Eukaryote celler har en ydre membran, der beskytter en celles indhold. Den ydre membran er dog semi-permeabel og tillader, at visse materialer trænger ind i den.
Inde eukaryote celler, kaldes mindre understrukturer organeller besidder deres egne membraner. Organeller tjener flere forskellige funktioner i celler, herunder bevægende molekyler over cellemembranen eller gennem organellens membraner.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Molekyler kan diffundere over membraner via transportproteiner, eller de kan hjælpes i aktiv transport af andre proteiner. Organeller såsom det endoplasmatiske retikulum, Golgi-apparatet, mitokondrier og peroxisomer spiller alle en rolle i membrantransport.
Cellemembranegenskaber
Membranen i en eukaryot celle omtales ofte som en plasma membran. Plasmamembranen består af en fosfolipid dobbeltlag, og er gennemtrængelig for nogle molekyler, men ikke alle.
Komponenter af phospholipid dobbeltlag indbefatter en kombination af glycerol og fedtsyrer med en phosphatgruppe. Disse giver glycerophospholipider, der generelt udgør dobbeltlaget for de fleste cellemembraner.
Det phospholipide dobbeltlag har vandelskende (hydrofile) egenskaber på dets ydre og vandafvisende (hydrofobe) kvaliteter på dets indre. De hydrofile dele vender ud mod cellen såvel som indersiden af den og er både interaktive og tiltrukket af vandet i disse miljøer.
Hele vejen igennem celle membran, porer og proteiner hjælper med at bestemme, hvad der kommer ind eller ud af cellen. Af de forskellige slags proteiner, der findes i cellemembranen, strækker nogle sig kun ind i en del af phospholipid-dobbeltlaget. Disse kaldes ydre proteiner. Proteinerne, der krydser hele dobbeltlaget kaldes iboende proteiner, eller transmembrane proteiner.
Proteiner udgør ca. halvdelen af cellulære membraners masse. Mens nogle proteiner let kan bevæge sig i dobbeltlaget, er andre låst på plads og har brug for hjælp, hvis de skal bevæge sig.
Transportbiologiske fakta
Celler har brug for en måde at få nødvendige molekyler ind i dem. De har også brug for en måde at frigive visse materialer ud igen. Udgivne materialer kan naturligvis omfatte affald, men ofte skal visse funktionelle proteiner også udskilles uden for cellerne. Fosfolipid-dobbeltlagsmembranen opretholder en strøm af molekyler ind i cellen ved hjælp af osmose, passiv transport eller aktiv transport.
De ydre og indre proteiner hjælper med at hjælpe med dette transportbiologi. Disse proteiner kan have porer for at muliggøre diffusion, de kan fungere som receptorer eller enzymer til biologiske processer, eller de kan arbejde i immunrespons og cellulær signalering. Der er forskellige typer passiv transport såvel som aktiv transport, der spiller en rolle i bevægelsen af molekyler over membraner.
Typer af passiv transport
Inden for transportbiologi, passiv transport henviser til transporten af molekyler over cellemembranen, der ikke kræver hjælp eller energi. Disse er typisk små molekyler, der simpelthen kan flyde ind og ud af cellen relativt frit. De kan omfatte vand, ioner og lignende.
Et eksempel på passiv transport er diffusion. Diffusion opstår, når visse materialer kommer ind i cellemembranen via porer. Væsentlige molekyler som ilt og kuldioxid er gode eksempler. Typisk kræver diffusion en koncentrationsgradient, hvilket betyder, at koncentrationen uden for cellemembranen skal være forskellig fra indersiden.
Letter transport kræver hjælp via bærerproteiner. Bæreproteiner binder de nødvendige materialer til transport på bindingssteder. Denne sammenføjning får proteinet til at ændre form. Når elementerne er hjulpet gennem membranen, frigiver proteinet dem.
En anden type passiv transport er via simpel osmose. Dette er almindeligt med vand. Vandmolekyler rammer en cellemembran og skaber tryk og opbygger ”vandpotentiale”. Vand vil bevæge sig fra højt til lavt vandpotentiale for at komme ind i cellen.
Aktiv membrantransport
Lejlighedsvis kan visse stoffer ikke krydse en cellemembran blot ved diffusion eller passiv transport. At flytte fra lav til høj koncentration kræver f.eks. Energi. For at få dette til at ske, aktiv transport forekommer ved hjælp af bærerproteiner. Bæreproteiner holder bindingssteder, som de nødvendige stoffer fæstner sig til, så de kan bevæges over membranen.
Større molekyler som sukkerarter, nogle ioner, andre stærkt ladede materialer, aminosyrer og stivelse kan ikke glide over membranerne uden hjælp. Transport- eller bærerproteiner er bygget til specifikke behov afhængigt af typen af molekyle, der skal bevæge sig over en membran. Receptorproteiner arbejder også selektivt med at binde molekyler og lede dem gennem membraner.
Organeller involveret i membrantransport
Porer og proteiner er ikke de eneste hjælpemidler til membrantransport. Organeller tjener også denne funktion på en række måder. Organeller er mindre understrukturer inde i celler.
Organeller har forskellige former, og de udfører forskellige funktioner. Disse organeller udgør det, der kaldes endomembransystemet, og de har unikke former for proteintransport.
I cytose kan store mængder materialer krydse en membran via blærer. Dette er bits af cellemembran, der kan flytte genstande ind i cellen eller ud (henholdsvis endocytose eller exocytose). Proteiner pakkes af det endoplasmatiske retikulum i vesikler, der frigives uden for cellen. To eksempler på vesikulære proteiner inkluderer insulin og erythropoietin.
Endoplasmatisk retikulum
Det endoplasmatisk retikulum (ER) er en organelle, der er ansvarlig for fremstilling af begge membraner og deres proteiner. Det hjælper også molekylær transport gennem sin egen membran. ER er ansvarlig for proteintranslokation, som er bevægelsen af proteiner gennem cellen. Nogle proteiner kan fuldt ud krydse ER-membranen, hvis de er opløselige. Sekretoriske proteiner er et sådant eksempel.
For membranproteiner kræver deres natur at være en del af membranens dobbeltlag dog lidt hjælp til at bevæge sig rundt. ER-membranen kan bruge signaler eller transmembransegmenter som en måde at translokere disse proteiner på. Dette er en af de typer passiv transport, der giver en retning for proteinerne at rejse til.
I tilfælde af proteinkomplekset kendt som Sec61, der hovedsagelig fungerer som en porekanal, skal det samarbejde med et ribosom med henblik på translokation.
Golgi-apparat
Det Golgi-apparat er en anden vigtig organel. Det giver proteiner endelige, specifikke tilføjelser, der giver dem kompleksitet, såsom tilsatte kulhydrater. Det bruger vesikler til at transportere molekyler.
Vesikulær transport kan forekomme delvis på grund af overtræksproteiner, og disse proteiner hjælper med vesikelbevægelse mellem ER og Golgi-apparatet. Et eksempel på et kappeprotein er clathrin.
Mitokondrier
I den indre membran af organeller kaldet mitokondrier, mange proteiner skal bruges til at hjælpe med energiproduktion til cellen. Den ydre membran er derimod porøs for små molekyler at passere igennem.
Peroxisomes
Peroxisomes er en slags organel, der nedbryder fedtsyrer. Som deres navn antyder, spiller de også en rolle i fjernelsen af skadeligt hydrogenperoxid fra celler. Peroxisomer kan også transportere store, foldede proteiner.
Forskere opdagede først for nylig de enorme porer, der gør det muligt for peroxisomer at gøre dette. Normalt transporteres proteiner ikke i deres fulde, store, tredimensionelle tilstande. Meget af tiden er de simpelthen for store til at passere gennem en pore. Men peroxisomes er op til opgaven i tilfælde af disse kæmpe porer. Proteiner skal bære et bestemt signal for at et peroxisom kan transportere dem.
De forskellige metoder til typer af passiv transport gør transportbiologi til et fascinerende emne til undersøgelse. At få viden om, hvordan materialer kan flyttes over cellemembraner, kan hjælpe med at forstå cellulære processer.
Fordi mange sygdomme involverer misdannede, dårligt foldede eller på anden måde dysfunktionelle proteiner, bliver det klart, hvor relevant membrantransport kan være. Transportbiologi giver også ubegrænsede muligheder for at finde måder at behandle mangler og sygdomme på og måske fremstille nye lægemidler til behandling.
