Model Mosaik fluida – definisi dan pengembangan

Definisi Model Mosaik Fluida

Model mosaik fluida secara sederhana adalah salah satu cara untuk memahami membran biologis, konsisten dengan sebagian besar pengamatan eksperimental. Model ini menyatakan bahwa komponen membran seperti protein atau glikolipid, membentuk mosaik bergerak di lingkungan seperti cairan yang diciptakan oleh lautan fosfolipid. Ada batasan untuk gerakan lateral, dan subdomain di dalam membran memiliki fungsi spesifik.

Pengembangan Model Mosaik Fluida

Model ini dikembangkan selama bertahun-tahun, melalui kerja keras para ilmuwan di seluruh dunia. Ini dimulai dengan hipotesis bahwa membran terbuat dari lapisan ganda lipid, di mana membran fosfolipid dirakit sendiri menjadi lapisan ganda, dengan ekor hidrofobik non-polar saling berhadapan.

Daerah ‘kepala’ hidrofilik menghadapi sitosol dan daerah ekstraseluler. Ini diverifikasi dengan mengekstraksi membran sel dan menyebarkan lipid ke dalam satu lapisan. Luas permukaan keseluruhan monolayer ini dua kali lipat dari membran plasma, mendukung gagasan bahwa lipid membentuk bilayer.

Namun, ini baru permulaan, karena menjadi jelas bahwa membran sel harus dibuat dari lebih banyak komponen, untuk menjelaskan berbagai sifat biofisiknya. Misalnya, tidak seperti lipid murni, membran sel tidak mudah membeku. Permeabilitas membran terhadap molekul polar yang besar juga tidak dapat dijelaskan.

Lebih dari 25 tahun setelah model lipid bilayer diusulkan, membran sel pertama kali divisualisasikan pada 1950-an. Pengamatan awal tampaknya menunjukkan bahwa membran lipid dilapisi di kedua sisi oleh lembaran tipis protein.

Namun, pada tahun 1972, dua ilmuwan, Singer dan Nicolson, menyempurnakan ini untuk menciptakan model mosaik fluida. Dalam hal ini, lapisan ganda fosfolipid dikatakan diselingi oleh berbagai protein yang membentuk pola seperti mosaik di membran lipid.

Protein ini dapat melintasi seluruh membran, atau berinteraksi dengan salah satu dari dua lapisan lipid. Beberapa protein bahkan dapat melekat pada membran hanya melalui rantai lipid pendek.

Membran secara sederhana adalah cairan, tetapi juga memiliki struktur yang mendasarinya, yang berlabuh ke sitoskeleton. Sifat cairan matriks lipid yang membentuk membran pertama kali diilustrasikan oleh eksperimen di mana membran dengan komposisi yang berbeda digabungkan secara artifisial. Protein dari kedua sel mendistribusikan kembali diri mereka sendiri di seluruh membran yang menyatu dalam waktu kurang dari satu jam.

Diagram membran sel
Gambar mengilustrasikan model ini, dan menggambarkan lapisan ganda lipid, dengan berbagai jenis protein membran integral, serta kolesterol, glikoprotein, dan glikolipid. Gambar juga menunjukkan penahan membran ke sitoskeleton.

Sekarang, dengan teknik pencitraan canggih, beberapa membran telah dipelajari secara mendalam, hingga resolusi kurang dari satu nanometer. Gambar-gambar ini bahkan dapat mengungkapkan lokasi relatif berbagai rantai polipeptida dan lipid di dalam membran.

Fungsi dan Komponen Membran Biologis

Fungsi utama membran sel secara sederhana adalah untuk membatasi daerah dalam dan luar sel. Di dalam sel, membran organel melakukan fungsi yang sama untuk struktur subseluler.

Fungsi ini disertai dengan peringatan – sel perlu berkomunikasi secara aktif dengan lingkungan eksternal, bertukar materi, sementara juga mempertahankan nutrisi penting dan menjaga zat berbahaya keluar. Komponen dan struktur membran biologis membantu memenuhi peran ini dan mempertahankan permeabilitas selektifnya.

Membran biologis, terutama membran sel terbuat dari fosfolipid, kolesterol dan protein.

Fosfolipid

Yang pertama secara sederhana adalah bilayer fosfolipid itu sendiri yang menciptakan lapisan hidrofobik yang memisahkan lingkungan berair di kedua sisi. Fosfolipid secara sederhana adalah molekul amfipatik yang terdiri dari daerah ‘kepala’ hidrofilik polar yang dibentuk oleh gugus fosfat dan ‘ekor’ hidrofobik non-polar yang terdiri dari dua asam lemak rantai panjang. Kedua segmen ini terikat secara kovalen pada molekul gliserol.

fosfolipid
Gambar menunjukkan representasi skematis dari struktur kimia fosfolipid, dengan R1 dan R2 mengacu pada dua rantai asam lemak. Biasanya, salah satu dari dua asam lemak tidak jenuh, dengan setidaknya satu ikatan rangkap antara dua atom karbon.

Fosfolipid TvanBrussel
Seperti yang terlihat pada gambar, asam lemak tak jenuh memiliki kekusutan dalam strukturnya. Ini secara sederhana adalah fitur penting yang mempengaruhi fluiditas, kekuatan tarik dan permeabilitas membran.

Protein

Selain itu, membran memiliki tiga jenis protein. Protein membran integral menjangkau seluruh membran, biasanya dengan alfa-heliks yang membentuk daerah transmembran. Protein ini membentuk saluran dan pori-pori yang memungkinkan pergerakan molekul besar atau polar melintasi segmen hidrofobik membran.

Selain itu, mungkin ada protein yang tertanam dalam satu selebaran membran. Protein ini sering digunakan dalam kaskade pensinyalan, dan dapat bertindak sebagai molekul pembawa, mentransduksi sinyal dari satu segmen membran dan menyampaikannya ke wilayah lain.

Membran ini disebut protein membran perifer. Akhirnya, beberapa protein sangat ringan melekat pada membran, dengan hanya ekor lipid pendek yang dimasukkan ke dalam daerah hidrofobik.

Protein membran dapat terikat secara kovalen dengan karbohidrat dan membentuk glikoprotein. Ini dapat berinteraksi dengan molekul air dan menstabilkan membran, serta berfungsi sebagai alat penting untuk komunikasi antar sel. Mereka membentuk reseptor untuk hormon dan neurotransmiter.

Peran penting lainnya untuk glikoprotein secara sederhana adalah menciptakan semacam ‘tanda tangan sel’. Ketika sel-sel kekebalan mengenali glikoprotein ini, mereka dapat membedakan sel-sel tubuh dari sel-sel patogen. Misalnya, pengelompokan darah menjadi tipe A, B dan O, tergantung pada jenis glikoprotein yang ada pada permukaan sel darah merah.

Kolesterol

Kehadiran kolesterol di lapisan fosfolipid memungkinkan membran untuk mempertahankan permeabilitas dan integritas bahkan dalam berbagai suhu. Tampaknya dimasukkan di tengah fosfolipid Kolesterol mencegah pemadatan ekor hidrofobik pada suhu rendah serta perluasan membran di bawah panas.

Dengan cara ini, molekul kecil seperti karbon dioksida dan oksigen selalu dapat bergerak bebas melintasi membran, sementara sel mempertahankan permeabilitas selektifnya untuk molekul yang lebih besar.

Model lain untuk Struktur Membran

Model mosaik fluida disempurnakan pada awal 1980-an, oleh dua ilmuwan bernama Mouritsen dan Bloom untuk menciptakan ‘model kasur’ untuk struktur membran. Mereka menunjukkan fakta bahwa sementara percobaan sebelumnya telah menyarankan bahwa seluruh membran secara sederhana adalah cairan dan memungkinkan difusi bebas protein, pada kenyataannya, ada subdomain di dalam setiap membran.

Misalnya, ketika protein transmembran memiliki wilayah hidrofobik yang sedikit lebih panjang dari lebar rata-rata membran sel, lapisan ganda lipid berubah bentuk untuk mengakomodasi protein ini.

Jika ada beberapa protein yang peregangan hidrofobiknya tidak sama persis dengan lebar membran, lapisan ganda lipid akan terlihat seperti kasur, dengan diselingi daerah yang lebih tebal dan lebih tipis.

Daerah yang lebih tebal kemungkinan akan menciptakan kemiringan yang memungkinkan protein meluncur ‘ke bawah’, yang mengarah ke agregasi protein di beberapa daerah. Demikian pula, deformasi ini dapat mengakibatkan akumulasi lipid spesifik di sekitar protein tersebut.

Pengamatan ini terkait dengan data eksperimental sebelumnya yang menunjukkan keberadaan rakit lipid, dan asosiasi preferensial protein dengan lipid mendukung ‘model kasur’.

Model struktur membran modern juga memperhitungkan pengaruh komposisi lipid. Membran sel terbentuk dari ratusan fosfolipid dan masing-masing terbuat dari rantai samping asam lemak yang berbeda.

Asam lemak ini dapat memiliki panjang yang berbeda dan mengandung berbagai tingkat kejenuhan. Ada juga pertimbangan termodinamika dalam mempelajari sifat membran karena, bahkan pada suhu fisiologis, ketebalan membran sel dan distribusi lipid yang berbeda dapat berubah.

Akhirnya, membran juga memiliki struktur yang disebut rakit lipid yang terdiri dari lipid khusus, dan kolesterol dan protein yang melekat pada membran melalui glikolipid. Rakit lipid secara sederhana adalah subdomain penting, terutama untuk transduksi sinyal.

Istilah Biologi Terkait

  • Molekul Amfipatik – Molekul yang mengandung daerah hidrofilik polar dan daerah hidrofobik non-polar.
  • Antigen – Setiap molekul yang mampu menghasilkan respon imun.
  • Transduksi Sinyal – Transmisi informasi, dalam bentuk sinyal listrik atau kimia, dari bagian luar sel ke bagian dalam.
  • Sphingolipids – Turunan asam lemak dari molekul yang disebut sphingosine. Sering terlihat pada membran lipid rakit.
  • Termodinamika – Cabang ilmu yang mempelajari hubungan antara panas dan besaran pokok seperti energi, usaha, entropi, dan suhu.

Ulangan

1. Manakah dari pernyataan berikut tentang struktur membran yang benar?
A. Terutama terbuat dari molekul kolesterol
B. Glikoprotein pada permukaan sel diperlukan untuk pengenalan kekebalan
C. Rakit lipid diprediksi oleh model awal struktur membran sel
D. Semua hal di atas

Jawaban untuk Pertanyaan #1Bbenar. Misalnya, pengelompokan darah ABO tergantung pada glikoprotein yang ada pada membran sel. Mereka yang memiliki golongan darah A dan B masing-masing memiliki antigen A dan B, dan mereka yang tidak memiliki salah satu dari glikoprotein ini memiliki golongan darah O.

Antigen lain yang relevan untuk pengelompokan darah secara sederhana adalah daerah yang sangat imunogenik dari antigen D, yang disebut faktor Rhesus. Mereka yang memiliki antigen faktor Rhesus dikatakan ‘positif’. Kombinasi kedua keluarga antigen ini menghasilkan golongan darah seperti AB positif, O negatif, B negatif, A positif, dan seterusnya.

Ketika sel-sel kekebalan menjadi matang, mereka terpapar ke berbagai sel tubuh dan komposisi glikoproteinnya, yang menghasilkan kemampuan mereka untuk membedakan antigen ‘diri’ dari antigen ‘non-diri’. Ketika pematangan ini tidak terjadi dengan baik, gangguan autoimun bisa muncul.

2. Manakah dari fitur-fitur model mosaik cairan membran sel?
A. Lapisan ganda lipid yang dibentuk oleh molekul fosfolipid amfipatik
B. Sebuah mosaik yang dibentuk oleh protein, kolesterol, dan komponen membran lainnya
C. Kemampuan untuk difusi lateral komponen membran
D. Semua hal di atas

Jawaban untuk Pertanyaan #2D benar. Model mosaik fluida dibangun di atas hipotesis sebelumnya tentang struktur membran, yang mendalilkan bahwa membran biologis terbuat dari bilayer lipid.

Sementara awalnya, protein dianggap membentuk lembaran tipis di kedua sisi bilayer membran, model mosaik fluida menganggap keberadaan protein globular sebagai bagian integral dari struktur membran. Model ini juga menyiratkan bahwa ada difusi bebas yang lengkap dari semua komponen ‘mosaik’ di sepanjang lapisan ganda fosfolipid.

3. Manakah dari ide-ide ini yang mewakili penyempurnaan model mosaik cair?
A. Ketebalan membran sel yang berbeda di daerah yang berbeda, tergantung pada komposisi protein membran integral
B. Kehadiran rakit lipid untuk transduksi sinyal
C. Mencairnya lipid pada suhu fisiologis dan perubahan komposisi lipid dalam subdomain yang berbeda dari membran
D. Semua di atas

Jawaban untuk Pertanyaan #3D benar. Ketika protein membran integral memiliki daerah transmembran hidrofobik yang lebih panjang atau pendek, membran sel tampaknya berubah bentuk untuk mempertahankan seluruh regangan dalam daerah lipid hidrofobiknya. Rakit lipid, yang terdiri dari lemak khusus, kolesterol dan sphingolipids dapat mengkonsentrasikan atau mengeluarkan beberapa protein ke dalam subdomain dalam membran, memungkinkan transduksi sinyal yang cepat.

Related Posts