זוהי איננה שאלה טריוויאלית ואף מהווה תחום מחקר פעיל. על מנת לענות, עלינו תחילה להכיר את מבנה הממברנה הביולוגית, את יחידות הבסיס שלה ולא פחות חשוב – את הסביבה בה היא נמצאת.
יחידת הבסיס של הממברנה הביולוגית הוא הפוספוליפיד. מולקולה ארוכה זו מכילה 2 צדדים שונים: "ראש" הידרופילי ("אוהב" או נמשך למים) ו-2 חומצות שומן או "זנבות" הידרופובים ("פוחד" או דוחה מים). כאשר שמים פוספוליפידים בתוך סביבה מימית, ה"ראשים" של המולקולות שואפים לגעת במים וה"זנבות" של המולקולות שואפים להתרחק מהמים. התנהגות זו של מולקולות יוצרת מבנים מסודרים להפליא, כאשר אחת מהנפוצים שבהם היא הממברנה הדו-ליפידית.
סוגי ממברנות שונות, תמונה נלקחה מויקיפדיה.
הממברנה הדו-ליפידית בנויה כך שכל ה"ראשים" של הפוספוליפידים פונים אל סביבה מימית בתוך ומחוץ לתא ואילו ה"זנבות" פונים אחד אל השני, מוגנים מהסביבה המימית. זוהי נקודה עקרונית ביותר – הסביבה המימית היא זו שדוחפת את הפוספוליפידים ליצור את הממברנה הדו-ליפידית ובלעדיה אין לאחרונה קיום.
הממברנה התאית, התמונה נלקחה מויקיפדיה.
הממברנה הביולוגית מתבססת על המברנה הדו-ליפידית. בד"כ יהיו בה סוגים רבים של ליפידים שונים, חלבונים רבים וסטרולים (מולקולות אורגניות שכולסטרול היא המפורסמת מבינהם). כאשר נחמם מאוד את הממברנה, הסביבה המימית תרתח והממברנה תתפוצץ לחלקים קטנים יותר או שתהפוך לעיסה שומנית לא מסודרת. מנגד, כאשר נקפיא את הממברנה, הסביבה המימית תיצור גבישי קרח חדים אשר יקרעו את הממברנה לחתיכות. לעיתים, באמצעות הקפאה מהירה מאוד, ניתן לשמר את הממברנה שלמה. טכניקה זו נפוצה מאוד בקרב מדענים חוקרי ממברנות.
כל מה שנכתב בפסקה הקודמת התייחס לטמפרטורות קיצוניות, אשר לרוב אינם מסוגלות לקיים חיים. בטמפרטורות אשר נמצאות בטווח המסוגל לקיים חיים (באופן גס: בין 10 ל-70 מעלות צלזיוס, אם כי יש יוצאים מהכלל) התשובה מסובכת יותר. בכלליות ניתן להגיד שבטווחים אלו לממברנה יש 2 מצבים עיקריים: מצב דמוי ג'ל ומצב דמוי נוזל, כאשר הראשון מושג בטמפרטורות קרות יותר והאחרון בחמות יותר. במצב דמוי ג'ל הממברנה פחות גמישה ופחות עבירה לחומרים מבחוץ ובפנים ואילו במצב הדמוי נוזל – ההפך. הטמפרטורה בה הממברנה משתנה תלויה בהמון גורמים: סוג הפוספוליפידים מהם היא מורכבת, אחוז הסטרולים בממברנה וסוג החלבונים אשר מובנים בתוכה.
בלא מעט מערכות ביולוגיות, התא, בתגובה לשינויים בטמפרטורה, משנה את הרכב הממברנה על מנת לשמר תכונות פיזיולוגיות המועדפות עליו. כך לדוגמא, תאי הכבד של דג הפורל, בתגובה לקור, מתחילים לייצר פוספוליפידים בעלי חומצות שומן לא רוויות . חומצות שומן אלו נבדלות מחומצות שומן רוויות בכך שהן צפופות פחות ומאכלסות יותר אוויר. כאשר מספרם בממברנה עולה, הגמישות והעבירות של הממברנה עולות והדבר מקזז את הירידה בתכונות אלו אשר נגרמו מהקור.
מאת: שלומי דגן
המחלקה לכימיה ביולוגית
מכון ויצמן
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
