Κυτταρική μεμβράνη - ένα δομικό στοιχείο του κυττάρου, που το προστατεύει από το εξωτερικό περιβάλλον. Με τη βοήθεια του αλληλεπιδρά με τον μεσοκυττάριο χώρο και αποτελεί μέρος του βιολογικού συστήματος. Η μεμβράνη του έχει μια ειδική δομή που αποτελείται από μια λιπιδική διπλοστιβάδα, ενιαίες και ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες. Τα τελευταία είναι μεγάλα μόρια που εκτελούν διάφορες λειτουργίες. Τις περισσότερες φορές, εμπλέκονται στη μεταφορά ειδικών ουσιών, η συγκέντρωση των οποίων στις διαφορετικές πλευρές της μεμβράνης ρυθμίζεται προσεκτικά.
Γενικό σχέδιο της δομής της κυτταρικής μεμβράνης
Η πλασματική μεμβράνη είναι μια συλλογή μορίων λιπών και σύνθετων πρωτεϊνών. Τα φωσφολιπίδια του, με τα υδρόφιλα υπολείμματά τους, βρίσκονται σε αντίθετες πλευρές της μεμβράνης, σχηματίζοντας μια διπλοστοιβάδα λιπιδίων. Αλλά οι υδρόφοβες περιοχές τους, που αποτελούνται από υπολείμματα λιπαρών οξέων, στρέφονται προς τα μέσα. Αυτό σας επιτρέπει να δημιουργήσετε μια ρευστή δομή υγρών κρυστάλλων που μπορεί να αλλάζει συνεχώς σχήμα και βρίσκεται σε δυναμική ισορροπία.
Αυτό το χαρακτηριστικό της δομής σας επιτρέπει να περιορίσετε το κύτταρο από τον μεσοκυττάριο χώρο, επειδή η μεμβράνη είναι συνήθως αδιαπέραστη από το νερό και όλες τις ουσίες που είναι διαλυμένες σε αυτό. Ορισμένες σύνθετες ενσωματωμένες πρωτεΐνες, ημιολοκληρωμένα και επιφανειακά μόρια βυθίζονται στο πάχος της μεμβράνης. Μέσω αυτών, το κύτταρο αλληλεπιδρά με τον έξω κόσμο, διατηρώντας την ομοιόσταση και σχηματίζοντας αναπόσπαστους βιολογικούς ιστούς.
Πρωτεΐνες μεμβράνης πλάσματος
Όλα τα μόρια πρωτεΐνης που βρίσκονται στην επιφάνεια ή στο πάχος της πλασματικής μεμβράνης χωρίζονται σε τύπους ανάλογα με το βάθος εμφάνισής τους. Υπάρχουν ενσωματωμένες πρωτεΐνες που διεισδύουν στη λιπιδική διπλή στιβάδα, ημι-ολοκληρωμένες πρωτεΐνες που προέρχονται από την υδρόφιλη περιοχή της μεμβράνης και βγαίνουν έξω, καθώς και επιφανειακές πρωτεΐνες που βρίσκονται στην εξωτερική περιοχή της μεμβράνης. Τα ενσωματωμένα μόρια πρωτεΐνης διαπερνούν το πλάσμα με έναν ειδικό τρόπο και μπορούν να συνδεθούν με τη συσκευή του υποδοχέα. Πολλά από αυτά τα μόρια διαπερνούν ολόκληρη τη μεμβράνη και ονομάζονται διαμεμβρανικά. Τα υπόλοιπα είναι αγκυρωμένα στο υδρόφοβο τμήμα της μεμβράνης και είτε εξέρχονται στην εσωτερική είτε στην εξωτερική επιφάνεια.
Κανάλια ιόντων κυττάρων
Πιο συχνά, τα κανάλια ιόντων λειτουργούν ως πρωτεΐνες αναπόσπαστου συμπλέγματος. Αυτές οι δομές είναι υπεύθυνες για την ενεργό μεταφορά ορισμένων ουσιών μέσα ή έξω από το κύτταρο. Αποτελούνται από πολλές υπομονάδες πρωτεΐνης και μια ενεργή θέση. Όταν εκτίθεται σε ένα συγκεκριμένο συνδετήρα στο ενεργό κέντρο, που αντιπροσωπεύεται από ένα συγκεκριμένο σύνολοαμινοξέα, υπάρχει αλλαγή στη διαμόρφωση του διαύλου ιόντων. Μια τέτοια διαδικασία σάς επιτρέπει να ανοίξετε ή να κλείσετε το κανάλι, ξεκινώντας ή σταματώντας έτσι την ενεργή μεταφορά ουσιών.
Μερικά κανάλια ιόντων είναι ανοιχτά τις περισσότερες φορές, αλλά όταν λαμβάνεται ένα σήμα από μια πρωτεΐνη υποδοχέα ή όταν συνδέεται ένας συγκεκριμένος συνδέτης, μπορούν να κλείσουν, διακόπτοντας το ρεύμα ιόντων. Αυτή η αρχή λειτουργίας συνοψίζεται στο γεγονός ότι έως ότου ληφθεί ένας υποδοχέας ή χυμικό σήμα για να σταματήσει η ενεργή μεταφορά μιας συγκεκριμένης ουσίας, θα πραγματοποιηθεί. Μόλις ληφθεί το σήμα, η μεταφορά θα πρέπει να σταματήσει.
Οι περισσότερες από τις ενσωματωμένες πρωτεΐνες που δρουν ως δίαυλοι ιόντων λειτουργούν για να αναστέλλουν τη μεταφορά έως ότου προσκολληθεί ένας συγκεκριμένος συνδέτης στην ενεργή θέση. Στη συνέχεια θα ενεργοποιηθεί η μεταφορά ιόντων, η οποία θα επιτρέψει την επαναφόρτιση της μεμβράνης. Αυτός ο αλγόριθμος λειτουργίας των διαύλων ιόντων είναι τυπικός για κύτταρα διεγέρσιμων ανθρώπινων ιστών.
Τύποι ενσωματωμένων πρωτεϊνών
Όλες οι πρωτεΐνες της μεμβράνης (ολοκληρωτικές, ημιολοκληρωμένες και επιφανειακές) εκτελούν σημαντικές λειτουργίες. Ακριβώς λόγω του ειδικού ρόλου τους στη ζωή του κυττάρου έχουν ένα συγκεκριμένο είδος ενσωμάτωσης στη μεμβράνη των φωσφολιπιδίων. Ορισμένες πρωτεΐνες, πιο συχνά πρόκειται για κανάλια ιόντων, πρέπει να καταστέλλουν πλήρως το πλάσμα για να πραγματοποιήσουν τις λειτουργίες τους. Τότε ονομάζονται πολυτοπικά, δηλαδή διαμεμβρανικά. Άλλα εντοπίζονται από τη θέση αγκύρωσής τους στην υδρόφοβη θέση της διπλοστοιβάδας φωσφολιπιδίου και η ενεργή θέση εκτείνεται μόνο στην εσωτερική ή μόνο στην εξωτερικήεπιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης. Τότε λέγονται μονοτοπικά. Συχνότερα είναι μόρια υποδοχείς που λαμβάνουν ένα σήμα από την επιφάνεια της μεμβράνης και το μεταδίδουν σε έναν ειδικό «ενδιάμεσο».
Ανανέωση ενσωματωμένων πρωτεϊνών
Όλα τα ενσωματωμένα μόρια διεισδύουν πλήρως στην υδρόφοβη περιοχή και στερεώνονται σε αυτήν με τέτοιο τρόπο ώστε η κίνησή τους να επιτρέπεται μόνο κατά μήκος της μεμβράνης. Ωστόσο, η είσοδος της πρωτεΐνης στο κύτταρο, όπως ακριβώς και η αυθόρμητη αποκόλληση του μορίου της πρωτεΐνης από το κυτταρόλημμα, είναι αδύνατη. Υπάρχει μια παραλλαγή στην οποία οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες της μεμβράνης εισέρχονται στο κυτταρόπλασμα. Συνδέεται με πινοκύττωση ή φαγοκυττάρωση, όταν δηλαδή ένα κύτταρο συλλαμβάνει ένα στερεό ή υγρό και το περιβάλλει με μια μεμβράνη. Στη συνέχεια τραβιέται μέσα μαζί με τις πρωτεΐνες που είναι ενσωματωμένες σε αυτό.
Φυσικά, αυτός δεν είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος ανταλλαγής ενέργειας στο κύτταρο, επειδή όλες οι πρωτεΐνες που προηγουμένως χρησίμευαν ως υποδοχείς ή κανάλια ιόντων θα αφομοιωθούν από το λυσόσωμα. Αυτό θα απαιτήσει τη νέα τους σύνθεση, για την οποία θα δαπανηθεί σημαντικό μέρος των ενεργειακών αποθεμάτων των μακροεργαλείων. Ωστόσο, κατά την «εκμετάλλευση» των μορίων συχνά καταστρέφονται κανάλια ή υποδοχείς ιόντων, μέχρι την αποκόλληση τμημάτων του μορίου. Αυτό απαιτεί και την επανασύνθεσή τους. Επομένως, η φαγοκυττάρωση, ακόμα κι αν συμβαίνει με τη διάσπαση των δικών της μορίων υποδοχέα, είναι επίσης ένας τρόπος συνεχούς ανανέωσής τους.
Υδροφοβική αλληλεπίδραση ενσωματωμένων πρωτεϊνών
Όπως ήτανπου περιγράφηκαν παραπάνω, οι ενσωματωμένες μεμβρανικές πρωτεΐνες είναι πολύπλοκα μόρια που φαίνεται να είναι κολλημένα στην κυτταροπλασματική μεμβράνη. Ταυτόχρονα, μπορούν να κολυμπήσουν ελεύθερα σε αυτό, κινούμενοι κατά μήκος του πλάσματος, αλλά δεν μπορούν να απομακρυνθούν από αυτό και να εισέλθουν στον μεσοκυττάριο χώρο. Αυτό επιτυγχάνεται λόγω των ιδιαιτεροτήτων της υδρόφοβης αλληλεπίδρασης των ενσωματωμένων πρωτεϊνών με τα φωσφολιπίδια της μεμβράνης.
Τα ενεργά κέντρα των ενσωματωμένων πρωτεϊνών βρίσκονται είτε στην εσωτερική είτε στην εξωτερική επιφάνεια της λιπιδικής διπλοστοιβάδας. Και αυτό το θραύσμα του μακρομορίου, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη σφιχτή στερέωση, βρίσκεται πάντα ανάμεσα στις υδρόφοβες περιοχές των φωσφολιπιδίων. Λόγω της αλληλεπίδρασης με αυτές, όλες οι διαμεμβρανικές πρωτεΐνες παραμένουν πάντα στο πάχος της κυτταρικής μεμβράνης.
Συναρτήσεις ενσωματωμένων μακρομορίων
Οποιαδήποτε ενσωματωμένη πρωτεΐνη μεμβράνης έχει μια θέση αγκύρωσης που βρίσκεται ανάμεσα στα υδρόφοβα υπολείμματα των φωσφολιπιδίων και ένα ενεργό κέντρο. Ορισμένα μόρια έχουν μόνο ένα ενεργό κέντρο και βρίσκονται στην εσωτερική ή την εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης. Υπάρχουν επίσης μόρια με πολλαπλές ενεργές θέσεις. Όλα αυτά εξαρτώνται από τις λειτουργίες που εκτελούνται από ενσωματωμένες και περιφερειακές πρωτεΐνες. Η πρώτη τους λειτουργία είναι η ενεργή μεταφορά.
Τα μακρομόρια πρωτεΐνης, τα οποία είναι υπεύθυνα για τη διέλευση των ιόντων, αποτελούνται από πολλές υπομονάδες και ρυθμίζουν το ρεύμα ιόντων. Κανονικά, η πλασματική μεμβράνη δεν μπορεί να περάσει ενυδατωμένα ιόντα, καθώς είναι από τη φύση της ένα λιπίδιο. Η παρουσία διαύλων ιόντων, που είναι αναπόσπαστες πρωτεΐνες, επιτρέπει στα ιόντα να διεισδύσουν στο κυτταρόπλασμα και να επαναφορτίσουν την κυτταρική μεμβράνη. Αυτός είναι ο κύριος μηχανισμός για την εμφάνιση του δυναμικού της μεμβράνης των διεγέρσιμων κυττάρων ιστού.
Μόρια υποδοχέων
Η δεύτερη λειτουργία των ενσωματωμένων μορίων είναι η λειτουργία του υποδοχέα. Μία διπλή στιβάδα λιπιδίων της μεμβράνης εφαρμόζει προστατευτική λειτουργία και περιορίζει πλήρως το κύτταρο από το εξωτερικό περιβάλλον. Ωστόσο, λόγω της παρουσίας μορίων υποδοχέα, τα οποία αντιπροσωπεύονται από ενσωματωμένες πρωτεΐνες, το κύτταρο μπορεί να λάβει σήματα από το περιβάλλον και να αλληλεπιδράσει μαζί του. Ένα παράδειγμα είναι ο υποδοχέας των επινεφριδίων καρδιομυοκυττάρων, η πρωτεΐνη προσκόλλησης κυττάρων, ο υποδοχέας ινσουλίνης. Ένα συγκεκριμένο παράδειγμα μιας πρωτεΐνης υποδοχέα είναι η βακτηριοροδοψίνη, μια ειδική πρωτεΐνη μεμβράνης που βρίσκεται σε ορισμένα βακτήρια που τους επιτρέπει να ανταποκρίνονται στο φως.
Πρωτεΐνες διακυτταρικής αλληλεπίδρασης
Η τρίτη ομάδα λειτουργιών των ενσωματωμένων πρωτεϊνών είναι η υλοποίηση των μεσοκυτταρικών επαφών. Χάρη σε αυτά, ένα κύτταρο μπορεί να ενωθεί με ένα άλλο, δημιουργώντας έτσι μια αλυσίδα μεταφοράς πληροφοριών. Τα Nexus λειτουργούν σύμφωνα με αυτόν τον μηχανισμό - κενά διασταυρώσεις μεταξύ των καρδιομυοκυττάρων, μέσω των οποίων μεταδίδεται ο καρδιακός ρυθμός. Η ίδια αρχή λειτουργίας παρατηρείται στις συνάψεις, μέσω των οποίων μεταδίδεται μια ώθηση στους νευρικούς ιστούς.
Μέσω των ενσωματωμένων πρωτεϊνών, τα κύτταρα μπορούν επίσης να δημιουργήσουν μια μηχανική σύνδεση, η οποία είναι σημαντική για το σχηματισμό ενός ενιαίου βιολογικού ιστού. Επίσης, οι ενσωματωμένες πρωτεΐνες μπορούν να παίξουν το ρόλο των ενζύμων της μεμβράνης και να συμμετέχουν στη μεταφορά ενέργειας, συμπεριλαμβανομένων των νευρικών ερεθισμάτων.
