Šūnas virsmas aparāts ir universāla apakšsistēma. Tie nosaka robežu starp ārējo vidi un citoplazmu. PAC nodrošina to mijiedarbības regulēšanu. Tālāk aplūkosim šūnas virsmas aparāta strukturālās un funkcionālās organizācijas iezīmes.
Komponentes
Izšķir šādas eikariotu šūnu virsmas aparāta sastāvdaļas: plazmas membrāna, supramembrānas un submembrānas kompleksi. Pirmais ir sfēriski slēgta elementa veidā. Plazmalemma tiek uzskatīta par virsmas šūnu aparāta pamatu. Epimembrānas komplekss (saukts arī par glikokaliksu) ir ārējs elements, kas atrodas virs plazmas membrānas. Tas satur dažādas sastāvdaļas. Jo īpaši tie ietver:
- Glikoproteīnu un glikolipīdu ogļhidrātu daļas.
- Membrānas perifērās olb altumvielas.
- Īpaši ogļhidrāti.
- Daļēji integrālie un integrālie proteīni.
Zemmembrānas komplekss atrodas zem plazmlemmas. Tas satur muskuļu un skeleta sistēmu un perifēro hialoplazmu.
Apakšmembrānas elementikomplekss
Ņemot vērā šūnas virsmas aparāta uzbūvi, atsevišķi jāpakavējas pie perifērās hialoplazmas. Tā ir specializēta citoplazmas daļa un atrodas virs plazmas membrānas. Perifērā hialoplazma tiek pasniegta kā ļoti diferencēta šķidra, heterogēna viela. Tas satur dažādus augstas un zemas molekulmasas elementus šķīdumā. Faktiski tā ir mikrovide, kurā notiek specifiski un vispārīgi vielmaiņas procesi. Perifērā hialoplazma veic daudzas virsmas aparāta funkcijas.
Skeleta-muskuļu sistēma
Tas atrodas perifērā hialoplazmā. Skeleta-muskuļu sistēmā ir:
- Mikrofibrils.
- Skeleta fibrillas (starppavediens).
- Mikrotubulas.
Mikrofibrillas ir pavedienveida struktūras. Skeleta fibrillas veidojas vairāku olb altumvielu molekulu polimerizācijas dēļ. To skaitu un garumu regulē īpaši mehānismi. Kad tie mainās, rodas šūnu funkciju anomālijas. Mikrotubulas atrodas vistālāk no plazmlemmas. To sienas veido tubulīna proteīni.
Šūnas virsmas aparāta struktūra un funkcijas
Vielmaiņa tiek veikta, pateicoties transporta mehānismu klātbūtnei. Šūnas virsmas aparāta struktūra nodrošina iespēju veikt savienojumu kustību vairākos veidos. Jo īpaši šādi veiditransports:
- Vienkārša difūzija.
- Pasīvais transports.
- Aktīva kustība.
- Citoze (membrānas apmaiņa).
Papildus transportēšanai šādas šūnas virsmas aparāta funkcijas:
- Barjera (norobežošana).
- Receptors.
- Identifikācija.
- Šūnu kustības funkcija, veidojot filo-, pseido- un lamellopodia.
Brīva kustība
Vienkārša difūzija caur šūnas virsmas aparātu tiek veikta tikai elektriskā gradienta klātbūtnē abās membrānas pusēs. Tās izmērs nosaka kustības ātrumu un virzienu. Bilīda slānis var iziet cauri jebkurai hidrofoba tipa molekulai. Tomēr lielākā daļa bioloģiski aktīvo elementu ir hidrofīli. Attiecīgi viņu brīva pārvietošanās ir apgrūtināta.
Pasīvais transports
Šo salikto kustību veidu sauc arī par atvieglotu difūziju. To veic arī caur šūnas virsmas aparātu gradienta klātbūtnē un bez ATP patēriņa. Pasīvais transports ir ātrāks par bezmaksas transportu. Gradienta koncentrācijas starpības palielināšanas procesā pienāk brīdis, kad kustības ātrums kļūst nemainīgs.
Pārvadātāji
Transportu caur šūnas virsmas aparātu nodrošina īpašas molekulas. Ar šo nesēju palīdzību pa koncentrācijas gradientu iziet lielas hidrofila tipa molekulas (jo īpaši aminoskābes). Virsmaeikariotu šūnu aparātā ietilpst pasīvie nesēji dažādiem joniem: K+, Na+, Ca+, Cl-, HCO3-. Šīm īpašajām molekulām ir raksturīga augsta selektivitāte attiecībā uz transportētajiem elementiem. Turklāt to svarīgais īpašums ir liels kustības ātrums. Tas var sasniegt 104 vai vairāk molekulas sekundē.
Aktīvs transports
To raksturo kustīgi elementi pret gradientu. Molekulas tiek transportētas no zemas koncentrācijas zonas uz augstākas koncentrācijas apgabaliem. Šāda kustība ir saistīta ar zināmām ATP izmaksām. Aktīvā transporta īstenošanai dzīvnieka šūnas virsmas aparāta struktūrā ir iekļauti specifiski nesēji. Tos sauca par "sūkņiem" vai "sūkņiem". Daudzi no šiem nesējiem izceļas ar ATPāzes aktivitāti. Tas nozīmē, ka viņi spēj sadalīt adenozīna trifosfātu un iegūt enerģiju savām darbībām. Aktīvais transports rada jonu gradientus.
Citoze
Šo metodi izmanto, lai pārvietotu dažādu vielu daļiņas vai lielas molekulas. Citozes procesā transportēto elementu ieskauj membrānas pūslītis. Ja kustība tiek veikta šūnā, to sauc par endocitozi. Attiecīgi apgriezto virzienu sauc par eksocitozi. Dažās šūnās elementi iziet cauri. Šo transporta veidu sauc par transcitozi vai diaciozi.
Plasmolemma
Šūnas virsmas aparāta struktūrā ietilpst plazmamembrāna, kas pārsvarā veidota no lipīdiem un olb altumvielām proporcijā aptuveni 1:1. Pirmais šī elementa "sviestmaizes modelis" tika piedāvāts 1935. gadā. Saskaņā ar teoriju, plazmolemmas pamatu veido lipīdu molekulas, kas sakrautas divos slāņos (bilipīda slānis). Viņi pagriež savas astes (hidrofobās zonas) viena pret otru, bet uz āru un uz iekšu - hidrofilas galvas. Šīs bilipīda slāņa virsmas ir pārklātas ar olb altumvielu molekulām. Šo modeli apstiprināja 1950. gados ultrastrukturālie pētījumi, kas veikti, izmantojot elektronu mikroskopu. Jo īpaši tika konstatēts, ka dzīvnieku šūnas virsmas aparāts satur trīsslāņu membrānu. Tās biezums ir 7,5-11 nm. Tam ir vidēji gaišs un divi tumši perifērie slāņi. Pirmais atbilst lipīdu molekulu hidrofobajam reģionam. Tumšie apgabali savukārt ir nepārtraukti proteīnu un hidrofilu galviņu virsmas slāņi.
Citas teorijas
Dažādi elektronu mikroskopijas pētījumi, kas veikti 50. gadu beigās – 60. gadu sākumā. norādīja uz membrānu trīsslāņu organizācijas universālumu. Tas ir atspoguļots J. Robertsona teorijā. Tikmēr līdz 60. gadu beigām sakrājies diezgan daudz faktu, kas nav izskaidroti no esošā "sviestmaizes modeļa" viedokļa. Tas deva impulsu jaunu shēmu izstrādei, ieskaitot modeļus, kuru pamatā ir hidrofobās-hidrofilās saites starp olb altumvielu un lipīdu molekulām. Starpviena no tām bija "lipoproteīnu paklāja" teorija. Saskaņā ar to membrāna satur divu veidu olb altumvielas: integrālo un perifēro. Pēdējie ir saistīti ar elektrostatisko mijiedarbību ar lipīdu molekulu polārajām galviņām. Tomēr tie nekad neveido nepārtrauktu slāni. Globulārajiem proteīniem ir galvenā loma membrānas veidošanā. Tie ir daļēji iegremdēti tajā un tiek saukti par daļēji integrāliem. Šo olb altumvielu kustība tiek veikta lipīdu šķidrā fāzē. Tas nodrošina visas membrānas sistēmas labilitāti un dinamismu. Pašlaik šis modelis tiek uzskatīts par visizplatītāko.
Lipīdi
Membrānas galvenās fizikālās un ķīmiskās īpašības nodrošina slānis, ko attēlo elementi - fosfolipīdi, kas sastāv no nepolāras (hidrofobas) astes un polāras (hidrofilas) galvas. Visizplatītākie no tiem ir fosfoglicerīdi un sfingolipīdi. Pēdējie ir koncentrēti galvenokārt ārējā monoslānī. Tie ir saistīti ar oligosaharīdu ķēdēm. Sakarā ar to, ka saites izvirzās ārpus plazmlemmas ārējās daļas, tā iegūst asimetrisku formu. Glikolipīdiem ir svarīga loma virsmas aparāta receptoru funkcijas īstenošanā. Lielākā daļa membrānu satur arī holesterīnu (holesterīnu) - steroīdu lipīdu. Tās daudzums ir atšķirīgs, kas lielā mērā nosaka membrānas plūstamību. Jo vairāk holesterīna, jo augstāks tas ir. Šķidruma līmenis ir atkarīgs arī no nepiesātināto un piesātināto atlikumu attiecības notaukskābes. Jo vairāk no tiem, jo augstāks tas ir. Šķidrums ietekmē enzīmu darbību membrānā.
Proteīni
Lipīdi nosaka galvenokārt barjeras īpašības. Savukārt olb altumvielas veicina šūnu galveno funkciju izpildi. Jo īpaši mēs runājam par regulētu savienojumu transportēšanu, vielmaiņas regulēšanu, uzņemšanu utt. Olb altumvielu molekulas tiek sadalītas lipīdu divslānī mozaīkas veidā. Viņi var pārvietoties dziļumā. Šo kustību acīmredzot kontrolē pati šūna. Mikrofilamenti ir iesaistīti kustības mehānismā. Tie ir pievienoti atsevišķiem integrālajiem proteīniem. Membrānas elementi atšķiras atkarībā no to atrašanās vietas attiecībā pret bilipīda slāni. Tāpēc olb altumvielas var būt perifēras un neatņemamas. Pirmie ir lokalizēti ārpus slāņa. Viņiem ir vāja saikne ar membrānas virsmu. Integrālie proteīni ir pilnībā iegremdēti tajā. Tiem ir spēcīga saite ar lipīdiem, un tie netiek atbrīvoti no membrānas, nesabojājot bilipīda slāni. Olb altumvielas, kas tajā iekļūst cauri un cauri, sauc par transmembrānu. Mijiedarbība starp proteīna molekulām un dažāda rakstura lipīdiem nodrošina plazmlemmas stabilitāti.
Glikokalikss
Lipoproteīniem ir sānu ķēdes. Oligosaharīdu molekulas var saistīties ar lipīdiem un veidot glikolipīdus. To ogļhidrātu daļas kopā ar līdzīgiem glikoproteīnu elementiem piešķir šūnu virsmai negatīvu lādiņu un veido glikokaliksa pamatu. Viņško attēlo brīvs slānis ar mērenu elektronu blīvumu. Glikokalikss aptver plazmlemmas ārējo daļu. Tās ogļhidrātu vietas veicina blakus esošo šūnu un vielu atpazīšanu starp tām, kā arī nodrošina ar tām adhezīvas saites. Glikokalikss satur arī hormonu un heterosaderības receptorus, fermentus.
Papildus
Membrānas receptorus galvenokārt pārstāv glikoproteīni. Viņiem ir iespēja izveidot ļoti specifiskas saites ar ligandiem. Turklāt membrānā esošie receptori var regulēt noteiktu molekulu pārvietošanos šūnā, plazmas membrānas caurlaidību. Viņi spēj pārvērst signālus no ārējās vides iekšējos, saistīt ekstracelulārās matricas un citoskeleta elementus. Daži pētnieki uzskata, ka glikokaliksā ir iekļautas arī daļēji integrētas olb altumvielu molekulas. To funkcionālās vietas atrodas virsmas šūnu aparāta supramembrānas reģionā.
