Šūnu membrāna - šūnas struktūras elements, pasargājot to no ārējās vides. Ar tās palīdzību tas mijiedarbojas ar starpšūnu telpu un ir daļa no bioloģiskās sistēmas. Tās membrānai ir īpaša struktūra, kas sastāv no lipīdu divslāņa, integrāliem un daļēji integrētiem proteīniem. Pēdējās ir lielas molekulas, kas veic dažādas funkcijas. Visbiežāk tie ir iesaistīti īpašu vielu transportēšanā, kuru koncentrācija dažādās membrānas pusēs tiek rūpīgi regulēta.
Šūnu membrānas struktūras vispārīgais plāns
Plazmas membrāna ir tauku un komplekso olb altumvielu molekulu kolekcija. Tās fosfolipīdi ar to hidrofilajiem atlikumiem atrodas membrānas pretējās pusēs, veidojot lipīdu divslāni. Bet to hidrofobās zonas, kas sastāv no taukskābju atlikumiem, ir pagrieztas uz iekšu. Tas ļauj izveidot šķidru šķidro kristālu struktūru, kas var pastāvīgi mainīt formu un atrodas dinamiskā līdzsvarā.
Šī struktūras iezīme ļauj ierobežot šūnu no starpšūnu telpas, jo membrāna parasti ir ūdens un visu tajā izšķīdušo vielu necaurlaidīga. Dažas sarežģītas integrālas olb altumvielas, pusintegrālās un virsmas molekulas ir iegremdētas membrānas biezumā. Caur tiem šūna mijiedarbojas ar ārpasauli, uzturot homeostāzi un veidojot neatņemamus bioloģiskos audus.
Plazmas membrānas proteīni
Visas proteīna molekulas, kas atrodas uz plazmas membrānas virsmas vai biezumā, tiek iedalītas tipos atkarībā no to rašanās dziļuma. Ir integrēti proteīni, kas iekļūst lipīdu divslānī, daļēji integrēti proteīni, kuru izcelsme ir membrānas hidrofilajā reģionā un iziet ārpusē, kā arī virsmas proteīni, kas atrodas membrānas ārējā zonā. Integrālās proteīna molekulas īpašā veidā caurstrāvo plazmlemmu un var tikt savienotas ar receptoru aparātu. Daudzas no šīm molekulām caurstrāvo visu membrānu un tiek sauktas par transmembrānu. Pārējie ir noenkuroti membrānas hidrofobajā daļā un iziet uz iekšējo vai ārējo virsmu.
Šūnu jonu kanāli
Visbiežāk jonu kanāli darbojas kā neatņemami kompleksi proteīni. Šīs struktūras ir atbildīgas par noteiktu vielu aktīvo transportēšanu šūnā vai ārpus tās. Tie sastāv no vairākām olb altumvielu apakšvienībām un aktīvās vietas. Ja tiek pakļauts noteiktam ligandam aktīvajā centrā, ko attēlo noteikts komplektsaminoskābes, notiek izmaiņas jonu kanāla konformācijā. Šāds process ļauj atvērt vai aizvērt kanālu, tādējādi uzsākot vai apturot aktīvo vielu transportēšanu.
Daži jonu kanāli lielākoties ir atvērti, taču, kad tiek saņemts signāls no receptora proteīna vai kad ir pievienots konkrēts ligands, tie var aizvērties, apturot jonu strāvu. Šis darbības princips ir saistīts ar faktu, ka līdz brīdim, kad tiek saņemts receptors vai humorāls signāls, lai apturētu noteiktas vielas aktīvo transportēšanu, tas tiks veikts. Tiklīdz signāls ir saņemts, transportēšana ir jāpārtrauc.
Lielākā daļa integrālo proteīnu, kas darbojas kā jonu kanāli, darbojas, lai kavētu transportu, līdz konkrētais ligands tiek pievienots aktīvajai vietai. Pēc tam tiks aktivizēts jonu transports, kas ļaus atkārtoti uzlādēt membrānu. Šis jonu kanālu darbības algoritms ir raksturīgs uzbudināmu cilvēka audu šūnām.
Iegulto proteīnu veidi
Visi membrānas proteīni (integrālie, daļēji integrālie un virsmas) veic svarīgas funkcijas. Tieši to īpašās lomas dēļ šūnas dzīvē tiem ir noteikta veida integrācija fosfolipīdu membrānā. Dažiem proteīniem, biežāk tie ir jonu kanāli, ir pilnībā jānomāc plazmalemma, lai realizētu savas funkcijas. Tad tos sauc par politopiskiem, tas ir, transmembrānu. Citi ir lokalizēti pēc to enkura vietas fosfolipīdu divslāņu hidrofobajā vietā, un aktīvā vieta sniedzas tikai uz iekšējo vai tikai uz ārējo.šūnu membrānas virsma. Tad tos sauc par monotopiskām. Biežāk tās ir receptoru molekulas, kas saņem signālu no membrānas virsmas un nodod to īpašam "starpniekam".
Neatņemamo proteīnu atjaunošana
Visas integrālās molekulas pilnībā iekļūst hidrofobajā zonā un tiek fiksētas tajā tā, ka to kustība ir atļauta tikai gar membrānu. Tomēr proteīna iekļūšana šūnā, tāpat kā proteīna molekulas spontāna atdalīšanās no citolemmas, nav iespējama. Pastāv variants, kurā membrānas integrālie proteīni nonāk citoplazmā. Tas ir saistīts ar pinocitozi vai fagocitozi, tas ir, kad šūna uztver cietu vai šķidrumu un ieskauj to ar membrānu. Pēc tam to ievelk iekšā kopā ar tajā iegultajiem proteīniem.
Protams, tas nav efektīvākais enerģijas apmaiņas veids šūnā, jo visas olb altumvielas, kas iepriekš kalpoja kā receptori vai jonu kanāli, tiks sagremotas lizosomā. Tam būs nepieciešama to jaunā sintēze, kurai tiks iztērēta ievērojama daļa no makroergu enerģijas rezervēm. Tomēr molekulu "ekspluatācijas" laikā jonu kanāli vai receptori bieži tiek bojāti līdz pat molekulas sekciju atdalīšanai. Tam nepieciešama arī to atkārtota sintēze. Tāpēc fagocitoze, pat ja tā notiek, sadaloties savām receptoru molekulām, ir arī to pastāvīgās atjaunošanas veids.
Neatņemamu proteīnu hidrofobiskā mijiedarbība
Kā tas bijaIepriekš aprakstītās integrālās membrānas olb altumvielas ir sarežģītas molekulas, kas, šķiet, ir iestrēgušas citoplazmas membrānā. Tajā pašā laikā viņi var brīvi peldēt tajā, pārvietojoties pa plazmlemmu, bet viņi nevar atrauties no tā un iekļūt starpšūnu telpā. Tas tiek realizēts integrālo proteīnu hidrofobās mijiedarbības ar membrānas fosfolipīdiem īpatnību dēļ.
Aktīvie integrālo proteīnu centri atrodas uz lipīdu divslāņu iekšējās vai ārējās virsmas. Un šis makromolekulas fragments, kas ir atbildīgs par ciešu fiksāciju, vienmēr atrodas starp fosfolipīdu hidrofobajiem reģioniem. Pateicoties mijiedarbībai ar tiem, visi transmembrānu proteīni vienmēr paliek šūnu membrānas biezumā.
Neatņemamu makromolekulu funkcijas
Jebkuram integrālam membrānas proteīnam ir enkurvieta, kas atrodas starp fosfolipīdu hidrofobajiem atlikumiem, un aktīvs centrs. Dažām molekulām ir tikai viens aktīvais centrs, un tās atrodas uz membrānas iekšējās vai ārējās virsmas. Ir arī molekulas ar vairākām aktīvām vietām. Tas viss ir atkarīgs no integrālo un perifēro proteīnu veiktajām funkcijām. Viņu pirmā funkcija ir aktīvais transports.
Olb altumvielu makromolekulas, kas ir atbildīgas par jonu pāreju, sastāv no vairākām apakšvienībām un regulē jonu strāvu. Parasti plazmas membrāna nevar izlaist hidratētos jonus, jo tā pēc būtības ir lipīds. Jonu kanālu, kas ir neatņemami proteīni, klātbūtne ļauj joniem iekļūt citoplazmā un uzlādēt šūnu membrānu. Tas ir galvenais mehānisms uzbudināmo audu šūnu membrānas potenciāla rašanās gadījumam.
Receptoru molekulas
Otrā integrālo molekulu funkcija ir receptoru funkcija. Viens membrānas lipīdu divslānis īsteno aizsargfunkciju un pilnībā ierobežo šūnu no ārējās vides. Tomēr receptoru molekulu klātbūtnes dēļ, kuras attēlo integrāli proteīni, šūna var saņemt signālus no vides un mijiedarboties ar to. Piemērs ir kardiomiocītu virsnieru receptors, šūnu adhēzijas proteīns, insulīna receptors. Īpašs receptoru proteīna piemērs ir bakteriorodopsīns, īpašs membrānas proteīns, kas atrodams dažās baktērijās un ļauj tām reaģēt uz gaismu.
Starpšūnu mijiedarbības proteīni
Trešā integrālo proteīnu funkciju grupa ir starpšūnu kontaktu īstenošana. Pateicoties tiem, viena šūna var pievienoties citai, tādējādi veidojot informācijas nodošanas ķēdi. Saiknes darbojas saskaņā ar šo mehānismu – spraugas savienojumi starp kardiomiocītiem, caur kuriem tiek pārraidīts sirds ritms. Tas pats darbības princips ir novērojams sinapsēs, caur kurām nervu audos tiek pārraidīts impulss.
Caur integrālajiem proteīniem šūnas var izveidot arī mehānisku savienojumu, kas ir svarīgi integrālu bioloģisko audu veidošanā. Arī integrālie proteīni var pildīt membrānas enzīmu lomu un piedalīties enerģijas, tostarp nervu impulsu, pārnesē.
