Eukaryontische Zellen besitzen eine äußere Membran, die den Inhalt einer Zelle schützt. Die äußere Membran ist jedoch halbdurchlässig und lässt bestimmte Materialien in sie eindringen.
Innerhalb eukaryotische Zellen, kleinere Unterstrukturen genannt Organellen besitzen eigene Membranen. Organellen dienen mehreren verschiedenen Funktionen in Zellen, einschließlich der Bewegung von Molekülen durch die Zellmembran oder durch die Membranen der Organellen.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Moleküle können über Transportproteine durch Membranen diffundieren oder sie können beim aktiven Transport durch andere Proteine unterstützt werden. Organellen wie das endoplasmatische Retikulum, der Golgi-Apparat, Mitochondrien und Peroxisomen spielen alle eine Rolle beim Membrantransport.
Eigenschaften der Zellmembran
Die Membran einer eukaryontischen Zelle wird oft als a. bezeichnet Plasma Membran. Die Plasmamembran besteht aus a Phospholipid Doppelschicht, und ist für einige Moleküle durchlässig, aber nicht für alle.
Bestandteile der Phospholipid Doppelschicht umfassen eine Kombination aus Glycerin und Fettsäuren mit einer Phosphatgruppe. Diese liefern die Glycerophospholipide, die im Allgemeinen die Doppelschicht der meisten Zellmembranen bilden.
Die Phospholipid-Doppelschicht besitzt wasserliebende (hydrophile) Eigenschaften auf ihrer Außenseite und wasserabweisende (hydrophobe) Eigenschaften auf ihrer Innenseite. Die hydrophilen Teile sind sowohl der Außenseite der Zelle als auch der Innenseite zugewandt und sind in diesen Umgebungen sowohl interaktiv als auch vom Wasser angezogen.
Während der gesamten Zellmembran, Poren und Proteine helfen zu bestimmen, was in die Zelle eindringt oder aus ihr austritt. Von den verschiedenen Arten von Proteinen, die in der Zellmembran vorkommen, erstrecken sich einige nur in einen Teil der Phospholipid-Doppelschicht. Diese werden als extrinsische Proteine bezeichnet. Die Proteine, die die gesamte Doppelschicht durchqueren, werden intrinsische Proteine genannt, oder Transmembranproteine.
Proteine machen etwa die Hälfte der Masse der Zellmembranen aus. Während sich einige Proteine in der Doppelschicht leicht bewegen können, sind andere an ihrem Platz fixiert und benötigen Hilfe, wenn sie sich bewegen müssen.
Fakten zur Verkehrsbiologie
Zellen brauchen einen Weg, um notwendige Moleküle in sie zu bekommen. Sie brauchen auch eine Möglichkeit, bestimmte Materialien wieder freizugeben. Freigesetzte Materialien können natürlich auch Abfälle sein, aber oft müssen auch bestimmte funktionelle Proteine außerhalb der Zellen sezerniert werden. Die Phospholipid-Doppelschichtmembran hält durch Osmose einen Fluss von Molekülen in die Zelle aufrecht. passiver Transport oder aktiver Transport.
Die extrinsischen und intrinsischen Proteine helfen dabei Transportbiologie. Diese Proteine können Poren besitzen, um eine Diffusion zu ermöglichen, sie können als Rezeptoren oder Enzyme für biologische Prozesse wirken oder sie könnten bei Immunantworten und zellulären Signalen wirken. Es gibt verschiedene Arten des passiven Transports sowie des aktiven Transports, die bei der Bewegung von Molekülen durch Membranen eine Rolle spielen.
Arten des passiven Transports
In der Transportbiologie, passiver Transport bezieht sich auf den Transport von Molekülen durch die Zellmembran, der keine Hilfe oder Energie erfordert. Dies sind typischerweise kleine Moleküle, die einfach relativ frei in die Zelle ein- und ausströmen können. Sie können Wasser, Ionen und dergleichen umfassen.
Ein Beispiel für passiven Transport ist Diffusion. Diffusion tritt auf, wenn bestimmte Materialien über Poren in die Zellmembran gelangen. Essentielle Moleküle wie Sauerstoff und Kohlendioxid sind gute Beispiele. Typischerweise erfordert die Diffusion einen Konzentrationsgradienten, was bedeutet, dass die Konzentration außerhalb der Zellmembran unterschiedlich sein muss von der Innenseite.
Erleichterter Transport benötigt Unterstützung durch Trägerproteine. Trägerproteine binden die für den Transport benötigten Materialien an Bindungsstellen. Diese Verbindung bewirkt, dass das Protein seine Form ändert. Sobald den Gegenständen durch die Membran geholfen wird, gibt das Protein sie frei.
Eine andere Art des passiven Transports ist über simple Osmose. Dies ist bei Wasser üblich. Wassermoleküle treffen auf eine Zellmembran, erzeugen Druck und bauen ein „Wasserpotential“ auf. Wasser bewegt sich vom hohen zum niedrigen Wasserpotential, um in die Zelle einzudringen.
Aktiver Membrantransport
Gelegentlich können bestimmte Substanzen eine Zellmembran nicht einfach durch Diffusion oder passiven Transport passieren. Der Übergang von niedriger zu hoher Konzentration beispielsweise erfordert Energie. Damit dies geschieht, aktiven Transport erfolgt mit Hilfe von Trägerproteinen. Trägerproteine halten Bindungsstellen, an die die notwendigen Substanzen binden, damit sie über die Membran bewegt werden können.
Größere Moleküle wie Zucker, einige Ionen, andere hochgeladene Materialien, Aminosäuren und Stärken können nicht ohne Hilfe durch die Membranen wandern. Transport- oder Trägerproteine werden je nach Art des Moleküls, das sich durch eine Membran bewegen muss, für spezifische Anforderungen gebaut. Rezeptorproteine arbeiten auch selektiv, um Moleküle zu binden und sie durch Membranen zu leiten.
Organellen, die am Membrantransport beteiligt sind
Poren und Proteine sind nicht die einzigen Hilfsmittel für den Membrantransport. Organellen auch diese Funktion in vielerlei Hinsicht erfüllen. Organellen sind kleinere Unterstrukturen innerhalb von Zellen.
Organellen haben unterschiedliche Formen und erfüllen unterschiedliche Funktionen. Diese Organellen bilden das sogenannte Endomembransystem und besitzen einzigartige Formen des Proteintransports.
Bei der Zytose können große Mengen von Materialien eine Membran über Vesikel. Dies sind Teile der Zellmembran, die Gegenstände in die Zelle hinein oder hinaus bewegen können (Endozytose bzw. Exozytose). Proteine werden vom endoplasmatischen Retikulum in Vesikel verpackt, um außerhalb der Zelle freigesetzt zu werden. Zwei Beispiele für vesikuläre Proteine umfassen Insulin und Erythropoietin.
Endoplasmatisches Retikulum
Das Endoplasmatisches Retikulum (ER) ist eine Organelle, die für die Herstellung von Membranen und deren Proteinen verantwortlich ist. Es unterstützt auch den molekularen Transport durch seine eigene Membran. Das ER ist für die Proteintranslokation verantwortlich, also für die Bewegung von Proteinen durch die Zelle. Einige Proteine können die ER-Membran vollständig passieren, wenn sie löslich sind. Sekretorische Proteine sind ein solches Beispiel.
Bei Membranproteinen erfordert ihre Eigenschaft, Teil der Doppelschicht der Membran zu sein, jedoch ein wenig Hilfe, um sich zu bewegen. Die ER-Membran kann Signale oder Transmembransegmente verwenden, um diese Proteine zu translozieren. Dies ist eine der Arten des passiven Transports, die den Proteinen eine Richtung vorgibt, in die sie wandern sollen.
Im Fall des Proteinkomplexes Sec61, der hauptsächlich als Porenkanal fungiert, muss er zur Translokation mit einem Ribosom zusammenarbeiten.
Golgi-Apparat
Das Golgi-Apparat ist eine weitere wichtige Organelle. Es gibt Proteinen letzte, spezifische Zusätze, die ihnen Komplexität verleihen, wie zum Beispiel hinzugefügte Kohlenhydrate. Es verwendet Vesikel, um Moleküle zu transportieren.
Der vesikuläre Transport kann teilweise aufgrund von Beschichtungsproteinen erfolgen, und diese Proteine unterstützen die Vesikelbewegung zwischen dem ER und dem Golgi-Apparat. Ein Beispiel für ein Hüllprotein ist Clathrin.
Mitochondrien
In der inneren Membran der Organellen genannt Mitochondrien, müssen zahlreiche Proteine verwendet werden, um bei der Energiegewinnung für die Zelle zu helfen. Die äußere Membran hingegen ist für kleine Moleküle porös.
Peroxisomen
Peroxisomen sind eine Art Organelle, die Fettsäuren abbaut. Wie der Name schon sagt, spielen sie auch eine Rolle bei der Entfernung von schädlichem Wasserstoffperoxid aus den Zellen. Peroxisomen können auch große, gefaltete Proteine transportieren.
Forscher haben erst vor kurzem die riesigen Poren entdeckt, die Peroxisomen dies ermöglichen. Normalerweise werden Proteine nicht in ihren vollen, großen, dreidimensionalen Zuständen transportiert. Meistens sind sie einfach zu groß, um eine Pore zu passieren. Aber bei diesen riesigen Poren sind Peroxisomen dieser Aufgabe gewachsen. Proteine müssen ein bestimmtes Signal tragen, damit ein Peroxisom sie transportieren kann.
Die vielfältigen Methoden des passiven Transports machen die Verkehrsbiologie zu einem faszinierenden Studienfach. Erkenntnisse darüber, wie Materialien durch Zellmembranen bewegt werden können, können zum Verständnis zellulärer Prozesse beitragen.
Da viele Krankheiten fehlgebildete, schlecht gefaltete oder anderweitig dysfunktionale Proteine beinhalten, wird deutlich, wie relevant der Membrantransport sein kann. Die Verkehrsbiologie bietet auch grenzenlose Möglichkeiten, Wege zur Behandlung von Mängeln und Krankheiten zu entdecken und vielleicht neue Medikamente zur Behandlung herzustellen.