Клетъчна мембрана - структурен елемент на клетката, предпазващ я от външната среда. С негова помощ той взаимодейства с междуклетъчното пространство и е част от биологичната система. Неговата мембрана има специална структура, състояща се от липиден бислой, интегрални и полуинтегрални протеини. Последните са големи молекули, които изпълняват различни функции. Най-често те участват в транспортирането на специални вещества, чиято концентрация от различните страни на мембраната е внимателно регулирана.
Общ план на структурата на клетъчната мембрана
Плазменната мембрана е колекция от молекули мазнини и сложни протеини. Неговите фосфолипиди с техните хидрофилни остатъци са разположени от противоположните страни на мембраната, образувайки липиден двуслой. Но техните хидрофобни зони, състоящи се от остатъци от мастни киселини, са обърнати навътре. Това ви позволява да създадете течна течно-кристална структура, която може постоянно да променя формата си и е в динамично равновесие.
Тази особеност на структурата ви позволява да ограничите клетката от междуклетъчното пространство, тъй като мембраната обикновено е непропусклива за вода и всички вещества, разтворени в нея. Някои сложни интегрални протеини, полуинтегрални и повърхностни молекули са потопени в дебелината на мембраната. Чрез тях клетката взаимодейства с външния свят, поддържайки хомеостазата и образувайки интегрални биологични тъкани.
Протеини на плазмената мембрана
Всички протеинови молекули, които се намират на повърхността или в дебелината на плазмената мембрана, се разделят на типове в зависимост от дълбочината на тяхното поникване. Има интегрални протеини, проникващи в липидния бислой, полуинтегрални протеини, които произхождат от хидрофилната област на мембраната и излизат навън, както и повърхностни протеини, разположени във външната област на мембраната. Интегралните протеинови молекули проникват в плазмалемата по специален начин и могат да бъдат свързани с рецепторния апарат. Много от тези молекули проникват в цялата мембрана и се наричат трансмембранни. Останалите са закотвени в хидрофобната част на мембраната и излизат или към вътрешната, или към външната повърхност.
Клетъчни йонни канали
Най-често йонните канали действат като интегрални комплексни протеини. Тези структури са отговорни за активния транспорт на определени вещества в или извън клетката. Те се състоят от няколко протеинови субединици и активно място. Когато е изложен на специфичен лиганд върху активния център, представен от специфичен набораминокиселини, има промяна в конформацията на йонния канал. Такъв процес ви позволява да отворите или затворите канала, като по този начин стартирате или спрете активното транспортиране на вещества.
Някои йонни канали са отворени през повечето време, но когато се получи сигнал от рецепторен протеин или когато е прикрепен специфичен лиганд, те могат да се затворят, спирайки йонния ток. Този принцип на действие се свежда до факта, че докато не бъде получен рецепторен или хуморален сигнал за спиране на активния транспорт на определено вещество, той ще се осъществява. Веднага след като се получи сигналът, транспортът трябва да бъде спрян.
Повечето от интегралните протеини, които действат като йонни канали, работят за инхибиране на транспорта, докато специфичен лиганд се прикрепи към активния сайт. Тогава ще се активира йонният транспорт, което ще позволи на мембраната да се презареди. Този алгоритъм на работа на йонните канали е типичен за клетките на възбудимите човешки тъкани.
Видове вградени протеини
Всички мембранни протеини (интегрални, полуинтегрални и повърхностни) изпълняват важни функции. Именно поради специалната им роля в живота на клетката те имат определен тип интеграция във фосфолипидната мембрана. Някои протеини, по-често това са йонни канали, трябва напълно да потиснат плазмалемата, за да реализират функциите си. Тогава те се наричат политопни, тоест трансмембранни. Други са локализирани чрез мястото на закотвяне в хидрофобното място на фосфолипидния двуслой, а активното място се простира само до вътрешния или само до външнияповърхност на клетъчната мембрана. Тогава те се наричат монотопни. По-често те са рецепторни молекули, които приемат сигнал от повърхността на мембраната и го предават на специален "посредник".
Обновяване на интегралните протеини
Всички интегрални молекули напълно проникват в хидрофобната зона и се фиксират в нея по такъв начин, че движението им е позволено само по протежение на мембраната. Въпреки това, навлизането на протеина в клетката, точно както спонтанното отделяне на протеиновата молекула от цитолемата, е невъзможно. Има вариант, при който интегралните протеини на мембраната влизат в цитоплазмата. Свързва се с пиноцитоза или фагоцитоза, тоест когато клетката улавя твърдо вещество или течност и го обгражда с мембрана. След това се изтегля вътре заедно с протеините, вградени в него.
Разбира се, това не е най-ефективният начин за обмен на енергия в клетката, защото всички протеини, които преди са служили като рецептори или йонни канали, ще бъдат усвоени от лизозомата. Това ще изисква техния нов синтез, за който ще се изразходват значителна част от енергийните резерви на макроергите. Въпреки това, по време на "експлоатация" на молекулите, йонните канали или рецептори често се увреждат, до отделянето на участъци от молекулата. Това също изисква техния ресинтез. Следователно, фагоцитозата, дори и да протича с разцепването на собствените рецепторни молекули, също е начин за тяхното постоянно обновяване.
Хидрофобно взаимодействие на интегралните протеини
Както бешеописани по-горе, интегралните мембранни протеини са сложни молекули, които изглежда са заседнали в цитоплазмената мембрана. В същото време те могат свободно да плуват в него, движейки се по плазмалемата, но не могат да се откъснат от нея и да влязат в междуклетъчното пространство. Това се осъществява благодарение на особеностите на хидрофобното взаимодействие на интегралните протеини с мембранните фосфолипиди.
Активните центрове на интегралните протеини са разположени или на вътрешната, или на външната повърхност на липидния двуслой. И този фрагмент от макромолекулата, който е отговорен за плътното фиксиране, винаги се намира сред хидрофобните области на фосфолипидите. Поради взаимодействието с тях, всички трансмембранни протеини винаги остават в дебелината на клетъчната мембрана.
Функции на интегралните макромолекули
Всеки интегрален мембранен протеин има място за закрепване, разположено сред хидрофобните остатъци на фосфолипидите и активен център. Някои молекули имат само един активен център и са разположени на вътрешната или външната повърхност на мембраната. Има и молекули с множество активни места. Всичко това зависи от функциите, изпълнявани от интегралните и периферните протеини. Първата им функция е активен транспорт.
Протеиновите макромолекули, които са отговорни за преминаването на йони, се състоят от няколко субединици и регулират йонния ток. Обикновено плазмената мембрана не може да пропусне хидратирани йони, тъй като по природа е липид. Наличието на йонни канали, които са интегрални протеини, позволява на йоните да проникнат в цитоплазмата и да презаредят клетъчната мембрана. Това е основният механизъм за възникване на мембранния потенциал на възбудимите тъканни клетки.
Рецепторни молекули
Втората функция на интегралните молекули е рецепторната функция. Един липиден бислой на мембраната изпълнява защитна функция и напълно ограничава клетката от външната среда. Въпреки това, поради наличието на рецепторни молекули, които са представени от интегрални протеини, клетката може да получава сигнали от околната среда и да взаимодейства с нея. Пример е кардиомиоцитният надбъбречен рецептор, клетъчният адхезионен протеин, инсулиновият рецептор. Конкретен пример за рецепторен протеин е бактериородопсин, специален мембранен протеин, открит в някои бактерии, който им позволява да реагират на светлина.
Протеини за междуклетъчно взаимодействие
Третата група функции на интегралните протеини е осъществяването на междуклетъчни контакти. Благодарение на тях една клетка може да се присъедини към друга, създавайки по този начин верига за пренос на информация. Нексусите работят по този механизъм - междинни връзки между кардиомиоцитите, през които се предава сърдечният ритъм. Същият принцип на действие се наблюдава при синапсите, чрез които импулсът се предава в нервните тъкани.
Посредством интегралните протеини клетките могат да създадат и механична връзка, която е важна за образуването на интегрална биологична тъкан. Също така интегралните протеини могат да играят ролята на мембранни ензими и да участват в преноса на енергия, включително нервни импулси.
