Le cellule eucariotiche possiedono una membrana esterna che protegge il contenuto di una cellula. Tuttavia, la membrana esterna è semipermeabile e consente a determinati materiali di penetrarvi.
Dentro cellule eucariotiche, sottostrutture più piccole chiamate organelli possiedono membrane proprie. organelli svolgono diverse funzioni nelle cellule, incluso lo spostamento di molecole attraverso la membrana cellulare o attraverso le membrane dell'organello.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Le molecole possono diffondersi attraverso le membrane tramite proteine di trasporto, oppure possono essere aiutate nel trasporto attivo da altre proteine. Organelli come il reticolo endoplasmatico, l'apparato di Golgi, i mitocondri ei perossisomi giocano tutti un ruolo nel trasporto di membrana.
Caratteristiche della membrana cellulare
La membrana di una cellula eucariotica è spesso indicata come a membrana plasmatica. La membrana plasmatica è costituita da a doppio strato di fosfolipidi, ed è permeabile ad alcune molecole, ma non a tutte.
Componenti del fosfolipide il doppio strato include una combinazione di glicerolo e acidi grassi con un gruppo fosfato. Questi producono i glicerofosfolipidi che generalmente costituiscono il doppio strato della maggior parte delle membrane cellulari.
Il doppio strato fosfolipidico possiede qualità idrofile (idrofile) all'esterno e qualità idrorepellenti (idrofobe) all'interno. Le porzioni idrofile si affacciano sia all'esterno che all'interno della cellula, e sono sia interattive che attratte dall'acqua in questi ambienti.
Attraverso il membrana cellulare, i pori e le proteine aiutano a determinare cosa entra o esce dalla cellula. Dei diversi tipi di proteine presenti nella membrana cellulare, alcune si estendono solo in una parte del doppio strato fosfolipidico. Queste sono chiamate proteine estrinseche. Le proteine che attraversano l'intero doppio strato sono chiamate proteine intrinseche, o proteine transmembrana.
Le proteine costituiscono circa la metà della massa delle membrane cellulari. Mentre alcune proteine possono muoversi facilmente nel doppio strato, altre sono bloccate in posizione e hanno bisogno di aiuto se devono muoversi.
Fatti di biologia dei trasporti
Le cellule hanno bisogno di un modo per ottenere le molecole necessarie in esse. Hanno anche bisogno di un modo per rilasciare di nuovo alcuni materiali. I materiali rilasciati possono ovviamente includere rifiuti, ma spesso alcune proteine funzionali devono essere secrete anche al di fuori delle cellule. La membrana a doppio strato fosfolipidico mantiene un flusso di molecole nella cellula, per osmosi, trasporto passivo o trasporto attivo.
Le proteine estrinseche e intrinseche lavorano per aiutare in questo biologia dei trasporti. Queste proteine possono possedere pori per consentire la diffusione, possono funzionare come recettori o enzimi per i processi biologici o possono funzionare nelle risposte immunitarie e nella segnalazione cellulare. Esistono diversi tipi di trasporto passivo e di trasporto attivo che svolgono un ruolo nel movimento delle molecole attraverso le membrane.
Tipi di trasporto passivo
Nella biologia dei trasporti, trasporto passivo si riferisce al trasporto di molecole attraverso la membrana cellulare che non richiede assistenza o energia. Queste sono in genere piccole molecole che possono semplicemente fluire dentro e fuori dalla cellula, in modo relativamente libero. Potrebbero includere acqua, ioni e simili.
Un esempio di trasporto passivo è diffusione. La diffusione si verifica quando determinati materiali entrano nella membrana cellulare attraverso i pori. Molecole essenziali come ossigeno e anidride carbonica sono buoni esempi. Tipicamente la diffusione richiede un gradiente di concentrazione, il che significa che la concentrazione all'esterno della membrana cellulare deve essere diversa dall'interno.
Trasporto facilitato richiede assistenza tramite proteine di trasporto. Le proteine di trasporto legano i materiali necessari per il trasporto nei siti di legame. Questa unione fa cambiare forma alla proteina. Una volta che gli oggetti vengono aiutati attraverso la membrana, la proteina li rilascia.
Un altro tipo di trasporto passivo è via semplice osmosi. Questo è comune con l'acqua. Le molecole d'acqua colpiscono una membrana cellulare, creando pressione e aumentando il "potenziale idrico". L'acqua si sposterà da alto a basso potenziale idrico per entrare nella cellula.
Trasporto a membrana attivo
Talvolta, alcune sostanze non possono attraversare una membrana cellulare semplicemente per diffusione o trasporto passivo. Passare da una concentrazione bassa a una alta, ad esempio, richiede energia. Per far sì che ciò accada, trasporto attivo avviene con l'aiuto di proteine di trasporto. Le proteine trasportatrici contengono siti di legame a cui si attaccano le sostanze necessarie in modo che possano essere spostate attraverso la membrana.
Molecole più grandi come zuccheri, alcuni ioni, altri materiali altamente caricati, aminoacidi e gli amidi non possono spostarsi attraverso le membrane senza aiuto. Le proteine di trasporto o di trasporto sono costruite per esigenze specifiche a seconda del tipo di molecola che deve muoversi attraverso una membrana. Le proteine recettrici lavorano anche in modo selettivo per legare le molecole e guidarle attraverso le membrane.
Organelli coinvolti nel trasporto di membrana
I pori e le proteine non sono gli unici ausili per il trasporto di membrana. organelli svolgono anche questa funzione in diversi modi. Gli organelli sono sottostrutture più piccole all'interno delle cellule.
Gli organelli hanno forme diverse e svolgono funzioni diverse. Questi organelli costituiscono quello che viene chiamato il sistema endomembrana e possiedono forme uniche di trasporto delle proteine.
Nella citosi, grandi quantità di materiali possono attraversare una membrana attraverso vescicole. Questi sono frammenti di membrana cellulare che possono spostare oggetti all'interno o all'esterno della cellula (rispettivamente endocitosi o esocitosi). Le proteine sono impacchettate dal reticolo endoplasmatico in vescicole per essere rilasciate all'esterno della cellula. Due esempi di proteine vescicolari includono l'insulina e l'eritropoietina.
Reticolo endoplasmatico
Il reticolo endoplasmatico (RE) è un organello responsabile della produzione sia delle membrane che delle loro proteine. Aiuta anche il trasporto molecolare attraverso la propria membrana. L'ER è responsabile della traslocazione proteica, che è il movimento delle proteine attraverso la cellula. Alcune proteine possono attraversare completamente la membrana ER se sono solubili. Le proteine secretorie ne sono un esempio.
Per le proteine di membrana, tuttavia, la loro natura di far parte del doppio strato di membrana richiede un piccolo aiuto per muoversi. La membrana ER può utilizzare segnali o segmenti transmembrana come un modo per traslocare queste proteine. Questo è uno dei tipi di trasporto passivo che fornisce una direzione in cui le proteine devono viaggiare.
Nel caso del complesso proteico noto come Sec61, che funziona principalmente come canale dei pori, deve collaborare con un ribosoma ai fini della traslocazione.
Apparato del Golgi
Il Apparato del Golgi è un altro organello cruciale. Dà alle proteine aggiunte finali e specifiche che danno loro complessità, come i carboidrati aggiunti. Usa le vescicole per trasportare le molecole.
Il trasporto vescicolare può avvenire in parte a causa delle proteine di rivestimento e queste proteine aiutano il movimento delle vescicole tra l'ER e l'apparato del Golgi. Un esempio di proteina di rivestimento è la clatrina.
Mitocondri
Nella membrana interna degli organelli chiamati mitocondri, numerose proteine devono essere utilizzate per aiutare la generazione di energia per la cellula. La membrana esterna, al contrario, è porosa per il passaggio di piccole molecole.
perossisomi
perossisomi sono una specie di organello che scompone gli acidi grassi. Come suggerisce il nome, svolgono anche un ruolo nella rimozione del perossido di idrogeno nocivo dalle cellule. I perossisomi possono anche trasportare proteine grandi e ripiegate.
I ricercatori hanno scoperto solo di recente gli immensi pori che consentono ai perossisomi di farlo. Normalmente le proteine non vengono trasportate nei loro stati completi, grandi e tridimensionali. La maggior parte delle volte sono semplicemente troppo grandi per passare attraverso un poro. Ma i perossisomi sono all'altezza del compito nel caso di questi pori giganti. Le proteine devono trasportare un segnale particolare affinché un perossisoma possa trasportarle.
I diversi metodi dei tipi di trasporto passivo rendono la biologia dei trasporti un affascinante argomento di studio. Acquisire conoscenze su come i materiali possono essere spostati attraverso le membrane cellulari può aiutare a comprendere i processi cellulari.
Poiché molte malattie coinvolgono proteine malformate, mal ripiegate o comunque disfunzionali, diventa chiaro quanto possa essere rilevante il trasporto di membrana. La biologia dei trasporti offre anche opportunità illimitate per scoprire modi per trattare carenze e malattie e forse per creare nuovi farmaci per il trattamento.