Жидкостная мозаичная модель
Жидкостно - мозаичная модель объясняет различные наблюдения относительно структуры функциональных клеточных мембран . Согласно этой биологической модели существует липидный бислой (слой толщиной в две молекулы, состоящий в основном из амфипатических фосфолипидов), в который встроены белковые молекулы . Липидный бислой придает мембране текучесть и эластичность . Небольшие количества углеводов также находятся в клеточной мембране. Биологическая модель, разработанная SJ Singer и GL Nicolson .в 1972 году описывает клеточную мембрану как двумерную жидкость , которая ограничивает латеральную диффузию компонентов мембраны. Такие домены определяются наличием внутри мембраны областей со специальными липидными и белковыми коконами, которые способствуют образованию липидных рафтов или белково- гликопротеиновых комплексов. Другим способом определения мембранных доменов является ассоциация липидной мембраны с нитями цитоскелета и внеклеточным матриксом через мембранные белки. [1] Текущая модель описывает важные особенности, относящиеся ко многим клеточным процессам, в том числе: межклеточная передача сигналов , апоптозклеточное деление , почкование мембран и слияние клеток. Жидкостно-мозаичная модель является наиболее приемлемой моделью плазматической мембраны. Его основная функция заключается в отделении содержимого клетки от внешней среды.
Химически клеточная мембрана состоит из четырех компонентов: (1) фосфолипидов (2) белков (3) углеводов (4) холестерина
Жидкостные свойства функциональных биологических мембран были определены с помощью экспериментов по мечению , рентгеновской дифракции и калориметрии. Эти исследования показали, что интегральные мембранные белки диффундируют со скоростью, зависящей от вязкости липидного двойного слоя, в который они встроены, и продемонстрировали, что молекулы внутри клеточной мембраны скорее динамичны, чем статичны. [2]
Предыдущие модели биологических мембран включали модель мембраны блока Робертсона и трехслойную модель Дэвсона-Даниэлли . [1] В этих моделях белки присутствовали в виде слоев, примыкающих к липидному слою, а не встроенных в бислой фосфолипидов. Другие модели описывали повторяющиеся, регулярные единицы белка и липида. Эти модели не были хорошо подтверждены микроскопическими и термодинамическими данными и не содержали доказательств динамических свойств мембран. [1]
Фрай и Эдидин провели важный эксперимент, который предоставил доказательства в пользу жидкостной и динамической биологии. Они использовали вирус Сендай , чтобы заставить клетки человека и мыши сливаться и образовывать гетерокарион . Используя окрашивание антителами , они смогли показать, что мышиные и человеческие белки остаются сегрегированными для разделения половинок гетерокариона через короткое время после слияния клеток. Однако со временем белки диффундировали, и со временем граница между двумя половинками была утрачена. Снижение температуры замедлило скорость этой диффузии, заставив мембранные фосфолипиды перейти из жидкой фазы в гелевую. [3] Сингер и Николсон рационализировали результаты этих экспериментов, используя свою жидкостно-мозаичную модель. [2]
Жидкостно-мозаичная модель объясняет изменения структуры и поведения клеточных мембран при различных температурах, а также ассоциацию мембранных белков с мембранами. В то время как у Сингера и Николсона были существенные доказательства, полученные из нескольких областей в поддержку их модели, недавние достижения в области флуоресцентной микроскопии и структурной биологии подтвердили жидкостно-мозаичную природу клеточных мембран.
