Plasmamembraanit

Plasmamembraani on kasvisolun rakenne, joka muodostaa puoliläpäisevän eli selektiivisen esteen solun sisäosien ja ulkoisen ympäristön välille; ne toimivat myös molekyylien kuljettamisessa solun sisälle ja solusta ulos.
Sen lisäksi, että plasmakalvot muodostavat rakenteellisen esteen solun sisäisen sisällön ja ulkoisen ympäristön välille, ne sisältävät proteiineja, jotka osallistuvat molekyylien ja muiden aineiden kuljettamiseen soluun ja solusta ulos, ja ne sisältävät proteiineja ja muita molekyylejä, jotka ovat välttämättömiä vastaanotettaessa signaaleja ympäristöstä ja kasvihormoneista, jotka ohjaavat kasvua ja jakautumista.
Plasmakalvoon liittyvät hiilihydraatit ovat solutyypin merkkiaineita. Kasveilla plasmakalvo on selluloosan synteesin paikka.

Lipidimolekyylit muodostavat plasmakalvon rakenteen, jota nestemäinen mosaiikkimalli kuvaa dynaamisena lipidien valtamerenä, jossa muut molekyylit kelluvat.
Fosfolipidit ovat plasmakalvojen runsain lipidi, ja ne ovat järjestäytyneet nestemäiseksi fosfolipidikaksoiskerrokseksi, jossa on steroleja, proteiineja ja muita molekyylejä. Fosfolipidit ovat amfipaattisia molekyylejä, joissa on vettä rakastavia (hydrofiilisiä) alueita ja vettä pelkääviä (hydrofobisia) alueita.
Jokainen fosfolipidi koostuu kolmihiilisestä glyserolirungosta; kaksi hiiltä on kiinnittynyt pitkäketjuisiin rasvahappomolekyyleihin ja kolmas hiili on kiinnittynyt fosfaattia sisältävään ryhmään. Koska rasvahapot ovat poolittomia ja hydrofobisia, niillä on taipumus aggregoitua ja sulkea pois vettä.
Tämän aggregaation ansiosta fosfolipidit voivat muodostaa kaksoiskerrosrakenteen, jossa molempien kerrosten rasvahapot ovat keskellä ja varautuneet, fosfaattia sisältävät ryhmät ulospäin.
Tämän kaksoiskerrosrakenteen ansiosta plasmakalvon kaksoiskerroksen toinen pinta on vuorovaikutuksessa vesipitoisen ulkoisen ympäristön kanssa, kun taas toinen pinta on vuorovaikutuksessa vesipitoisen solun sisäisen ympäristön kanssa.
Steroleja esiintyy myös kasvisolujen plasmakalvoissa. Tärkein kasvisolujen plasmakalvoissa esiintyvä steroli on stigmasteroli (toisin kuin kolesteroli, jota esiintyy eläinsolujen plasmakalvoissa). Kasvisoluissa esiintyvät sterolit ovat taloudellisesti tärkeitä steroidipohjaisten lääkkeiden, kuten ehkäisypillereiden, lähtöaineina.
Kalvoproteiinit ja hiilihydraatit
Joitakin kalvoproteiineja on koko fosfolipidikaksoiskerroksen pituudelta ja niitä kutsutaan transkalvoproteiineiksi. Transkalvoproteiineja kutsutaan joskus integraalisiksi kalvoproteiineiksi, ja niiden rakenne ja tehtävät vaihtelevat.

Ne voivat läpäistä lipidikaksoiskerroksen vain kerran, tai ne voivat olla ”moninkertaisia” transkalvoproteiineja, jotka kutoutuvat membraaniin ja sieltä ulos useita kertoja.
Transkalvoproteiinin osa, joka läpäisee membraanin sisäpuolen, koostuu usein aminohapoista, joilla on poolittomia sivuketjuja (R-ryhmät), ja se tunnetaan nimellä transkalvodomeeni.
Transkalvoproteiinin osa, joka on kalvon ulkopinnalla ja on vuorovaikutuksessa vesiympäristön kanssa, sisältää usein sekvenssissään varautuneita eli polaarisia aminohappoja.
Kalvoproteiinit ovat usein tärkeitä vastaanottamaan signaaleja ulkoisesta ympäristöstä kalvoreseptoreina. Esimerkiksi proteiini- tai peptidihormonit ovat vuorovaikutuksessa plasmakalvon transkalvoproteiinireseptorien kanssa. Kalvoproteiinit osallistuvat myös signaalien, kuten valofotonien, vastaanottamiseen.
Kalvoproteiinit muodostavat huokosia, jotka sallivat ionien (varattujen hiukkasten) kulkea kalvon sisäpuolen läpi. Kuljettajiksi kutsutut kalvoproteiinit ovat välttämättömiä ravintomolekyylien, kuten yksinkertaisten sokerien, kuljettamisessa soluun.
Eivät kaikki kalvon sisällä olevat proteiinit ole transkalvoproteiineja. Jotkut ovat vain löyhästi sidoksissa kalvoon, kiinnittyneet muihin proteiineihin tai ankkuroituneet kalvoon lipidihännällä. Näitä proteiineja,jotka eivät ulotu kalvon molemmille puolille, kutsutaan usein perifeerisiksi kalvoproteiineiksi.
Proteiinien lisäksi plasmakalvo sisältää hiilihydraattimolekyylejä. Hiilihydraattimolekyylit ovat yleensä kiinnittyneet kalvoproteiineihin tai kaksoiskerroksen sisällä oleviin lipidimolekyyleihin. Hiilihydraatit antavat tärkeää tietoa solutyypistä ja solun identiteetistä.
Kuljetus kalvojen yli
Molekyylien kuljetus soluihin ja soluista ulos on plasmakalvon tärkeä tehtävä. Hydrofobiset molekyylit, kuten happi, ja pienet, varauksettomat molekyylit, kuten hiilidioksidi, ylittävät kalvon yksinkertaisella diffuusiolla.
Nämä molekyylit käyttävät kemiallisen gradientin potentiaalienergiaa ajaakseen liikkeensä kalvon toisella puolella olevalta korkeamman konsentraation alueelta toisella puolella olevalle matalamman konsentraation alueelle.
Diffuusio toimii parhaiten, kun tämä konsentraatiogradientti on jyrkkä. Esimerkiksi soluissa, joilla ei ole kykyä suorittaa fotosynteesiä, happi kuluu lähes yhtä nopeasti kuin se tulee soluun.
Tämä ylläpitää happimolekyylien jyrkkää gradienttia kalvon poikki, niin ettämolekyylit virtaavat jatkuvasti solun ulkopuoliselta suuremman happipitoisuuden alueelta solun sisäpuoliselle pienemmän pitoisuuden alueelle.

Polaariset molekyylit jäävät pois kaksoiskerroksen hydrofobiselta alueelta. Tällaisten molekyylien kulkeutumiseen vaikuttavat kaksi tekijää: konsentraatiogradientti ja sähköinen gradientti. Lipidikaksoiskerrokset erottavat sähköisten varausten erot kalvon toiselta puolelta toiselle, mikä toimii eräänlaisena biologisena kondensaattorina.
Jos solun sisäpuoli on negatiivisempi kuin solun ulkopuoli, negatiivisesti varautuneiden ionien täytyisi siirtyä solun sisäpuolelta solun ulkopuolelle kulkeakseen sähköisen gradientin mukana. Konsentraatio- ja sähkögradienttien yhdistelmää kutsutaan sähkökemialliseksi gradientiksi.
Varautuneiden tai polaaristen molekyylien kuljettamiseen tarvitaan kalvon sisällä olevien proteiinien, niin sanottujen transporterien, apua. Kanavaproteiinit muodostavat kalvossa huokosia ja sallivat pienten varautuneiden molekyylien, yleensä epäorgaanisten ionien, virrata kalvon läpi puolelta toiselle.
Jos ionin kulkusuunta on alaspäin sen sähkökemiallisesta gradientista, prosessi ei vaadi lisäenergiaa ja sitä kutsutaan passiiviseksi kuljetukseksi.
Kuljetusproteiinit muuttavat muotoaan tallentaakseen pienen molekyylin, kuten sokerin, kalvon toiselta puolelta toiselle. Pumput ovat kalvon sisällä olevia proteiineja, jotka käyttävät adenosiinitrifosfaatista (ATP) tai valosta saatavaa energiaa molekyylien kuljettamiseen kalvon läpi. Kun kuljetuksessa käytetään energiaa, prosessia kutsutaan aktiiviseksi kuljetukseksi.
Selluloosan biosynteesi
Kasveilla plasmakalvo on paikka, jossa syntetisoidaan selluloosaa, maapallon runsainta biopolymeeriä. Elektronimikroskooppitutkimukset viittaavat siihen, että kasvien solukalvo sisältää ruusurakenteita, jotka ovat monien proteiinien muodostamia komplekseja ja selluloosan synteesin paikkoja.
Bakteereilla, puuvillakasveilla ja rikkakasveilla Arabidoposis thaliana tehdyt tutkimukset ovat antaneet tutkijoille mahdollisuuden eristää geeni, joka itse asiassa suorittaa kemialliset reaktiot, jotka yhdistävät glukoosimolekyylit toisiinsa pitkiksi selluloosamikrofibrillarakenteiksi.
Tämä geeni koodaa glykosyylitransferaasi-nimistä proteiinia. Glykosyylitransferaasin katalyyttisen eli aktiivisen alayksikön vasta-aineet merkitsevät spesifisesti näitä ruusukerakenteita.
Kaksi näistä transferaasimolekyyleistä toimii samanaikaisesti vastakkaisilta puolilta lisäten kaksi glukoosia kerrallaan kasvavaan mikrofibrilliin, mikä selittää vuorottelevien glukoosien kiertymisen selluloosamolekyyleissä.

Kahdella näistä transferaasimolekyyleistä ei ole merkitystä.