Celmembranen en plasmamembraan

De typestructuur van het celmembraan bestaat uit een fosfolipide dubbellaag tussen twee eiwitlagen die zich op het niveau van de scheidingsoppervlakken tussen de interne en externe fasen van de cel bevinden. De lipidelaag is bimoleculair, met de polaire groepen tegenover de eiwitlaag, terwijl de apolaire groepen worden geconfronteerd met een isolatiefunctie.

De celmembranen, met hun dikte van slechts 90 A, zijn niet zichtbaar onder de doorvallend-lichtmicroscoop. Vóór de komst van elektronenmicroscopie veronderstelden cytologen dat de cel was omgeven door een onzichtbare film, omdat als deze hypothetische film werd verbroken, gezien kon worden dat cellulaire inhoud kon ontsnappen. Tegenwoordig kan met de elektronenmicroscoop het membraan worden gevisualiseerd als een dunne dubbele doorlopende lijn. Volgens de huidige hypotheses bestaat het membraan in wezen uit fosfolipiden- en cholesterolmoleculen die zodanig zijn gerangschikt dat hun hydrofobe staarten naar binnen worden gekeerd .

De polypeptideketens van de membraaneiwitmoleculen staan loodrecht op de lipidemoleculen en er wordt aangenomen dat ze de cohesie tussen de verschillende delen van de plasmamembraan handhaven.

De vliezige structuur vervult de taak van het moeten scheiden van de cellulaire omgeving van de extracellulaire structuur, de kern van het cytoplasma, en ook het materiaal in de verschillende organellen van de cytoplasmatische matrix.

In elke cel, dier of plant heeft de perifere laag van het protoplasma de morfologische en functionele kenmerken van een membraan dat twee verschillende omgevingen scheidt, die kunnen worden geïdentificeerd met oplossingen die verschillende chemisch-fysische kenmerken en samenstellingen bezitten. De functie van dit diafragma is om de doorgang van water en andere kleine opgeloste stoffen in de cel mogelijk te maken, terwijl dit in tegenstelling is tot opgeloste stoffen met een hoog molecuulgewicht. Over het algemeen wordt de richting van de stroom bepaald door de concentratie van de samenstelling van de oplossing aan de zijkanten van het membraan, de stroom treedt altijd op in het vers van de meest verdunde oplossing tot de meest geconcentreerde: het neigt om de twee concentraties in evenwicht te brengen en stopt wanneer gelijkheid wordt bereikt . De druk die nodig is om deze beweging volledig te stoppen, wordt osmotische druk genoemd. Het is des te groter naarmate de oplossing geconcentreerd is.

Het celmembraan is geen ideaal semipermeabel membraan, omdat het ondoordringbaar is voor sommige, maar niet alle, aanwezige opgeloste stoffen. De permeabiliteit of anderszins van het membraan tot opgeloste stoffen hangt niet uitsluitend af van zijn chemisch-fysische structurele kenmerken, maar grotendeels van fenomenen die nauw verbonden zijn met cellulair metabolisme.

De cellen, in relatie tot hun gedrag gerelateerd aan osmotische druk en omgevingsdruk, zijn onderverdeeld in: poichilosmotisch en omiosmotisch. De eerste hebben een osmotische druk die gelijk is aan of bijna overeenkomt met die van hun omgeving, de laatstgenoemden zijn in staat om een osmotische druk te handhaven binnen een brede reeks waarden, die sterk verschilt van die van de omgeving. Rekening houdend met deze kenmerken van het gedrag van dierlijke en plantaardige cellen, creëerde J. Traube een speciaal apparaat, dat precies bestond uit een semi-permeabel membraan, dat het gedrag van levende cellen voor gegeven oplossingen kunstmatig moest reproduceren. Aanvankelijk werd het gebruikt als een membraan, een koperen ferrocyanidefilm; vervolgens werden semi-permeabele membranen geïntroduceerd waarmee het mogelijk was om de mate van aanzienlijke osmotische drukken vast te stellen.

Ten slotte kan worden gesteld dat de passage van de verschillende stoffen door het plasmamembraan kan plaatsvinden door eenvoudige diffusie, vergemakkelijkt of door actief transport.

Simpele diffusie: passief transport door de lipidedubbellaag. Diffusie is de beweging van moleculen van het ene gebied naar het andere vanwege hun willekeurige thermische agitatie. Bij eenvoudige diffusie wordt de permeabiliteit van het membraan bepaald door de volgende factoren: (a) de liposolubiliteit van de stof die diffundeert, (b) de grootte en vorm van de moleculen die diffunderen, (c) de temperatuur en (d) de dikte van het membraan .

Gefaciliteerde diffusie: passief transport door membraaneiwitten. De gefaciliteerde diffusie wordt gestuurd door twee soorten transporteiwitten: (a) transporters die de moleculen aan één kant van het membraan binden en op elkaar dragen dankzij een conformationele modificatie en (b) kanalen die poriën vormen die zich uitstrekken van de ene kant van het membraan naar de andere. Bij gefaciliteerde diffusie wordt de permeabiliteit van het membraan bepaald door twee factoren: (a) de transportsnelheid van de afzonderlijke transporters of kanalen en (b) het aantal transporteurs of kanalen dat aanwezig is in het membraan.

Actief transport. Er zijn twee hoofdtypen actief transport: actief primair transport, waarbij gebruik wordt gemaakt van ATP of andere vormen van chemische energie en secundair actief transport, waarbij de elektrochemische gradiënt van een stof als energiebron wordt gebruikt om actief transport van een hoge substantie te induceren.