Τα ευκαρυωτικά κύτταρα διαθέτουν μια εξωτερική μεμβράνη που προστατεύει το περιεχόμενο ενός κυττάρου. Ωστόσο, η εξωτερική μεμβράνη είναι ημι-διαπερατή και επιτρέπει σε ορισμένα υλικά να εισέλθουν σε αυτήν.
Μέσα ευκαρυωτικά κύτταρα, ονομάζονται μικρότερες υποδομές οργανίδια έχουν τις δικές τους μεμβράνες. Organelles εξυπηρετούν πολλές διαφορετικές λειτουργίες στα κύτταρα, συμπεριλαμβανομένων των κινούμενων μορίων κατά μήκος της κυτταρικής μεμβράνης ή μέσω των μεμβρανών του οργανιδίου.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Τα μόρια μπορούν να διαχέονται μεταξύ των μεμβρανών μέσω πρωτεϊνών μεταφοράς ή μπορούν να βοηθούνται στην ενεργή μεταφορά από άλλες πρωτεΐνες. Τα οργανίδια όπως το ενδοπλασματικό δίκτυο, οι συσκευές Golgi, τα μιτοχόνδρια και τα υπεροξυσώματα παίζουν ρόλο στην μεταφορά μεμβρανών.
Χαρακτηριστικά κυτταρικής μεμβράνης
Η μεμβράνη ενός ευκαρυωτικού κυττάρου αναφέρεται συχνά ως α μεμβράνη πλάσματος. Η μεμβράνη πλάσματος αποτελείται από α διπλοστιβάδα φωσφολιπιδίου, και είναι διαπερατό σε ορισμένα μόρια, αλλά όχι σε όλα.
Συστατικά του φωσφολιπίδιο η διπλή στιβάδα περιλαμβάνει συνδυασμό γλυκερόλης και λιπαρών οξέων με φωσφορική ομάδα. Αυτά αποδίδουν τα γλυκεροφωσφολιπίδια που γενικά αποτελούν τη διπλή στιβάδα των περισσότερων κυτταρικών μεμβρανών.
Η φωσφολιπιδική διπλή στιβάδα διαθέτει ιδιότητες που αγαπούν το νερό (υδρόφιλες) στο εξωτερικό της και υδατοαπωθητικές (υδρόφοβες) ιδιότητες στο εσωτερικό της. Τα υδρόφιλα τμήματα βλέπουν στο εξωτερικό του κελιού καθώς και στο εσωτερικό του, και είναι αμφότερα διαδραστικά και προσελκύονται από το νερό σε αυτά τα περιβάλλοντα.
Σε όλο το κυτταρική μεμβράνη, οι πόροι και οι πρωτεΐνες βοηθούν στον προσδιορισμό του τι εισέρχεται ή εξέρχεται από το κύτταρο. Από τα διαφορετικά είδη πρωτεϊνών που βρίσκονται στην κυτταρική μεμβράνη, ορισμένες εκτείνονται μόνο σε μέρος της φωσφολιπιδικής διπλής στιβάδας. Αυτές ονομάζονται εξωγενείς πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες που διασχίζουν ολόκληρη τη διπλή στιβάδα ονομάζονται εγγενείς πρωτεΐνες ή διαμεμβρανικές πρωτεΐνες.
Οι πρωτεΐνες αποτελούν περίπου το ήμισυ της μάζας των κυτταρικών μεμβρανών. Ενώ ορισμένες πρωτεΐνες μπορούν να κινηθούν εύκολα στη διπλή στιβάδα, άλλες είναι κλειδωμένες στη θέση τους και χρειάζονται βοήθεια εάν πρέπει να κινηθούν.
Γεγονότα βιολογίας μεταφορών
Τα κύτταρα χρειάζονται έναν τρόπο για να πάρουν τα απαραίτητα μόρια σε αυτά. Χρειάζονται επίσης έναν τρόπο για να απελευθερώσουν ορισμένα υλικά ξανά. Τα απελευθερωμένα υλικά μπορούν φυσικά να περιλαμβάνουν απόβλητα, αλλά συχνά ορισμένες λειτουργικές πρωτεΐνες πρέπει να εκκρίνονται εκτός των κυττάρων επίσης. Η μεμβράνη διπλής στιβάδας φωσφολιπιδίου διατηρεί μια ροή μορίων στο κύτταρο, μέσω όσμωσης, παθητική μεταφορά ή ενεργή μεταφορά.
Οι εξωγενείς και εγγενείς πρωτεΐνες λειτουργούν για να βοηθήσουν με αυτό βιολογία μεταφορών. Αυτές οι πρωτεΐνες μπορεί να έχουν πόρους για να επιτρέπουν τη διάχυση, μπορεί να λειτουργούν ως υποδοχείς ή ένζυμα για βιολογικές διεργασίες ή μπορεί να λειτουργούν σε ανοσοαποκρίσεις και κυτταρική σηματοδότηση. Υπάρχουν διαφορετικοί τύποι παθητικής μεταφοράς καθώς και ενεργός μεταφορά που παίζουν ρόλο στην κίνηση μορίων διαμέσου μεμβρανών.
Τύποι παθητικών μεταφορών
Στη βιολογία μεταφορών, παθητική μεταφορά αναφέρεται στη μεταφορά μορίων διαμέσου της κυτταρικής μεμβράνης που δεν απαιτεί βοήθεια ή ενέργεια. Αυτά είναι συνήθως μικρά μόρια που μπορούν απλώς να ρέουν μέσα και έξω από το κύτταρο, σχετικά ελεύθερα. Μπορεί να περιλαμβάνουν νερό, ιόντα και παρόμοια.
Ένα παράδειγμα παθητικής μεταφοράς είναι διάχυση. Η διάχυση συμβαίνει όταν ορισμένα υλικά εισέρχονται στην κυτταρική μεμβράνη μέσω πόρων. Τα βασικά μόρια όπως το οξυγόνο και το διοξείδιο του άνθρακα είναι καλά παραδείγματα. Συνήθως η διάχυση απαιτεί βαθμίδα συγκέντρωσης, που σημαίνει ότι η συγκέντρωση έξω από την κυτταρική μεμβράνη πρέπει να είναι διαφορετική από το εσωτερικό.
Διευκόλυνση μεταφοράς απαιτεί βοήθεια μέσω πρωτεϊνών φορέα. Οι πρωτεΐνες φορέα δεσμεύουν τα υλικά που απαιτούνται για μεταφορά σε θέσεις σύνδεσης. Αυτή η ένωση κάνει την πρωτεΐνη να αλλάξει σχήμα. Μόλις τα αντικείμενα βοηθηθούν μέσω της μεμβράνης, η πρωτεΐνη τα απελευθερώνει.
Ένας άλλος τύπος παθητικής μεταφοράς είναι μέσω απλού ώσμωση. Αυτό είναι κοινό με το νερό. Τα μόρια νερού προσβάλλουν μια κυτταρική μεμβράνη, δημιουργώντας πίεση και αυξάνοντας το «δυναμικό του νερού». Το νερό θα μετακινηθεί από υψηλό σε χαμηλό δυναμικό νερού για να εισέλθει στο κελί.
Ενεργή μεταφορά μεμβρανών
Περιστασιακά, ορισμένες ουσίες δεν μπορούν να διασχίσουν μια κυτταρική μεμβράνη μόνο με διάχυση ή παθητική μεταφορά. Η μετάβαση από χαμηλή σε υψηλή συγκέντρωση, για παράδειγμα, απαιτεί ενέργεια. Για να γίνει αυτό, ενεργή μεταφορά συμβαίνει με τη βοήθεια πρωτεϊνών φορέα. Οι πρωτεΐνες του φορέα συγκρατούν θέσεις δέσμευσης στις οποίες συνδέονται οι απαραίτητες ουσίες ώστε να μπορούν να μετακινηθούν κατά μήκος της μεμβράνης.
Μεγαλύτερα μόρια όπως σάκχαρα, μερικά ιόντα, άλλα πολύ φορτισμένα υλικά, αμινοξέα και τα άμυλα δεν μπορούν να παρασυρθούν στις μεμβράνες χωρίς βοήθεια. Οι πρωτεΐνες μεταφοράς ή φορείς κατασκευάζονται σε συγκεκριμένες ανάγκες ανάλογα με τον τύπο του μορίου που πρέπει να κινηθεί σε μια μεμβράνη. Οι πρωτεΐνες των υποδοχέων λειτουργούν επίσης επιλεκτικά για τη δέσμευση μορίων και την καθοδήγησή τους στις μεμβράνες.
Organelles που εμπλέκονται στη μεταφορά μεμβρανών
Οι πόροι και οι πρωτεΐνες δεν είναι τα μόνα βοηθήματα για τη μεταφορά μεμβρανών. Organelles εξυπηρετούν επίσης αυτήν τη λειτουργία με διάφορους τρόπους. Τα οργανίδια είναι μικρότερες υποδομές μέσα στα κύτταρα.
Τα οργανίδια έχουν διαφορετικά σχήματα και εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες. Αυτά τα οργανίδια αποτελούν αυτό που ονομάζεται ενδομεμβρανικό σύστημα και διαθέτουν μοναδικές μορφές μεταφοράς πρωτεϊνών.
Στην κυττάρωση, μεγάλες ποσότητες υλικών μπορούν να διασχίσουν μια μεμβράνη μέσω κυστίδια. Αυτά είναι κομμάτια κυτταρικής μεμβράνης που μπορούν να μετακινήσουν αντικείμενα στο κύτταρο ή έξω (ενδοκύτωση ή εξωκύτωση, αντίστοιχα). Οι πρωτεΐνες συσκευάζονται από το ενδοπλασματικό δίκτυο στα κυστίδια που απελευθερώνονται έξω από το κύτταρο. Δύο παραδείγματα φυσαλιδωδών πρωτεϊνών περιλαμβάνουν ινσουλίνη και ερυθροποιητίνη.
Ενδοπλασματικό ρήγμα
ο ενδοπλασματικό πρόγραμμα (ER) είναι ένα οργανικό υπεύθυνο για την παραγωγή και των δύο μεμβρανών και των πρωτεϊνών τους. Βοηθά επίσης τη μοριακή μεταφορά μέσω της δικής της μεμβράνης. Το ER είναι υπεύθυνο για τη μετατόπιση πρωτεϊνών, που είναι η κίνηση των πρωτεϊνών σε όλο το κύτταρο. Ορισμένες πρωτεΐνες μπορούν να διασχίσουν πλήρως τη μεμβράνη ER εάν είναι διαλυτές. Οι εκκριτικές πρωτεΐνες είναι ένα τέτοιο παράδειγμα.
Ωστόσο, για τις πρωτεΐνες των μεμβρανών, η φύση τους ως μέρος της διπλής στιβάδας της μεμβράνης απαιτεί λίγη βοήθεια για να μετακινηθεί. Η μεμβράνη ER μπορεί να χρησιμοποιεί σήματα ή διαμεμβρανικά τμήματα ως τρόπο μετατόπισης αυτών των πρωτεϊνών. Αυτός είναι ένας από τους τύπους παθητικής μεταφοράς που παρέχει κατεύθυνση για τις πρωτεΐνες στις οποίες ταξιδεύουν.
Στην περίπτωση του πρωτεϊνικού συμπλέγματος που είναι γνωστό ως Sec61, το οποίο λειτουργεί κυρίως ως κανάλι πόρων, πρέπει να συνεργάζεται με ένα ριβόσωμα με σκοπό τη μετατόπιση.
Συσκευές Golgi
ο Συσκευές Golgi είναι ένα άλλο κρίσιμο οργανικό. Δίνει τελικές, συγκεκριμένες προσθήκες πρωτεϊνών που τους δίνουν πολυπλοκότητα, όπως προσθήκη υδατανθράκων. Χρησιμοποιεί κυστίδια για τη μεταφορά μορίων.
Η φυσαλιδώδης μεταφορά μπορεί να συμβεί εν μέρει λόγω της επικάλυψης πρωτεϊνών, και αυτές οι πρωτεΐνες βοηθούν στην κίνηση των κυστιδίων μεταξύ του ER και της συσκευής Golgi. Ένα παράδειγμα πρωτεΐνης επικάλυψης είναι η κλαθρίνη.
Μιτοχόνδρια
Στην εσωτερική μεμβράνη των οργανιδίων ονομάζεται μιτοχόνδρια, πολλές πρωτεΐνες πρέπει να χρησιμοποιηθούν για να βοηθήσουν στην παραγωγή ενέργειας για το κύτταρο. Η εξωτερική μεμβράνη, σε αντίθεση, είναι πορώδης για τη διέλευση μικρών μορίων.
Υπεροξυσώματα
Υπεροξυσώματα είναι ένα είδος οργανιδίου που διασπά τα λιπαρά οξέα. Όπως υποδηλώνει το όνομά τους, παίζουν επίσης ρόλο στην απομάκρυνση του επιβλαβούς υπεροξειδίου του υδρογόνου από τα κύτταρα. Τα υπεροξώματα μπορούν επίσης να μεταφέρουν μεγάλες, διπλωμένες πρωτεΐνες.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν πρόσφατα τους τεράστιους πόρους που επιτρέπουν στα υπεροξυσώματα να το κάνουν αυτό. Συνήθως οι πρωτεΐνες δεν μεταφέρονται στις πλήρεις, μεγάλες, τρισδιάστατες καταστάσεις τους. Τις περισσότερες φορές είναι απλά πολύ μεγάλοι για να περάσουν από έναν πόρο. Όμως τα υπεροξώματα εξαρτώνται από αυτούς τους γιγαντιαίους πόρους. Οι πρωτεΐνες πρέπει να φέρουν ένα συγκεκριμένο σήμα για να το μεταφέρει ένα υπεροξείδιο.
Οι ποικίλες μέθοδοι των τύπων παθητικών μεταφορών καθιστούν τη βιολογία των μεταφορών ένα συναρπαστικό αντικείμενο μελέτης. Η απόκτηση γνώσεων σχετικά με το πώς τα υλικά μπορούν να μετακινηθούν σε κυτταρικές μεμβράνες μπορεί να βοηθήσει στην κατανόηση των κυτταρικών διεργασιών.
Επειδή πολλές ασθένειες περιλαμβάνουν παραμορφωμένες, κακώς διπλωμένες ή δυσλειτουργικές πρωτεΐνες, καθίσταται σαφές πόσο σημαντική μπορεί να είναι η μεταφορά μεμβράνης. Η βιολογία των μεταφορών παρέχει επίσης απεριόριστες ευκαιρίες για να ανακαλύψετε τρόπους αντιμετώπισης ελλείψεων και ασθενειών, και ίσως να δημιουργήσετε νέα φάρμακα για θεραπεία.