, proteiineista ja hiilihydraateista. Nestemosaiikkimalli kuvaa solukalvon rakennetta seuraavasti: joustava ja elastinen, konsistenssiltaan samanlainen kuin kasviöljy, joten kaikkiyksittäiset molekyylit yksinkertaisesti kelluvat nestemäisessä väliaineessa, ja ne kaikki pystyvät liikkumaan sivusuunnassa tuossa kuoressa. Mosaiikki on jotain, joka sisältää monia erilaisia yksityiskohtia. Plasmakalvossa sitä edustavat fosfolipidit, kolesterolimolekyylit, proteiinit ja hiilihydraatit.
Fosfolipidit
Fosfolipidit muodostavat solukalvon perusrakenteen. Näillä molekyyleillä on kaksi erillistä päätä: pää ja häntä. Päässä on fosfaattiryhmä ja se on hydrofiilinen. Tämä tarkoittaa, että se vetää puoleensa vesimolekyylejä. Häntä koostuu vedystä ja hiiliatomeista, joita kutsutaan rasvahappoketjuiksi. Nämä ketjut ovat hydrofobisia, ne eivät halua sekoittua vesimolekyylien kanssa. Tämä prosessi on samanlainen kuin mitä tapahtuu, kun kaadat kasviöljyä veteen, eli se ei liukene siihen. Solukalvon rakenteelliset ominaisuudet liittyvät ns. lipidikaksoiskerrokseen, joka koostuu fosfolipideistä. Hydrofiiliset fosfaattipäät sijaitsevat aina siellä, missä on vettä solunsisäisen ja solunulkoisen nesteen muodossa. Kalvossa olevat fosfolipidien hydrofobiset hännät on järjestetty siten, että ne pitävät ne poissa vedestä.
Kolesteroli, proteiinit ja hiilihydraatit
Kun ihmiset kuulevat sanan "kolesteroli", ihmiset ajattelevat sitä yleensä huonona. Kolesteroli on kuitenkin todella tärkeä osa solukalvoa. Sen molekyylit koostuvat neljästä vety- ja hiiliatomien renkaasta. Ne ovat hydrofobisia ja esiintyvät lipidikaksoiskerroksen hydrofobisten pyrstöjen joukossa. Niiden merkitys on siinäsäilyttäen johdonmukaisuuden, ne vahvistavat kalvoja ja estävät ristikkäisyyden. Kolesterolimolekyylit estävät myös fosfolipidipyrstöjä joutumasta kosketuksiin ja kovettumasta. Tämä takaa sujuvuuden ja joustavuuden. Kalvoproteiinit toimivat entsyymeinä nopeuttaen kemiallisia reaktioita, toimivat tiettyjen molekyylien reseptoreina tai kuljettavat aineita solukalvon läpi.
Hiilihydraatteja tai sakkarideja löytyy vain solukalvon ekstrasellulaarisesta puolelta. Yhdessä ne muodostavat glykokalyksin. Se tarjoaa pehmusteen ja suojan plasmakalvolle. Glykokalyksissa olevien hiilihydraattien rakenteen ja tyypin perusteella elimistö voi tunnistaa solut ja määrittää, pitäisikö niitä olla siellä vai ei.
Membraaniproteiinit
Eläinsolun solukalvon rakennetta ei voida kuvitella ilman niin merkittävää komponenttia kuin proteiini. Tästä huolimatta ne voivat olla kooltaan huomattavasti pienempiä kuin toinen tärkeä komponentti - lipidit. On olemassa kolme pääkalvoproteiinia.
- Integraali. Ne peittävät täysin kaksikerroksisen, sytoplasman ja solunulkoisen ympäristön. Ne suorittavat kuljetus- ja merkinantotoiminnon.
- Oheislaite. Proteiinit kiinnittyvät kalvoon sähköstaattisilla tai vetysidoksilla sytoplasmisilla tai solunulkoisilla pinnoillaan. Ne ovat mukana ensisijaisesti integraalisten proteiinien kiinnittymiskeinona.
- K altainen. Ne suorittavat entsymaattisia ja signalointitoimintoja ja myös moduloivat kalvon lipidikaksoiskerroksen perusrakennetta.
Biologisten kalvojen toiminnot
Hydrofobinen vaikutus, joka säätelee hiilivetyjen käyttäytymistä vedessä, säätelee kalvon lipidien ja kalvoproteiinien muodostamia rakenteita. Monien kalvojen ominaisuuksien antavat lipidikaksoiskerrosten kantajat, jotka muodostavat kaikkien biologisten kalvojen perusrakenteen. Integraaliset kalvoproteiinit ovat osittain piilossa lipidikaksoiskerroksessa. Transmembraaniproteiineilla on erikoistunut aminohappojärjestys primäärisekvenssissään.
Perifeeriset kalvoproteiinit ovat hyvin samanlaisia kuin liukoiset, mutta ne ovat myös kalvoon sitoutuneita. Erikoistuneilla solukalvoilla on erityisiä solutoimintoja. Miten solukalvojen rakenne ja toiminta vaikuttavat kehoon? Koko organismin toiminta riippuu siitä, kuinka biologiset kalvot on järjestetty. Solunsisäisistä organelleista, kalvojen solunulkoisista ja solujen välisistä vuorovaikutuksista syntyvät rakenteet, jotka ovat välttämättömiä biologisten toimintojen järjestäytymiselle ja suorittamiselle. Monet rakenteelliset ja toiminnalliset piirteet ovat yhteisiä bakteereille, eukaryoottisoluille ja vaipallisille viruksille. Kaikki biologiset kalvot on rakennettu lipidikaksoiskerrokselle, joka määrittää useiden yhteisten ominaisuuksien olemassaolon. Kalvoproteiineilla on monia erityistoimintoja.
- Hallitsee. Solujen plasmakalvot määrittelevät solun ja ympäristön vuorovaikutuksen rajat.
- Liikenne. Solujen intrasellulaariset kalvot on jaettu useisiin toiminnallisiin lohkoihin, joilla on erilaisiasisäinen koostumus, joista jokaista tukee tarvittava kuljetustoiminto yhdessä kontrollin läpäisevyyden kanssa.
- Signaalin siirto. Kalvofuusio tarjoaa mekanismin solunsisäiseen rakkulaariseen ilmoitukseen ja estää erilaisten virusten pääsyn vapaasti soluun.
Merkitys ja johtopäätökset
Ulkoisen solukalvon rakenne vaikuttaa koko kehoon. Sillä on tärkeä rooli eheyden suojelemisessa, koska se sallii vain valittujen aineiden tunkeutumisen. Se on myös hyvä pohja sytoskeleton ja soluseinän ankkuroimiseen, mikä auttaa ylläpitämään solun muotoa. Lipidit muodostavat noin 50 % useimpien solujen kalvomassasta, vaikka tämä vaihtelee kalvon tyypin mukaan. Nisäkkäiden ulomman solukalvon rakenne on monimutkaisempi, se sisältää neljä pääfosfolipidiä. Lipidikaksoiskerrosten tärkeä ominaisuus on, että ne käyttäytyvät kaksiulotteisena nesteenä, jossa yksittäiset molekyylit voivat vapaasti pyöriä ja liikkua sivusuunnassa. Tällainen juoksevuus on kalvojen tärkeä ominaisuus, joka määräytyy lämpötilan ja lipidikoostumuksen mukaan. Hiilivetyrengasrakenteen ansiosta kolesterolilla on rooli kalvojen juoksevuuden määrittämisessä. Biologisten kalvojen selektiivinen läpäisevyys pienille molekyyleille antaa solulle mahdollisuuden kontrolloida ja ylläpitää sisäistä rakennettaan.
Kun otetaan huomioon solun rakenne (solukalvo, tuma ja niin edelleen), voimme päätellä, ettäettä keho on itsesäätelyjärjestelmä, joka ei voi vahingoittaa itseään ilman ulkopuolista apua ja joka etsii aina tapoja palauttaa, suojella ja toimia kunnolla jokaisessa solussa.
