Ląstelės membrana – struktūrinis ląstelės elementas, apsaugantis ją nuo išorinės aplinkos. Jos pagalba jis sąveikauja su tarpląsteline erdve ir yra biologinės sistemos dalis. Jo membrana turi ypatingą struktūrą, susidedančią iš lipidinio dvisluoksnio, vientisų ir pusiau vientisų b altymų. Pastarosios yra didelės molekulės, atliekančios įvairias funkcijas. Dažniausiai jie dalyvauja gabenant specialias medžiagas, kurių koncentracija skirtingose membranos pusėse yra kruopščiai reguliuojama.
Bendras ląstelės membranos struktūros planas
Plazmos membrana yra riebalų ir sudėtingų b altymų molekulių rinkinys. Jo fosfolipidai su savo hidrofilinėmis liekanomis yra priešingose membranos pusėse, sudarydami lipidų dvisluoksnį sluoksnį. Tačiau jų hidrofobinės sritys, susidedančios iš riebalų rūgščių likučių, yra pasuktos į vidų. Tai leidžia sukurti skystą skystųjų kristalų struktūrą, kuri gali nuolat keisti formą ir yra dinaminėje pusiausvyroje.
Ši struktūros ypatybė leidžia apriboti ląstelę nuo tarpląstelinės erdvės, nes membrana paprastai yra nepralaidi vandeniui ir visoms joje ištirpusioms medžiagoms. Kai kurie sudėtingi integraliniai b altymai, pusiau vientisos ir paviršiaus molekulės yra panardintos į membranos storį. Per juos ląstelė sąveikauja su išoriniu pasauliu, palaikydama homeostazę ir sudarydama vientisus biologinius audinius.
Plazmos membranos b altymai
Visos b altymų molekulės, esančios plazminės membranos paviršiuje arba storyje, yra skirstomos į tipus, atsižvelgiant į jų atsiradimo gylį. Yra integruotų b altymų, prasiskverbiančių į lipidų dvisluoksnį, pusiau vientisų b altymų, kurie atsiranda hidrofiliniame membranos regione ir išeina į lauką, taip pat paviršiaus b altymai, esantys išorinėje membranos srityje. Integruotos b altymų molekulės ypatingu būdu prasiskverbia pro plazmalemą ir gali būti prijungtos prie receptorių aparato. Daugelis šių molekulių prasiskverbia per visą membraną ir yra vadinamos transmembraninėmis. Likusieji yra pritvirtinti prie hidrofobinės membranos dalies ir išeina į vidinį arba išorinį paviršių.
Ląstelių jonų kanalai
Dažniausiai jonų kanalai veikia kaip sudėtiniai kompleksiniai b altymai. Šios struktūros yra atsakingos už aktyvų tam tikrų medžiagų transportavimą į ląstelę arba iš jos. Jie susideda iš kelių b altymų subvienetų ir aktyvios vietos. Veikiant tam tikram ligandui aktyviame centre, vaizduojamame tam tikru rinkiniuaminorūgščių, pasikeičia jonų kanalo konformacija. Toks procesas leidžia atidaryti arba uždaryti kanalą ir taip pradėti arba sustabdyti aktyvų medžiagų transportavimą.
Kai kurie jonų kanalai yra atviri didžiąją laiko dalį, bet kai gaunamas signalas iš receptorių b altymo arba kai yra prijungtas konkretus ligandas, jie gali užsidaryti ir sustabdyti jonų srovę. Šis veikimo principas susiveda į tai, kad tol, kol nebus gautas receptorius arba humoralinis signalas sustabdyti aktyvų tam tikros medžiagos transportavimą, jis bus vykdomas. Kai tik gaunamas signalas, transportavimas turi būti sustabdytas.
Dauguma integruotų b altymų, kurie veikia kaip jonų kanalai, slopina transportavimą, kol konkretus ligandas prisijungia prie aktyvios vietos. Tada bus suaktyvintas jonų pernešimas, kuris leis įkrauti membraną. Šis jonų kanalų veikimo algoritmas būdingas jaudinamų žmogaus audinių ląstelėms.
Įterptųjų b altymų tipai
Visi membraniniai b altymai (integraliniai, pusiau integraliniai ir paviršiniai) atlieka svarbias funkcijas. Būtent dėl savo ypatingo vaidmens ląstelės gyvenime jie turi tam tikrą integraciją į fosfolipidų membraną. Kai kurie b altymai, dažniau tai yra jonų kanalai, turi visiškai nuslopinti plazmalemą, kad įgyvendintų savo funkcijas. Tada jie vadinami politopiniais, tai yra transmembraniniais. Kiti yra lokalizuoti pagal jų tvirtinimo vietą hidrofobinėje fosfolipidinio dvisluoksnio sluoksnio vietoje, o aktyvi vieta tęsiasi tik į vidinį arba tik į išorinį.ląstelės membranos paviršius. Tada jie vadinami monotopiniais. Dažniau tai yra receptorių molekulės, kurios gauna signalą nuo membranos paviršiaus ir perduoda jį specialiam „tarpininkui“.
Viešųjų b altymų atnaujinimas
Visos vientisos molekulės visiškai prasiskverbia į hidrofobinę sritį ir joje fiksuojamos taip, kad jų judėjimas leidžiamas tik palei membraną. Tačiau b altymo patekimas į ląstelę, kaip ir spontaniškas b altymo molekulės atsiskyrimas nuo citolemos, yra neįmanomas. Yra variantas, kai integralūs membranos b altymai patenka į citoplazmą. Jis siejamas su pinocitoze arba fagocitoze, tai yra, kai ląstelė užfiksuoja kietą ar skystą medžiagą ir apgaubia ją membrana. Tada jis įtraukiamas į vidų kartu su jame esančiais b altymais.
Žinoma, tai nėra pats efektyviausias būdas keistis energija ląstelėje, nes visi b altymai, kurie anksčiau tarnavo kaip receptoriai arba jonų kanalai, bus virškinami lizosomų. Tam reikės naujos jų sintezės, kuriai bus išleista nemaža dalis makroergų energijos atsargų. Tačiau „eksploatuojant“molekulės dažnai pažeidžiami jonų kanalai arba receptoriai, iki molekulės dalių atsiskyrimo. Tam taip pat reikalinga jų pakartotinė sintezė. Todėl fagocitozė, net jei ji atsiranda suskaidžius savo receptorių molekules, taip pat yra jų nuolatinio atsinaujinimo būdas.
Hidrofobinė integruotų b altymų sąveika
Kaip buvoKaip aprašyta aukščiau, integralūs membranos b altymai yra sudėtingos molekulės, kurios, atrodo, yra įstrigusios citoplazminėje membranoje. Tuo pačiu metu jie gali laisvai plaukioti jame, judėdami palei plazmalemą, tačiau negali nuo jos atitrūkti ir patekti į tarpląstelinę erdvę. Tai realizuojama dėl integruotų b altymų hidrofobinės sąveikos su membranos fosfolipidais ypatumų.
Aktyvūs integruotų b altymų centrai yra vidiniame arba išoriniame lipidų dvisluoksnio paviršiuje. Ir tas makromolekulės fragmentas, atsakingas už tvirtą fiksaciją, visada yra tarp hidrofobinių fosfolipidų sričių. Dėl sąveikos su jais visi transmembraniniai b altymai visada lieka ląstelės membranos storyje.
Integrinių makromolekulių funkcijos
Bet kuris integruotas membranos b altymas turi tvirtinimo vietą tarp hidrofobinių fosfolipidų liekanų ir aktyvųjį centrą. Kai kurios molekulės turi tik vieną aktyvųjį centrą ir yra vidiniame arba išoriniame membranos paviršiuje. Taip pat yra molekulių su daugybe aktyvių vietų. Visa tai priklauso nuo integralinių ir periferinių b altymų atliekamų funkcijų. Pirmoji jų funkcija yra aktyvus transportavimas.
B altymų makromolekulės, atsakingos už jonų praėjimą, susideda iš kelių subvienetų ir reguliuoja jonų srovę. Paprastai plazminė membrana negali praleisti hidratuotų jonų, nes ji iš prigimties yra lipidas. Jonų kanalų, kurie yra integruoti b altymai, buvimas leidžia jonams prasiskverbti į citoplazmą ir papildyti ląstelės membraną. Tai yra pagrindinis sužadinamų audinių ląstelių membranos potencialo atsiradimo mechanizmas.
Receptorių molekulės
Antra vientisų molekulių funkcija yra receptorių funkcija. Vienas lipidinis dvisluoksnis membranos sluoksnis atlieka apsauginę funkciją ir visiškai apriboja ląstelę nuo išorinės aplinkos. Tačiau dėl receptorių molekulių, kurias reprezentuoja vientisi b altymai, ląstelė gali priimti signalus iš aplinkos ir su ja sąveikauti. Pavyzdys yra kardiomiocitų antinksčių receptorius, ląstelių adhezijos b altymas, insulino receptorius. Ypatingas receptoriaus b altymo pavyzdys yra bakteriorodopsinas, specialus kai kuriose bakterijose randamas membraninis b altymas, leidžiantis joms reaguoti į šviesą.
Tarpląstelinės sąveikos b altymai
Trečioji integruotų b altymų funkcijų grupė yra tarpląstelinių kontaktų įgyvendinimas. Jų dėka viena ląstelė gali prisijungti prie kitos, taip sukurdama informacijos perdavimo grandinę. Pagal šį mechanizmą veikia jungtys – tarpinės jungtys tarp kardiomiocitų, per kurias perduodamas širdies ritmas. Toks pat veikimo principas stebimas ir sinapsėse, per kurias impulsas perduodamas nerviniuose audiniuose.
Per integruotus b altymus ląstelės taip pat gali sukurti mechaninį ryšį, o tai svarbu formuojant vientisą biologinį audinį. Be to, integruoti b altymai gali atlikti membraninių fermentų vaidmenį ir dalyvauti perduodant energiją, įskaitant nervinius impulsus.
