Vlastnosti biologických membrán jsou společné jak pro plazmatické membrány buněk tak pro membrány buněčných organel:

• Neprostupnost pro polární molekuly a ionty. Membrány umožňují průnik těchto látek v případě, že jsou vybaveny proteinovými transportéry nebo se jedná s specializované membrány (membrána jádra, vnější membrána mitochondrií).
• Membrány nejsou rigidní útvary, ale jsou schopny flexibilní adaptace na změnu  tvaru a objemu buněk nebo organel.
• Membrány jsou dostatečně odolné proti poškození a jsou schopny při vnějším zásahu obnovit svou integritu.
• Membrány mají uniformní vzhled, který se v elektronovém mikroskopu jeví jako dvě tmavé linie oddělené třetí, světlejší střední linií. Celková tloušťka je 3 – 4 nm (30 – 40 Å).
• Membrány obsahují proteiny, jejichž funkce není pouze strukturální, ale vykazují řadu aktivit. Jejich vlastnosti a množství se liší podle specializace buněk a mohou se měnit v závislosti na změněných podmínkách prostředí.

 

Fluidní model biologické membrány popsali v roce 1972 Jon Singer a Garth Nicholson. Nahradili tak dosud používaný model Davsona a Danieliho z roku 1935, který lipidovou dvojvrstvu (poprvé navržena jako základ buněčných membrán Gorderem a Grendelem v roce 1925) doplnili oboustranným proteinovým “krytem”. Tento model sice vysvětloval pevnost membrány i její neprůchodnost pro ionty, nevyhovoval ale později zjištěným enzymovým aktivitám membrán ani dynamickému chování proteinů v lipidové dvojvrstvě. Fluidní model z počátku sedmdesátých let shrnuje všechny dostupné informace a platí dodnes. Dynamická povaha membrán se týká pohybů fosfolipidů a proteinů, které mohou být trojí:

• laterální difúze,
• rotace kolem osy kolmé k ploše membrány,
• rotace kolem osy paralelní s plochou membrány (tzv. flip-flop pohyb nebo transverzální, příčná difúze, která se týká zejména jen fosfolipidů, u proteinů je vzácná).

 

Laterální difúze je velmi rychlá u fosfolipidů, pohyb z jednoho konce průměrně velké živočišné buňky na druhý trvá několik minut, u bakteriální buňky několik sekund. Integrální proteiny difundují laterálně podstatně pomaleji.Laterální difúze i rotace kolem osy kolmé k ploše membrány je relativně snadná a rychlá, ale rotace kolem osy paralelní s plochou membrány (flip-flop) předpokládá průchod polárních skupin přes hydrofobní oblast ve středu lipidové dvojvrstvy. Rotace “flip-flop” se týká jen fosfolipidů, může být enzymaticky katalyzovaná a je velmi pomalá. Proteiny tento pohyb vykazují vzácně, orientace proteinů v membráně je pro daný protein typická, což podmiňuje asymetrické funkční a strukturální uspořádání biologických membrán. Podobná asymetrie se týká i fosfolipidů. V membráně erytrocytů je většina fosfatidyletanolaminu a fosfatidylserinu ve vnitřní polovrstvě membrány, zatímco fosfatidylcholin a sfingomyelin jsou zejména ve vnější polovrstvě.

 

Další informace

Buněčné a strukturální proteiny

Membrána biologická

Lipidy biologických membrán

Proteiny biologických membrán

Proteiny biologických membrán integrální

Proteiny biologických membrán periferní

 

 

Antonín Jabor, recenzoval Dalibor Novotný