Membranele plasmatice

Membrana plasmatică este o structură a celulei vegetale care formează o barieră semipermeabilă, sau selectivă, între interiorul celulei și mediul extern; de asemenea, funcționează în transportul moleculelor în interiorul și în afara celulei.
Pe lângă faptul că formează bariera structurală între conținutul intern al celulei și mediul extern, membranele plasmatice conțin proteine implicate în transportul de molecule și alte substanțe în interiorul și în afara celulei și conțin proteine și alte molecule care sunt esențiale pentru a primi semnale din mediul înconjurător și de la hormonii vegetali care dirijează creșterea și diviziunea.
Carbohidrații asociați cu membrana plasmatică sunt markeri ai tipului de celulă. La plante, membrana plasmatică este locul de sinteză a celulozei.

Moleculele lipidice asigură structura membranei plasmatice, care este descrisă de modelul mozaicului fluid ca un ocean dinamic de lipide în care plutesc alte molecule.
Fosfolipidele sunt cele mai abundente lipide din membranele plasmatice și sunt organizate într-un bistrat fluid de fosfolipide în care sunt intercalate steroli, proteine și alte molecule. Fosfolipidele sunt molecule amfipatice, care conțin regiuni iubitoare de apă (hidrofile) și regiuni care se tem de apă (hidrofobe).
Care fosfolipid este alcătuit dintr-o coloană vertebrală de glicerol cu trei atomi de carbon; doi dintre acești atomi de carbon sunt atașați de molecule de acizi grași cu lanț lung, iar al treilea atom de carbon este atașat de o grupare care conține fosfat. Deoarece acizii grași sunt nepolari și hidrofobi, aceștia au tendința de a se agrega și de a exclude apa.
Această agregare permite fosfolipidelor să formeze o structură bistratificată care are acizii grași din ambele straturi în mijloc și grupările încărcate, care conțin fosfați, spre exterior.
Această structură bistratificată permite ca o suprafață a stratului bistratificat al membranei plasmatice să interacționeze cu mediul extern apos, în timp ce cealaltă interacționează cu mediul celular intern apos.
Sterolii se găsesc, de asemenea, în cadrul membranelor plasmatice ale celulelor vegetale. Principalul sterol care se găsește în membranele plasmatice ale celulelor vegetale este stigmasterolul (spre deosebire de colesterol, care se găsește în membranele plasmatice ale celulelor animale). Sterolii care se găsesc în celulele vegetale sunt importanți din punct de vedere economic ca material de bază pentru medicamente pe bază de steroizi, cum ar fi pilulele contraceptive.

Proteine membranare și carbohidrați
Câteva proteine membranare se întind pe întreaga lungime a stratului bistratificat de fosfolipide și se numesc proteine trans-membranare. Proteinele trans membranare sunt uneori denumite proteine membranare integrale și au structuri și funcții variate.
Pot trece prin bistratul lipidic o singură dată sau pot fi proteine trans-membranare cu „treceri multiple”, intrând și ieșind din membrană de mai multe ori.
Porțiunea unei proteine trans-membranare care trece prin interiorul membranei constă adesea din aminoacizi care au lanțuri laterale nepolare (grupe R) și este cunoscută sub numele de domeniu trans-membranar.
Porțiunea proteinei trans-membranare care se află pe suprafața externă a membranei și interacționează cu mediul apos conține adesea aminoacizi încărcați, sau polari, în secvența sa.
Proteinele membranare sunt adesea importante pentru a primi semnale din mediul extern ca receptori membranari. De exemplu, hormonii proteici sau peptidici interacționează cu receptorii proteici trans-membranari de pe membrana plasmatică. Proteinele membranare sunt, de asemenea, implicate în recepționarea unor semnale precum fotonii de lumină.
Proteinele membranare formează pori care permit ionilor (particule încărcate) să treacă prin interiorul membranei. Proteinele membranare numite purtători sunt esențiale pentru aducerea în celulă a moleculelor nutritive, cum ar fi zaharurile simple.
Nu toate proteinele din interiorul membranei sunt proteine trans-membranare. Unele sunt doar slab asociate cu membrana, atașate de alte proteine sau ancorate în membrană printr-o coadă lipidică. Aceste proteine,care nu se întind pe ambele părți ale membranei, sunt adesea numite proteine membranare periferice.
În plus față de proteine, membrana plasmatică conține molecule de carbohidrați. Moleculele de carbohidrați sunt de obicei atașate de proteinele membranare sau de moleculele lipidice din interiorul stratului bistratificat. Carbohidrații furnizează informații importante despre tipul și identitatea celulei.
Transportul prin membrană
Transportul moleculelor în și din celule este o funcție importantă a membranei plasmatice. Moleculele hidrofobe, cum ar fi oxigenul, și moleculele mici, neîncărcate, cum ar fi dioxidul de carbon, traversează membrana prin difuzie simplă.
Aceste molecule folosesc energia potențială a unui gradient chimic pentru a conduce mișcarea lor de la o zonă cu o concentrație mai mare pe o parte a membranei la o zonă cu o concentrație mai mică pe cealaltă parte.

Difuzia funcționează cel mai bine atunci când acest gradient de concentrație este abrupt. De exemplu, în celulele care nu au capacitatea de a realiza fotosinteza, oxigenul este utilizat aproape la fel de repede cum intră în celulă.
Aceasta menține un gradient ascuțit al moleculelor de oxigen de-a lungul membranei, astfel încâtmoleculele curg continuu din zona cu o concentrație mai mare de oxigen din afara celulei în zona cu o concentrație mai mică din interiorul celulei.
Moleculele care sunt polare sunt excluse din zona hidrofobă a bistratului. Doi factori influențează transportul acestor tipuri de molecule: gradientul de concentrație și gradientul electric. Bilaierele lipidice separă diferențele de sarcină electrică de pe o parte pe alta a membranei, acționând ca un fel de condensator biologic.
Dacă interiorul celulei este mai negativ decât exteriorul celulei, ionii încărcați negativ ar trebui să se deplaseze din interiorul spre exteriorul celulei pentru a se deplasa cu gradientul electric. Combinația dintre gradientul de concentrație și cel electric se numește gradient electrochimic.
Transportul moleculelor încărcate sau polare necesită ajutorul proteinelor din interiorul membranei, cunoscute sub numele de transportatori. Proteinele canal formează pori în membrană și permit moleculelor mici, încărcate, de obicei ioni anorganici, să treacă prin membrană de la o parte la alta.
Dacă direcția de deplasare a ionului este în josul gradientului său electrochimic, procesul nu necesită energie suplimentară și se numește transport pasiv.
Proteinele purtătoare își schimbă forma pentru a depune o moleculă mică, cum ar fi un zahăr, de pe o parte pe cealaltă a membranei. Pompele sunt proteine din interiorul membranei care folosesc energia de la adenozin trifosfat (ATP) sau de la lumină pentru a transporta moleculele peste membrană. Atunci când energia este utilizată în transport, procesul se numește transport activ.
Biosinteza celulozei
În plante, membrana plasmatică este locul de sinteză a celulozei, cel mai abundent biopolimer de pe pământ. Studiile la microscopul electronic sugerează că membrana celulară a plantelor conține structuri în formă de rozetă care sunt complexe de multe proteine și sunt locurile de sinteză a celulozei.
Studiile efectuate la bacterii, la plantele de bumbac și la buruiana Arabidoposis thaliana au permis oamenilor de știință să izoleze gena care realizează efectiv reacțiile chimice care leagă moleculele de glucoză între ele în structura lungă a microfibrilelor de celuloză.
Această genă codifică o proteină numită glicozil transferază. Anticorpii împotriva subunității catalitice, sau active, a glicozil transferazei marchează în mod specific aceste structuri în rozetă.
Două dintre aceste molecule de transferază acționează simultan din părți opuse pentru a adăuga câte două glucoze la microfibrile în creștere, explicând rotația glucozelor alternante în moleculele de celuloză.

.