Plasmamembran

Plasmamembranen är en struktur i växtcellen som bildar en halvgenomsläpplig, eller selektiv, barriär mellan cellens inre och den yttre miljön; de fungerar också för transport av molekyler in i och ut ur cellen.
Förutom att bilda den strukturella barriären mellan cellens inre innehåll och den yttre miljön innehåller plasmamembranen proteiner som är involverade i transporten av molekyler och andra ämnen in i och ut ur cellen, och de innehåller proteiner och andra molekyler som är viktiga för att ta emot signaler från omgivningen och från växthormoner som styr tillväxt och delning.
Kolhydrater som är associerade med plasmamembranet är markörer för celltypen. Hos växter är plasmamembranet platsen för cellulosasyntesen.

Lipidmolekyler tillhandahåller strukturen för plasmamembranet, som beskrivs av den flytande mosaikmodellen som ett dynamiskt hav av lipider i vilket andra molekyler flyter.
Fosfolipider är den vanligaste lipiden i plasmamembranen, och de är organiserade i ett flytande fosfolipiddubbelskikt där steroler, proteiner och andra molekyler är insprängda. Fosfolipider är amfipatiska molekyler som innehåller vattenälskande (hydrofila) områden och vattenavvisande (hydrofoba) områden.
Varje fosfolipid består av en glycerolryggrad med tre kolväten; två av kolvätena är knutna till långkedjiga fettsyramolekyler och det tredje kolet är knutet till en fosfatinnehållande grupp. Eftersom fettsyrorna är opolära och hydrofoba tenderar de att aggregera och utesluta vatten.
Denna aggregering gör det möjligt för fosfolipiderna att bilda en tvåskiktsstruktur som har fettsyrorna i båda lagren i mitten och de laddade, fosfatinnehållande grupperna mot utsidan.
Denna tvåskiktsstruktur gör det möjligt för den ena ytan av plasmamembranets tvåskikt att interagera med den vattenhaltiga yttre miljön, medan den andra interagerar med den vattenhaltiga inre cellmiljön.
Steroler finns också i växtcellernas plasmamembran. Den viktigaste sterolen som finns i växtcellers plasmamembran är stigmasterol (i motsats till kolesterol, som finns i djurcellers plasmamembran). Steroler som finns i växtceller är ekonomiskt viktiga som utgångsmaterial för steroidbaserade läkemedel, t.ex. p-piller.
Membranproteiner och kolhydrater
Vissa membranproteiner sträcker sig över hela fosfolipiddubbelskiktets längd och kallas transmembranproteiner. Transmembranproteiner kallas ibland integrala membranproteiner och har varierande strukturer och funktioner.
De kan passera genom lipiddubbelskiktet endast en gång, eller så kan de vara transmembranproteiner med ”flera passager”, som väver sig in i och ut ur membranet många gånger.

Den del av ett transmembranprotein som passerar genom membranets inre består ofta av aminosyror som har opolära sidokedjor (R-grupper) och kallas transmembrandomän.
Den del av transmembranproteinet som befinner sig på membranets yttre yta och interagerar med den vattenhaltiga miljön innehåller ofta laddade, eller polära, aminosyror i sin sekvens.
Membranproteiner är ofta viktiga för att ta emot signaler från den yttre miljön som membranreceptorer. Till exempel interagerar protein- eller peptidhormoner med transmembranproteinreceptorer på plasmamembranet. Membranproteiner är också involverade i att ta emot signaler som t.ex. ljusfotoner.
Membranproteiner bildar porer som tillåter joner (laddade partiklar) att passera genom membranets inre. Membranproteiner som kallas bärare är viktiga för att föra in näringsmolekyler, t.ex. enkla sockerarter, i cellen.
Inte alla proteiner inom membranet är transmembranproteiner. Vissa är endast löst associerade med membranet, är knutna till andra proteiner eller förankrade i membranet med en lipidhals. Dessa proteiner,som inte spänner över membranets båda sidor, kallas ofta perifera membranproteiner.
Inom proteiner innehåller plasmamembranet kolhydratmolekyler. Kolhydratmolekyler är vanligtvis knutna till membranproteiner eller till lipidmolekyler i bilaget. Kolhydrater ger viktig information om celltyp och identitet.
Transport över membranen
Transport av molekyler in i och ut ur cellerna är en viktig funktion för plasmamembranet. Hydrofoba molekyler, t.ex. syre, och små, oladdade molekyler, t.ex. koldioxid, passerar membranet genom enkel diffusion.
Dessa molekyler använder den potentiella energin i en kemisk gradient för att driva sin rörelse från ett område med högre koncentration på ena sidan av membranet till ett område med lägre koncentration på andra sidan.
Diffusion fungerar bäst när denna koncentrationsgradient är brant. I celler som till exempel inte har förmågan att utföra fotosyntes förbrukas syret nästan lika snabbt som det kommer in i cellen.
Detta upprätthåller en skarp gradient av syremolekyler över membranet, så attmolekyler kontinuerligt flödar från området med högre syrekoncentration utanför cellen till området med lägre koncentration inne i cellen.
Molekyler som är polära utesluts från det hydrofoba området i tvåskiktet. Två faktorer påverkar transporten av dessa typer av molekyler: koncentrationsgradienten och den elektriska gradienten. Lipiddubbelskikt separerar skillnader i elektrisk laddning från den ena sidan av membranet till den andra, vilket fungerar som en slags biologisk kondensator.
Om cellens insida är mer negativ än cellens utsida skulle negativt laddade joner behöva förflytta sig från cellens insida till dess utsida för att färdas med den elektriska gradienten. Kombinationen av koncentrationsgradienten och den elektriska gradienten kallas den elektrokemiska gradienten.
Transport av laddade eller polära molekyler kräver hjälp av proteiner i membranet, så kallade transportörer. Kanalproteiner bildar porer i membranet och gör det möjligt för små, laddade molekyler, vanligen oorganiska joner, att strömma över membranet från den ena sidan till den andra.
Om jonens färdriktning är längs dess elektrokemiska gradient kräver processen ingen extra energi och kallas passiv transport.
Transportproteiner ändrar form för att deponera en liten molekyl, t.ex. ett socker, från den ena sidan av ett membran till den andra. Pumpar är proteiner i membranet som använder energi från adenosintrifosfat (ATP) eller ljus för att transportera molekyler över membranet. När energi används vid transporten kallas processen för aktiv transport.
Cellulosabiosyntes
I växter är plasmamembranet platsen för syntesen av cellulosa, den mest rikliga biopolymeren på jorden. Studier med elektronmikroskop tyder på att växternas cellmembran innehåller rosettstrukturer som är komplex av många proteiner och som är platsen för cellulossyntesen.
Studier i bakterier, bomullsplantor och ogräset Arabidoposis thaliana har gjort det möjligt för forskarna att isolera den gen som faktiskt utför de kemiska reaktioner som binder ihop glukosmolekylerna till den långa mikrofibrillstrukturen av cellulosa.
Denna gen kodar för ett protein som kallas glykosyltransferas. Antikroppar mot den katalytiska, eller aktiva, underenheten av glykosyltransferas markerar specifikt dessa rosettstrukturer.
Två av dessa transferasmolekyler verkar samtidigt från motsatta sidor för att lägga till två glukoser åt gången till den växande mikrofibrillen, vilket förklarar rotationen av alternerande glukoser i cellulosemolekyler.