Eukarüootsetel rakkudel on välimine membraan, mis kaitseb raku sisu. Kuid välimine membraan on poolläbilaskev ja võimaldab teatud materjalidel sellesse siseneda.
Toas eukarüootsed rakud, väiksemad alamstruktuurid nn organellid omavad oma membraane. Organellid teenivad rakkudes mitut erinevat funktsiooni, sealhulgas liikuvad molekulid üle rakumembraani või läbi organelli membraanide.
TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)
Molekulid võivad diffundeeruda membraanides transpordivalkude kaudu või võivad neid aktiivses transpordis aidata teised valgud. Organellid nagu endoplasmaatiline retikulum, Golgi aparaat, mitokondrid ja peroksisoomid mängivad kõik oma rolli membraanitranspordis.
Rakumembraani omadused
Eukarüootse raku membraanile viidatakse sageli kui a plasmamembraan. Plasma membraan koosneb a kahekihiline fosfolipiid, ja on läbitav mõnedele molekulidele, kuid mitte kõigile.
Komponendid fosfolipiid kahekihilised hõlmavad glütserooli ja rasvhapete kombinatsiooni fosfaatrühmaga. Need annavad glütserofosfolipiidid, mis tavaliselt moodustavad enamiku rakumembraanide kahekihilise kihi.
Fosfolipiidsel kahekihilisel välisküljel on vett armastavad (hüdrofiilsed) omadused ja sisemuses vett tõrjuvad (hüdrofoobsed) omadused. Hüdrofiilsed osad on suunatud nii raku välisküljele kui ka selle siseküljele ning on nii keskkonnas interaktiivsed kui ka veekindlad.
Jooksul rakumembraan, poorid ja valgud aitavad kindlaks teha, mis rakku siseneb või väljub. Rakumembraanis leiduvatest erinevatest valkudest ulatuvad mõned ainult kahes kihis fosfolipiididesse. Neid nimetatakse välisteks valkudeks. Valke, mis läbivad kogu kahekihilise kihi, nimetatakse sisemisteks valkudeks või transmembraansed valgud.
Valgud moodustavad umbes poole rakumembraanide massist. Kui mõned valgud saavad kahekihiliselt hõlpsasti ringi liikuda, on teised lukustatud oma kohale ja vajavad abi, kui nad peavad liikuma.
Transpordibioloogia faktid
Rakud vajavad viisi vajalike molekulide saamiseks. Samuti vajavad nad viisi, kuidas teatud materjalid uuesti välja lasta. Vabanenud materjalid võivad loomulikult sisaldada jäätmeid, kuid sageli tuleb teatud funktsionaalseid valke sekreteerida ka väljaspool rakke. Fosfolipiidne kahekihiline membraan hoiab osmoosi abil rakkudesse molekulide voogu, passiivne transport või aktiivne transport.
Välised ja sisemised valgud aitavad seda aidata transpordibioloogia. Nendel valkudel võivad difusiooni võimaldamiseks olla poorid, nad võivad töötada bioloogiliste protsesside retseptorite või ensüümidena või töötada immuunvastustes ja rakusignaalides. On olemas nii passiivse kui ka aktiivse transpordi tüüpe, mis mängivad rolli molekulide liikumisel läbi membraanide.
Passiivse transpordi tüübid
Transpordibioloogias passiivne transport Termin "molekul" viitab molekulide transpordile üle rakumembraani, mis ei vaja mingit abi ega energiat. Need on tavaliselt väikesed molekulid, mis võivad suhteliselt vabalt lihtsalt rakku sisse ja välja voolata. Need võivad sisaldada vett, ioone jms.
Üks näide passiivsest transpordist on difusioon. Difusioon toimub siis, kui teatud materjalid sisenevad pooride kaudu rakumembraani. Head näited on sellised olulised molekulid nagu hapnik ja süsinikdioksiid. Tavaliselt vajab difusioon kontsentratsiooni gradiendi, mis tähendab, et kontsentratsioon rakumembraanist väljaspool peab olema sisemusest erinev.
Hõlbustatud transport vajab abi kandevalkude kaudu. Kandvalgud seovad sidumiskohtades transportimiseks vajalikud materjalid. See liitumine paneb valgu kuju muutma. Kui esemed on membraani kaudu aidatud, vabastab valk need.
Teine passiivse transpordi liik on lihtne osmoos. See on tavaline veega. Veemolekulid löövad rakumembraani, tekitades survet ja suurendades "veepotentsiaali". Vesi liigub rakust sisenemiseks madalast veepotentsiaalist madalaks.
Aktiivne membraanitransport
Mõnikord ei saa teatud ained rakumembraani läbida lihtsalt difusiooni või passiivse transpordi kaudu. Näiteks madalalt kontsentratsioonilt kõrgele liikumine nõuab energiat. Selle saavutamiseks aktiivne transport toimub kandevalkude abil. Kandvalkudel on sidumiskohad, kuhu vajalikud ained kinnituvad, et neid saaks üle membraani liikuda.
Suuremad molekulid nagu suhkrud, mõned ioonid, muud kõrge laenguga materjalid, aminohapped ja tärklised ei saa ilma abita üle membraanide triivida. Transpordi- või kandevalgud ehitatakse vastavalt konkreetsetele vajadustele sõltuvalt molekuli tüübist, mis peab liikuma üle membraani. Retseptorvalgud töötavad valikuliselt ka molekulide sidumisel ja nende juhtimisel läbi membraanide.
Membraanitranspordis osalevad organellid
Poorid ja valgud pole ainsad membraanitranspordi abivahendid. Organellid täidavad seda funktsiooni mitmel viisil. Organellid on rakkude sees väiksemad alamstruktuurid.
Organellid on erineva kujuga ja täidavad erinevaid funktsioone. Need organellid moodustavad nn endomembraansüsteemi ja neil on ainulaadsed valgu transpordi vormid.
Tsütoosi korral võib suur hulk materjale läbida membraani vesiikulid. Need on rakumembraani bitid, mis võivad objekte rakku või välja viia (vastavalt endotsütoos või eksotsütoos). Valgud pakendatakse endoplasmaatilise retikulumi poolt vesiikulitesse, et vabaneda rakust väljaspool. Vesikulaarsete valkude kaks näidet hõlmavad insuliini ja erütropoetiini.
Endoplasmaatiline võrkkeha
The endoplasmaatiline retikulum (ER) on nii membraanide kui ka nende valkude valmistamise eest vastutav organell. See aitab ka molekulaarset transporti läbi oma membraani. ER vastutab valkude translokatsiooni eest, milleks on valkude liikumine kogu rakus. Mõned valgud suudavad ER-membraani täielikult läbida, kui need on lahustuvad. Sekretoorsed valgud on üks selline näide.
Membraanivalkude jaoks vajab nende liikumine membraani kahekihiliseks olemiseks siiski veidi abi. ER-membraan võib nende valkude ümberpaigutamiseks kasutada signaale või transmembraanseid segmente. See on üks passiivse transpordi tüüpidest, mis annab valkude liikumissuuna.
Sec61-nimelise valgukompleksi puhul, mis toimib enamasti poorikanalina, peab see translokatsiooni eesmärgil olema partneriks ribosoomiga.
Golgi aparaat
The Golgi aparaat on veel üks ülioluline organell. See annab valkudele lõplikud, spetsiifilised lisandid, mis annavad neile keerukuse, näiteks lisatud süsivesikud. Ta kasutab molekulide transportimiseks vesiikulid.
Vesikulaarne transport võib osaliselt toimuda kattevalkude tõttu ja need valgud aitavad vesiikulite liikumisel ER ja Golgi aparaadi vahel. Üks kattevalgu näide on klatriin.
Mitokondrid
Organellide sisemembraanis nn mitokondrid, tuleb raku energia tootmiseks kasutada arvukalt valke. Välimine membraan on seevastu poorne väikeste molekulide läbimiseks.
Peroksisoomid
Peroksisoomid on omamoodi organell, mis lagundab rasvhappeid. Nagu nende nimigi ütleb, mängivad nad rolli ka kahjuliku vesinikperoksiidi eemaldamisel rakkudest. Peroksisoomid võivad transportida ka suuri, volditud valke.
Teadlased avastasid alles hiljuti tohutud poorid, mis võimaldavad peroksisoomidel seda teha. Tavaliselt ei transpordita valke nende täielikes, suurtes, kolmemõõtmelistes olekutes. Suur osa ajast on nad poori läbimiseks lihtsalt liiga suured. Kuid peroksisoomid on nende hiiglaslike pooride puhul oma ülesannete kõrgusel. Valgud peavad kandma kindlat signaali, et peroksisoom neid transportiks.
Passiivse transpordi eri viisid muudavad transpordibioloogia põnevaks õppeaineks. Teadmiste saamine selle kohta, kuidas materjale saab rakumembraanides liikuda, võib aidata mõista rakuprotsesse.
Kuna paljud haigused hõlmavad väärarenguga, halvasti volditud või muul viisil mittetoimivaid valke, saab selgeks, kui asjakohane võib olla membraanitransport. Transpordibioloogia annab ka piiramatud võimalused puuduste ja haiguste raviks võimalike viiside avastamiseks ning võib-olla uudsete ravimite valmistamiseks.