Sejtmembrán - a sejt szerkezeti eleme, védi a külső környezettől. Segítségével kölcsönhatásba lép az intercelluláris térrel, és része a biológiai rendszernek. Membránja speciális szerkezetű, amely lipid kettős rétegből, integrál és félig integrált fehérjékből áll. Ez utóbbiak nagy molekulák, amelyek különféle funkciókat látnak el. Leggyakrabban speciális anyagok szállításában vesznek részt, amelyek koncentrációját a membrán különböző oldalain gondosan szabályozzák.
A sejtmembrán szerkezetének általános terve
A plazmamembrán zsírok és összetett fehérjék molekuláinak gyűjteménye. Foszfolipidjei hidrofil maradékaikkal a membrán ellentétes oldalán helyezkednek el, és lipid kettős réteget alkotnak. De a zsírsavmaradékokból álló hidrofób területeik befelé fordulnak. Ez lehetővé teszi olyan folyékony folyadékkristály szerkezet létrehozását, amely folyamatosan változtathatja alakját, és dinamikus egyensúlyban van.
A szerkezetnek ez a tulajdonsága lehetővé teszi, hogy korlátozza a sejtet az intercelluláris térből, mivel a membrán normál esetben áthatolhatatlan a víz és a benne oldott anyagok számára. Néhány komplex integrált fehérje, félintegrál és felületi molekula elmerül a membrán vastagságában. Rajtuk keresztül a sejt kölcsönhatásba lép a külvilággal, fenntartja a homeosztázist és szerves biológiai szöveteket képez.
Plazma membránfehérjék
Minden fehérjemolekula, amely a plazmamembrán felszínén vagy vastagságában található, típusokra van osztva, előfordulásuk mélységétől függően. Vannak integrált fehérjék, amelyek behatolnak a lipid kettős rétegbe, félig integrált fehérjék, amelyek a membrán hidrofil régiójából származnak és kimennek, valamint felületi fehérjék, amelyek a membrán külső területén helyezkednek el. Az integrált fehérjemolekulák speciális módon hatolnak át a plazmalemmán, és a receptor apparátushoz kapcsolhatók. Sok ilyen molekula áthatol az egész membránon, és transzmembránnak nevezik. A többi a membrán hidrofób részében van rögzítve, és vagy kilép a belső vagy a külső felületre.
Cellion csatornák
Leggyakrabban az ioncsatornák integrált komplex fehérjékként működnek. Ezek a struktúrák felelősek bizonyos anyagoknak a sejtbe vagy onnan történő aktív szállításáért. Több fehérje alegységből és egy aktív helyből állnak. Amikor egy adott ligandumnak vannak kitéve az aktív központon, amelyet egy adott halmaz képviselaminosavak, az ioncsatorna konformációja megváltozik. Egy ilyen folyamat lehetővé teszi a csatorna megnyitását vagy bezárását, ezzel elindítva vagy leállítva az anyagok aktív szállítását.
Egyes ioncsatornák az idő nagy részében nyitva vannak, de amikor jel érkezik egy receptorfehérjétől, vagy ha egy adott ligandum kapcsolódik, bezáródnak, leállítva az ionáramot. Ez a működési elv abban a tényben rejlik, hogy amíg egy receptor vagy humorális jel nem érkezik egy bizonyos anyag aktív transzportjának leállítására, addig azt végrehajtják. Amint a jel megérkezik, a szállítást le kell állítani.
A legtöbb integrált fehérje, amely ioncsatornaként működik, gátolja a transzportot, amíg egy specifikus ligandum nem kapcsolódik az aktív helyhez. Ekkor aktiválódik az iontranszport, ami lehetővé teszi a membrán újratöltését. Ez az ioncsatornák működési algoritmusa jellemző az ingerelhető emberi szövetek sejtjeire.
A beágyazott fehérjék típusai
Minden membránfehérje (integrális, félintegrál és felületi) fontos funkciókat lát el. Pontosan a sejt életében betöltött különleges szerepük miatt van egy bizonyos típusú beépülésük a foszfolipid membránba. Egyes fehérjéknek, gyakrabban ezek ioncsatornák, teljesen el kell nyomniuk a plazmalemmát, hogy megvalósítsák funkcióikat. Ezután polytopiásnak, azaz transzmembránnak nevezik. Másokat a rögzítési helyük a foszfolipid kettősréteg hidrofób helyén lokalizál, és az aktív hely csak a belsőre vagy csak a külsőre terjed ki.a sejtmembrán felülete. Aztán monotopikusnak nevezik őket. Gyakrabban receptormolekulákról van szó, amelyek jelet kapnak a membrán felszínéről, és továbbítják azt egy speciális "közvetítőnek".
Az integrált fehérjék megújítása
Minden integrált molekula teljesen áthatol a hidrofób területen, és úgy rögzül benne, hogy mozgásuk csak a membrán mentén megengedett. A fehérje sejtbe jutása, akárcsak a fehérjemolekula citolemmáról való spontán leválása azonban lehetetlen. Létezik olyan változat, amelyben a membrán integrált fehérjéi bejutnak a citoplazmába. Pinocitózishoz vagy fagocitózishoz kapcsolódik, vagyis amikor egy sejt szilárd vagy folyékony anyagot felfog, és membránnal veszi körül. Ezután behúzzák a benne lévő fehérjékkel együtt.
Természetesen nem ez a leghatékonyabb módja az energiacserének a sejtben, mert az összes korábban receptorként vagy ioncsatornaként szolgáló fehérjét a lizoszóma megemészti. Ehhez új szintézisükre lesz szükség, amelyre a makroergek energiatartalékának jelentős részét fordítják. A molekulák „kihasználása” során azonban gyakran megsérülnek az ioncsatornák vagy receptorok, egészen a molekula szakaszainak leválásáig. Ehhez az újraszintézisükre is szükség van. Ezért a fagocitózis, még ha saját receptormolekuláinak felhasadásával következik is be, egyúttal azok folyamatos megújulásának is egy módja.
Az integrált fehérjék hidrofób kölcsönhatása
Ahogy voltA fentebb leírtak szerint az integrál membránfehérjék olyan összetett molekulák, amelyek úgy tűnik, megragadtak a citoplazmatikus membránban. Ugyanakkor szabadon úszhatnak benne, a plazmalemma mentén haladva, de nem tudnak elszakadni tőle és bejutni a sejtközi térbe. Ez az integrált fehérjék és a membránfoszfolipidek hidrofób kölcsönhatásának sajátosságai miatt valósul meg.
Az integrált fehérjék aktív központjai a lipid kettős réteg belső vagy külső felületén helyezkednek el. A szoros rögzítésért felelős makromolekula fragmentum pedig mindig a foszfolipidek hidrofób régiói között található. A velük való kölcsönhatás miatt az összes transzmembrán fehérje mindig a sejtmembrán vastagságában marad.
Integrált makromolekulák funkciói
Minden integrált membránfehérjének van egy horgonyhelye a foszfolipidek hidrofób maradékai között és egy aktív központja. Egyes molekuláknak csak egy aktív központja van, és a membrán belső vagy külső felületén helyezkednek el. Vannak több aktív hellyel rendelkező molekulák is. Mindez az integrál és perifériás fehérjék által ellátott funkcióktól függ. Első funkciójuk az aktív szállítás.
A fehérje makromolekulák, amelyek az ionok áthaladásáért felelősek, több alegységből állnak, és szabályozzák az ionáramot. Normális esetben a plazmamembrán nem képes átjutni a hidratált ionokon, mivel természeténél fogva lipid. Az ioncsatornák jelenléte, amelyek integrált fehérjék, lehetővé teszik az ionok behatolását a citoplazmába, és feltöltik a sejtmembránt. Ez az ingerelhető szövetsejtek membránpotenciáljának előfordulásának fő mechanizmusa.
Receptormolekulák
Az integrál molekulák második funkciója a receptor funkció. A membrán egyik lipid kettős rétege védő funkciót hajt végre, és teljesen korlátozza a sejtet a külső környezettől. Azonban a receptormolekulák jelenléte miatt, amelyeket integrált fehérjék képviselnek, a sejt jeleket fogadhat a környezetből, és kölcsönhatásba léphet vele. Ilyen például a kardiomiocita mellékvese receptor, sejtadhéziós fehérje, inzulinreceptor. A receptorfehérjék sajátos példája a bakteriorodopszin, egy speciális membránfehérje, amely egyes baktériumokban található, és lehetővé teszi számukra, hogy reagáljanak a fényre.
Sejtközi interakciós fehérjék
Az integrál fehérjék funkcióinak harmadik csoportja az intercelluláris kapcsolatok megvalósítása. Nekik köszönhetően az egyik sejt csatlakozhat a másikhoz, így létrejön egy információátviteli lánc. A nexusok e mechanizmus szerint működnek - a kardiomiociták közötti rés csomópontok, amelyeken keresztül a szívritmus továbbítódik. Ugyanez a működési elv figyelhető meg a szinapszisokban is, amelyeken keresztül impulzus továbbítódik az idegszövetekben.
Az integrál fehérjék révén a sejtek mechanikai kapcsolatot is létrehozhatnak, ami fontos az integrált biológiai szövet kialakulásában. Ezenkívül az integrált fehérjék membránenzimek szerepét is betölthetik, és részt vehetnek az energiaátvitelben, beleértve az idegimpulzusokat is.
