Membrana celulară - un element structural al celulei, protejând-o de mediul extern. Cu ajutorul acestuia, interacționează cu spațiul intercelular și face parte din sistemul biologic. Membrana sa are o structură specială constând dintr-un strat dublu lipidic, proteine integrale și semi-integrale. Acestea din urmă sunt molecule mari care îndeplinesc diverse funcții. Cel mai adesea, sunt implicați în transportul unor substanțe speciale, a căror concentrație pe diferite părți ale membranei este atent reglată.
Plan general al structurii membranei celulare
Membrana plasmatică este o colecție de molecule de grăsimi și proteine complexe. Fosfolipidele sale, cu reziduurile lor hidrofile, sunt situate pe părțile opuse ale membranei, formând un dublu strat lipidic. Dar zonele lor hidrofobe, constând din reziduuri de acizi grași, sunt întoarse spre interior. Acest lucru vă permite să creați o structură fluidă cu cristale lichide care își poate schimba constant forma și este în echilibru dinamic.
Această caracteristică a structurii vă permite să limitați celula din spațiul intercelular, deoarece membrana este în mod normal impermeabilă la apă și la toate substanțele dizolvate în ea. Unele proteine integrale complexe, molecule semi-integrale și de suprafață sunt scufundate în grosimea membranei. Prin intermediul acestora, celula interacționează cu lumea exterioară, menținând homeostazia și formând țesuturi biologice integrale.
Proteine ale membranei plasmatice
Toate moleculele de proteine care se află la suprafața sau în grosimea membranei plasmatice sunt împărțite în tipuri în funcție de adâncimea apariției lor. Există proteine integrale care pătrund în bistratul lipidic, proteine semi-integrale care își au originea în regiunea hidrofilă a membranei și ies în exterior, precum și proteine de suprafață situate pe zona exterioară a membranei. Moleculele proteice integrale pătrund în plasmalema într-un mod special și pot fi conectate la aparatul receptor. Multe dintre aceste molecule pătrund în întreaga membrană și sunt numite transmembranare. Restul sunt ancorați în porțiunea hidrofobă a membranei și ies fie pe suprafața interioară, fie pe suprafața exterioară.
Canale ionice celulare
Cel mai adesea, canalele ionice acționează ca proteine complexe integrale. Aceste structuri sunt responsabile pentru transportul activ al anumitor substanțe în interiorul sau în afara celulei. Ele constau din mai multe subunități proteice și un loc activ. Când este expus la un ligand specific de pe centrul activ, reprezentat de un set specificaminoacizi, are loc o modificare a conformației canalului ionic. Un astfel de proces vă permite să deschideți sau să închideți canalul, pornind sau oprind astfel transportul activ al substanțelor.
Unele canale ionice sunt deschise de cele mai multe ori, dar atunci când un semnal este primit de la o proteină receptoră sau când este atașat un anumit ligand, ele se pot închide, oprind curentul ionic. Acest principiu de funcționare se rezumă la faptul că până când un receptor sau un semnal umoral este primit pentru a opri transportul activ al unei anumite substanțe, acesta va fi efectuat. De îndată ce semnalul este primit, transportul ar trebui să fie oprit.
Majoritatea proteinelor integrale care acționează ca canale ionice funcționează pentru a inhiba transportul până când un anumit ligand este atașat la locul activ. Apoi va fi activat transportul ionic, ceea ce va permite reîncărcarea membranei. Acest algoritm de funcționare a canalelor ionice este tipic pentru celulele țesuturilor umane excitabile.
Tipuri de proteine încorporate
Toate proteinele membranare (integrale, semi-integrale și de suprafață) îndeplinesc funcții importante. Tocmai datorită rolului lor special în viața celulei au un anumit tip de integrare în membrana fosfolipidelor. Unele proteine, de cele mai multe ori acestea sunt canale ionice, trebuie să suprime complet plasmalema pentru a-și realiza funcțiile. Apoi se numesc politopice, adică transmembranare. Altele sunt localizate prin locul lor de ancorare în situsul hidrofob al stratului dublu fosfolipidic, iar locul activ se extinde numai la interior sau numai la exterior.suprafata membranei celulare. Apoi se numesc monotopice. Mai des sunt molecule receptor care primesc un semnal de la suprafața membranei și îl transmit unui „intermediar” special.
Reînnoirea proteinelor integrale
Toate moleculele integrale pătrund complet în zona hidrofobă și sunt fixate în ea în așa fel încât mișcarea lor să fie permisă doar de-a lungul membranei. Cu toate acestea, pătrunderea proteinei în celulă, la fel ca detașarea spontană a moleculei proteice de citolemă, este imposibilă. Există o variantă în care proteinele integrale ale membranei intră în citoplasmă. Se asociază cu pinocitoză sau fagocitoză, adică atunci când o celulă captează un solid sau lichid și o înconjoară cu o membrană. Este apoi tras înăuntru împreună cu proteinele încorporate în el.
Desigur, acesta nu este cel mai eficient mod de a schimba energie în celulă, deoarece toate proteinele care au servit anterior drept receptori sau canale ionice vor fi digerate de lizozom. Acest lucru va necesita noua lor sinteză, pentru care o parte semnificativă din rezervele de energie ale macroergilor vor fi cheltuite. Cu toate acestea, în timpul „exploatării” moleculelor canalelor ionice sau receptorilor sunt adesea deteriorate, până la detașarea unor secțiuni ale moleculei. Acest lucru necesită și resinteza lor. Prin urmare, fagocitoza, chiar dacă are loc odată cu scindarea propriilor molecule de receptor, este, de asemenea, o modalitate de reînnoire constantă a acestora.
Interacțiune hidrofobă a proteinelor integrale
Așa cum a fostdescrise mai sus, proteinele integrale ale membranei sunt molecule complexe care par a fi blocate în membrana citoplasmatică. În același timp, ei pot înota liber în el, mișcându-se de-a lungul plasmalemei, dar nu se pot desprinde de ea și nu pot intra în spațiul intercelular. Acest lucru se realizează datorită particularităților interacțiunii hidrofobe a proteinelor integrale cu fosfolipidele membranare.
Centrii activi ai proteinelor integrale sunt localizați fie pe suprafața interioară, fie pe cea exterioară a stratului dublu lipidic. Și acel fragment al macromoleculei, care este responsabil pentru fixarea strânsă, este întotdeauna situat printre regiunile hidrofobe ale fosfolipidelor. Datorită interacțiunii cu acestea, toate proteinele transmembranare rămân întotdeauna în grosimea membranei celulare.
Funcțiile macromoleculelor integrale
Orice proteină membranară integrală are un loc de ancorare situat printre reziduurile hidrofobe ale fosfolipidelor și un centru activ. Unele molecule au un singur centru activ și sunt situate pe suprafața interioară sau exterioară a membranei. Există, de asemenea, molecule cu mai multe situsuri active. Toate acestea depind de funcțiile îndeplinite de proteinele integrale și periferice. Prima lor funcție este transportul activ.
Macromoleculele de proteine, care sunt responsabile de trecerea ionilor, constau din mai multe subunități și reglează curentul ionic. În mod normal, membrana plasmatică nu poate trece ionii hidratați, deoarece este o lipidă prin natură. Prezența canalelor ionice, care sunt proteine integrale, permite ionilor să pătrundă în citoplasmă și să reîncarce membrana celulară. Acesta este mecanismul principal pentru apariția potențialului de membrană al celulelor tisulare excitabile.
Molecule receptore
A doua funcție a moleculelor integrale este funcția receptorului. Un dublu strat lipidic al membranei implementează o funcție de protecție și limitează complet celula de mediul extern. Cu toate acestea, datorită prezenței moleculelor receptor, care sunt reprezentate de proteine integrale, celula poate primi semnale din mediu și poate interacționa cu acesta. Un exemplu este receptorul suprarenal al cardiomiocitelor, proteina de adeziune celulară, receptorul de insulină. Un exemplu special de proteină receptoră este bacteriorhodopsina, o proteină specială de membrană găsită în unele bacterii care le permite să răspundă la lumină.
Proteine de interacțiune intercelulară
Al treilea grup de funcții ale proteinelor integrale este implementarea contactelor intercelulare. Datorită lor, o celulă se poate alătura alteia, creând astfel un lanț de transfer de informații. Nexusurile funcționează conform acestui mecanism - joncțiuni între cardiomiocite, prin care se transmite ritmul cardiac. Același principiu de funcționare se observă și în sinapse, prin care un impuls este transmis în țesuturile nervoase.
Prin proteinele integrale, celulele pot crea și o legătură mecanică, care este importantă în formarea unui țesut biologic integral. De asemenea, proteinele integrale pot juca rolul enzimelor membranare și pot participa la transferul de energie, inclusiv la impulsurile nervoase.
