5.2: Membrane Fluidity
5.2: Vloeibaarheid van Membranen
Cell membranes are composed of phospholipids, proteins, and carbohydrates loosely attached to one another through chemical interactions. Molecules are generally able to move about in the plane of the membrane, giving the membrane its flexible nature called fluidity. Two other features of the membrane contribute to membrane fluidity: the chemical structure of the phospholipids and the presence of cholesterol in the membrane.
Fatty acids tails of phospholipids can be either saturated or unsaturated. Saturated fatty acids have single bonds between the hydrocarbon backbone and are saturated with the maximum number of hydrogens. These saturated tails are straight and can, therefore, pack together tightly. In contrast, unsaturated fatty acid tails contain double bonds between carbon atoms, giving them a kinked shape and preventing tight packing. Increasing the relative proportion of phospholipids with unsaturated tails results in a more fluid membrane. Organisms like bacteria and yeasts that experience environmental temperature fluctuations are able to adjust the fatty acid content of their membranes to maintain a relatively constant fluidity.
In cell membranes, cholesterol is able to interact with heads of phospholipids, partly immobilizing the proximal part of the hydrocarbon chain. This interaction decreases the ability of polar molecules to cross the membrane. Cholesterol also prevents the phospholipids from packing together tightly, thereby preventing the likelihood of membrane freezing. Likewise, cholesterol acts as a structural buffer when temperatures get to warm, limiting excessive fluidity.
Cholesterol is also proposed to have a role in the organization of membrane lipids and proteins into functional groups called lipid rafts. These groups of proteins, phospholipids, and cholesterol are thought to compartmentalize regions of the membrane, positioning molecules with similar roles in close proximity to one another. However, the specific structure and function of these membrane patches are unclear and an active area of research.
Celmembranen zijn samengesteld uit fosfolipiden, eiwitten en koolhydraten die losjes aan elkaar zijn gehecht door middel van chemische interacties. Moleculen zijn over het algemeen in staat om in het vlak van het membraan te bewegen, waardoor het membraan zijn flexibele aard krijgt, genaamd vloeibaarheid. Twee andere kenmerken van het membraan dragen bij aan de vloeibaarheid van het membraan: de chemische structuur van de fosfolipiden en de aanwezigheid van cholesterol in het membraan.
Vetzuurstaarten van fosfolipiden kunnen zowel verzadigd als onverzadigd zijn. Verzadigde vetzuren hebben enkele bindingen tussen de koolwaterstofruggengraat en zijn verzadigd met het maximale aantal waterstofatomen. Deze verzadigde staarten zijn recht en kunnen daarom stevig in elkaar worden gepakt. Daarentegen bevatten onverzadigde vetzuurstaarten dubbele bindingen tussen koolstofatomen, waardoor ze een geknikte vorm krijgen en een strakke pakking wordt voorkomen. Het verhogen van het relatieve aandeel van fosfolipiden met onverzadigde staarten resulteert in een meer vloeibaar membraan. Organismen zoals bacteriën engisten die te maken hebben met schommelingen in de omgevingstemperatuur zijn in staat om het vetzuurgehalte van hun membranen aan te passen om een relatief constante vloeibaarheid te behouden.
In celmembranen kan cholesterol een interactie aangaan met koppen van fosfolipiden, waardoor het proximale deel van de koolwaterstofketen gedeeltelijk wordt geïmmobiliseerd. Deze interactie vermindert het vermogen van polaire moleculen om het membraan te passeren. Cholesterol verhindert ook dat de fosfolipiden stevig op elkaar worden gepakt, waardoor de kans op bevriezing van het membraan wordt voorkomen. Evenzo fungeert cholesterol als een structurele buffer wanneer de temperatuur te hoog wordt, waardoor overmatige vloeibaarheid wordt beperkt.
Cholesterol zou ook een rol spelen bij de organisatie van membraanlipiden en eiwitten in functionele groepen die lipide-vlotten worden genoemd. Aangenomen wordt dat deze groepen eiwitten, fosfolipiden en cholesterol delen van het membraan in compartimenten verdelen, waardoor moleculen met vergelijkbare rollen dicht bij elkaar worden geplaatst. Het specifiekestructuur en functie van deze membraanpleisters zijn onduidelijk en een actief onderzoeksgebied.
