Plazmatické membrány

Plazmatická membrána je struktura rostlinné buňky, která tvoří polopropustnou neboli selektivní bariéru mezi vnitřkem buňky a vnějším prostředím; funguje také při transportu molekul do buňky a z buňky.
Kromě toho, že tvoří strukturální bariéru mezi vnitřním obsahem buňky a vnějším prostředím, obsahují plazmatické membrány proteiny, které se podílejí na transportu molekul a dalších látek do buňky a z buňky, a obsahují proteiny a další molekuly, které jsou nezbytné pro příjem signálů z prostředí a rostlinných hormonů, které řídí růst a dělení.
Sacharidy spojené s plazmatickou membránou jsou markery typu buňky. U rostlin je plazmatická membrána místem syntézy celulózy.

Molekuly lipidů zajišťují strukturu plazmatické membrány, která je popsána modelem fluidní mozaiky jako dynamický oceán lipidů, v němž plují další molekuly.
Fosfolipidy jsou nejrozšířenějším lipidem plazmatických membrán a jsou uspořádány do fluidní fosfolipidové dvojvrstvy, v níž se střídají steroly, proteiny a další molekuly. Fosfolipidy jsou amfipatické molekuly, které obsahují oblasti milující vodu (hydrofilní) a oblasti, které se vody bojí (hydrofobní).
Každý fosfolipid se skládá z tříuhlíkaté glycerolové páteře; dva z uhlíků jsou připojeny k molekulám mastných kyselin s dlouhým řetězcem a třetí uhlík je připojen ke skupině obsahující fosfát. Protože mastné kyseliny jsou nepolární a hydrofobní, mají tendenci se shlukovat a vylučovat vodu.
Tato agregace umožňuje fosfolipidům vytvořit strukturu dvojvrstvy, která má mastné kyseliny obou vrstev uprostřed a nabité, fosfáty obsahující skupiny směrem ven.
Tato struktura dvojvrstvy umožňuje, aby jeden povrch dvojvrstvy plazmatické membrány interagoval s vodným vnějším prostředím, zatímco druhý s vodným vnitřním prostředím buňky.
Steroly se nacházejí také v plazmatických membránách rostlinných buněk. Hlavním sterolem, který se nachází v plazmatických membránách rostlinných buněk, je stigmasterol (na rozdíl od cholesterolu, který se nachází v plazmatických membránách živočišných buněk). Steroly nacházející se v rostlinných buňkách jsou ekonomicky důležité jako výchozí materiál pro léčiva na bázi steroidů, například antikoncepční pilulky.
Membránové bílkoviny a sacharidy
Některé membránové bílkoviny překlenují celou délku fosfolipidové dvojvrstvy a nazývají se transmembránové bílkoviny. Transmembránové proteiny se někdy označují jako integrální membránové proteiny a mají různou strukturu a funkce.
Mohou procházet lipidovou dvojvrstvou pouze jednou, nebo se může jednat o transmembránové proteiny s „vícenásobným průchodem“, které se do membrány proplétají mnohokrát.

Část transmembránového proteinu, která prochází vnitřkem membrány, se často skládá z aminokyselin, které mají nepolární postranní řetězce (R-skupiny), a nazývá se transmembránová doména.
Část transmembránového proteinu, která se nachází na vnějším povrchu membrány a interaguje s vodným prostředím, často obsahuje ve své sekvenci nabité neboli polární aminokyseliny.
Membránové proteiny jsou často důležité pro příjem signálů z vnějšího prostředí jako membránové receptory. Například proteinové nebo peptidové hormony interagují s transmembránovými proteinovými receptory na plazmatické membráně. Membránové proteiny se také podílejí na přijímání signálů, například světelných fotonů.
Membránové proteiny tvoří póry, které umožňují průchod iontů (nabitých částic) vnitřkem membrány. Membránové bílkoviny nazývané přenašeče jsou nezbytné k tomu, aby se do buňky dostaly molekuly živin, jako jsou jednoduché cukry.
Ne všechny bílkoviny uvnitř membrány jsou transmembránové bílkoviny. Některé jsou s membránou spojeny pouze volně, jsou připojeny k jiným bílkovinám nebo jsou v membráně ukotveny lipidovým ocáskem. Tyto proteiny,které nepřeklenují obě strany membrány, se často nazývají periferní membránové proteiny.
Kromě proteinů obsahuje plazmatická membrána molekuly sacharidů. Molekuly sacharidů jsou obvykle navázány na membránové bílkoviny nebo na molekuly lipidů uvnitř dvojvrstvy. Sacharidy poskytují důležité informace o typu a identitě buňky.
Transport přes membrány
Důležitou funkcí plazmatické membrány je transport molekul do buněk a z buněk. Hydrofobní molekuly, jako je kyslík, a malé nenabité molekuly, jako je oxid uhličitý, procházejí membránou prostou difuzí.
Tyto molekuly využívají potenciální energii chemického gradientu k pohybu z oblasti s vyšší koncentrací na jedné straně membrány do oblasti s nižší koncentrací na straně druhé.
Difuze funguje nejlépe, když je tento koncentrační gradient strmý. Například v buňkách, které nemají schopnost provádět fotosyntézu, je kyslík spotřebován téměř stejně rychle, jako do buňky vstoupí.
Tím se udržuje ostrý gradient molekul kyslíku přes membránu, takže molekuly neustále proudí z oblasti s vyšší koncentrací kyslíku vně buňky do oblasti s nižší koncentrací uvnitř buňky.
Molekuly, které jsou polární, jsou z hydrofobní oblasti dvojvrstvy vyloučeny. Transport těchto druhů molekul ovlivňují dva faktory: koncentrační gradient a elektrický gradient. Lipidové dvojvrstvy oddělují rozdíly v elektrickém náboji z jedné strany membrány na druhou a fungují jako jakýsi biologický kondenzátor.
Pokud je vnitřek buňky více negativní než vnějšek buňky, musely by se záporně nabité ionty pohybovat zevnitř do vnějšku buňky, aby cestovaly s elektrickým gradientem. Kombinace koncentračního a elektrického gradientu se nazývá elektrochemický gradient.
Přenos nabitých nebo polárních molekul vyžaduje pomoc bílkovin v membráně, známých jako transportéry. Kanálové proteiny tvoří v membráně póry a umožňují malým nabitým molekulám, obvykle anorganickým iontům, proudit přes membránu z jedné strany na druhou.
Pokud je směr pohybu iontu po jeho elektrochemickém gradientu, proces nevyžaduje další energii a nazývá se pasivní transport.
Přenašečové proteiny mění tvar, aby přenesly malou molekulu, například cukr, z jedné strany membrány na druhou. Pumpy jsou proteiny uvnitř membrány, které využívají energii z adenosintrifosfátu (ATP) nebo světla k transportu molekul přes membránu. Pokud se při transportu využívá energie, nazývá se tento proces aktivní transport.
Biosyntéza celulózy
V rostlinách je plazmatická membrána místem syntézy celulózy, nejrozšířenějšího biopolymeru na Zemi. Studie elektronového mikroskopu naznačují, že rostlinná buněčná membrána obsahuje rozetové struktury, které jsou komplexy mnoha proteinů a jsou místem syntézy celulózy.
Studie na bakteriích, rostlinách bavlníku a plevelu Arabidoposis thaliana umožnily vědcům izolovat gen, který skutečně provádí chemické reakce spojující molekuly glukózy do dlouhé struktury mikrofibril celulózy.
Tento gen kóduje protein zvaný glykosyltransferáza. Protilátky proti katalytické neboli aktivní podjednotce glykosyltransferázy specificky označují tyto rozetové struktury.
Dvě molekuly této transferázy působí současně z opačných stran a přidávají do rostoucí mikrofibrily vždy dvě glukózy, což vysvětluje střídání glukóz v molekulách celulózy.

.