אילו אברונים עוזרים למולקולות להתפזר על פני קרום באמצעות חלבוני תחבורה?

לתאים אוקריוטיים יש קרום חיצוני המגן על תכולת התא. עם זאת, הקרום החיצוני חדיר למחצה, ומאפשר לחומרים מסוימים להיכנס אליו.

בְּתוֹך תאים איקריוטיים, תת-מבנים קטנים יותר הנקראים אברונים בעלי קרומים משלהם. אברונים משרתים כמה פונקציות שונות בתאים, כולל נע מולקולות על פני קרום התא או דרך קרומי האברון.

TL; DR (ארוך מדי; לא קרא)

מולקולות יכולות להתפזר על פני הממברנות באמצעות חלבוני תחבורה, או להיעזר בהובלה פעילה על ידי חלבונים אחרים. אברונים כמו הרטיקולום האנדופלזמי, מנגנון גולגי, מיטוכונדריה ופרוקסיזומים ממלאים תפקיד בהובלת קרום.

קרום התא האוקריוטי מכונה לעיתים קרובות קרום פלזמה. קרום הפלזמה מורכב מ- דו שכבתי פוספוליפידי, והוא חדיר למולקולות מסוימות, אך לא לכולן.

רכיבי ה- פוספוליפיד דו שכבתי כולל שילוב של גליצרול וחומצות שומן עם קבוצת פוספט. אלה מניבים את הגליצרופוספוליפידים המרכיבים בדרך כלל את שכבת הדו-שכבתית של רוב ממברנות התאים.

לשכבה הדו-פוספוליפידית יש תכונות חובבות מים (הידרופיליות) בחלקה החיצוני, ותכונות דוחות מים (הידרופוביות) בפנים שלה. החלקים ההידרופיליים פונים לחלקו החיצוני של התא כמו גם לחלקו הפנימי, והם אינטראקטיביים ונמשכים למים בסביבות אלה.

לאורך ה קרום תאנקבוביות וחלבונים עוזרים לקבוע מה נכנס לתא או יוצא ממנו. מבין סוגי החלבונים השונים הנמצאים בקרום התא, חלקם נמשכים רק לחלק מהדו שכבתית הפוספוליפידית. אלה נקראים חלבונים חיצוניים. החלבונים החוצים את כל השכבה הדו-שכבתית נקראים חלבונים פנימיים, או חלבונים טרנסממברניים.

חלבונים מהווים כמחצית ממסת הממברנות התאיות. בעוד שחלבונים מסוימים יכולים להסתובב בקלות בשכבה הדו-שכבתית, אחרים נעולים במקום וזקוקים לעזרה אם הם חייבים לנוע.

תאים זקוקים לדרך להכניס אליהם מולקולות נחוצות. הם גם זקוקים לדרך לשחרר חומרים מסוימים שוב. חומרים משוחררים יכולים כמובן לכלול פסולת, אך לעתים קרובות יש להפריש חלבונים פונקציונליים מסוימים גם מחוץ לתאים. הממברנה הדו-שכבתית הפוספוליפידית שומרת על שטף של מולקולות לתא, באמצעות אוסמוזה, תחבורה פסיבית או תחבורה פעילה.

החלבונים החיצוניים והפנימיים פועלים בכדי לעזור בכך ביולוגיה תחבורתית. חלבונים אלה עשויים להחזיק נקבוביות כדי לאפשר דיפוזיה, הם עשויים לעבוד כקולטנים או אנזימים לתהליכים ביולוגיים, או שהם עשויים לעבוד בתגובות חיסוניות ובאיתות תאים. ישנם סוגים שונים של הובלה פסיבית כמו גם הובלה פעילה הממלאים תפקיד בתנועת מולקולות על פני ממברנות.

בביולוגיה תחבורתית, תחבורה פסיבית מתייחס להובלה של מולקולות על פני קרום התא שאינו זקוק לסיוע או אנרגיה כלשהי. מדובר בדרך כלל במולקולות קטנות שיכולות פשוט לזרום לתא ומחוצה לו, באופן חופשי יחסית. הם עשויים לכלול מים, יונים וכדומה.

אחת הדוגמאות לתחבורה פסיבית היא ריכוך. דיפוזיה מתרחשת כאשר חומרים מסוימים נכנסים לקרום התא דרך הנקבוביות. מולקולות חיוניות כמו חמצן ופחמן דו חמצני הן דוגמאות טובות. בדרך כלל דיפוזיה דורשת שיפוע ריכוז, כלומר הריכוז מחוץ לקרום התא צריך להיות שונה מבפנים.

הובלה מתאימה דורש סיוע באמצעות חלבונים נושאים. חלבונים נושאים קושרים את החומרים הדרושים להובלה באתרי קשירה. ההצטרפות הזו גורמת לחלבון לשנות צורה. ברגע שעוזרים לפריטים דרך הממברנה, החלבון משחרר אותם.

סוג אחר של תחבורה פסיבית הוא באמצעות פשוט סְפִיגָה. זה נפוץ עם מים. מולקולות מים פוגעות בקרום התא ויוצרות לחץ ובונות "פוטנציאל מים". מים יעברו מפוטנציאל מים גבוה לנמוך בכדי להיכנס לתא.

לעיתים, חומרים מסוימים אינם יכולים לחצות קרום תא פשוט באמצעות דיפוזיה או הובלה פסיבית. מעבר מריכוז נמוך לגבוה, למשל, דורש אנרגיה. כדי שזה יקרה, מעבר פעיל מתרחשת בעזרת חלבונים נשאיים. חלבונים נושאים מחזיקים אתרי קשירה אליהם נקשרים החומרים הדרושים כדי שניתן יהיה להעבירם על פני הקרום.

מולקולות גדולות יותר כמו סוכרים, כמה יונים, חומרים אחרים בעלי טעינה גבוהה, חומצות אמינו ועמילנים אינם יכולים להיסחף על פני הקרומים ללא עזרה. חלבוני הובלה או נשא בנויים לצרכים ספציפיים בהתאם לסוג המולקולה שצריכה לנוע על פני קרום. חלבוני קולטנים פועלים גם באופן סלקטיבי לקשירת מולקולות ולהנחייתם על פני קרומים.

נקבוביות וחלבונים אינם העזרים היחידים להובלת קרום. אברונים משמשים גם פונקציה זו במספר דרכים. אברונים הם תת-מבנים קטנים יותר בתוך התאים.

לאברונים צורות מגוונות והם מבצעים פונקציות שונות. אברונים אלו מהווים את מה שמכונה מערכת אנדוממברנית, והם בעלי צורות ייחודיות של הובלת חלבונים.

בציטוזה, כמויות גדולות של חומרים יכולים לחצות קרום דרך שלפוחית. אלה הם פיסות קרום התא שיכולות להעביר פריטים לתא או החוצה (אנדוציטוזיס או אקסוציטוזיס, בהתאמה). חלבונים ארוזים על ידי הרטיקולום האנדופלזמי בשלפוחיות שישוחרר מחוץ לתא. שתי דוגמאות לחלבונים שלפוחיים כוללים אינסולין ואריתרופויטין.

רשתית אנדופלזמית

ה רשתית אנדופלזמית (ER) הוא אברון האחראי לייצור שני הממברנות והחלבונים שלהם. זה גם מסייע להובלה מולקולרית דרך הממברנה שלה. ה- ER אחראי על טרנסלוקציה של חלבונים, שהיא תנועת החלבונים בכל התא. חלבונים מסוימים יכולים לחצות את קרום ה- ER באופן מלא אם הם מסיסים. חלבונים מפרישים הם דוגמה כזו.

אולם עבור חלבוני הממברנה, טיבם להיות חלק משכבת ​​הדו-שכבת של הקרום דורש מעט עזרה בכדי לנוע. קרום ה- ER יכול להשתמש באותות או בקטעי טרנס-ממברנה כדרך למקם חלבונים אלה. זהו אחד מסוגי התחבורה הפסיבית המספקים כיוון לחלבונים לנסוע אליהם.

במקרה של קומפלקס החלבון המכונה Sec61, המתפקד בעיקר כערוץ נקבוביות, עליו לשתף פעולה עם ריבוזום לצורך טרנסלוקציה.

מערכת גולג'י

ה מערכת גולג'י הוא עוד אברון מכריע. זה נותן לחלבונים תוספות סופיות וספציפיות שמעניקות להם מורכבות, כמו תוספת פחמימות. הוא משתמש בשלפוחיות להובלת מולקולות.

הובלת שלפוחית ​​יכולה להתרחש בין השאר בגלל ציפוי חלבונים, וחלבונים אלה מסייעים בתנועת שלפוחית ​​בין המיון למנגנון גולגי. דוגמא אחת לחלבון שכבה היא קלתרין.

מיטוכונדריה

בקרום הפנימי של האברונים הנקראים מיטוכונדריה, יש להשתמש בחלבונים רבים בכדי לעזור בייצור אנרגיה לתא. לעומת זאת, הממברנה החיצונית נקבובית למעבר של מולקולות קטנות.

פרוקסיזומים

פרוקסיזומים הם סוג של אברון המפרק חומצות שומן. כשמם כן הם ממלאים תפקיד בהסרת מי חמצן מזיקים מהתאים. פרוקסיזומים יכולים גם להעביר חלבונים גדולים ומקופלים.

חוקרים גילו רק לאחרונה את הנקבוביות העצומות שמאפשרות לפרוקסיזומים לעשות זאת. בדרך כלל חלבונים אינם מועברים במצבים המלאים והגדולים שלהם. רוב הזמן הם פשוט גדולים מכדי לעבור דרך נקבובית. אך פרוקסיזומים עומדים במשימה במקרה של נקבוביות ענק אלה. חלבונים חייבים לשאת אות מסוים על מנת שפרוקסיזום יוביל אותם.

השיטות המגוונות של סוגי תחבורה פסיבית הופכות את הביולוגיה התחבורתית לנושא מרתק ללימוד. השגת ידע על אופן העברת חומרים על פני קרומי התא יכולה לסייע בהבנת תהליכים תאיים.

מכיוון שמחלות רבות כוללות חלבונים לקויים, מקופלים בצורה גרועה או שאינם מתפקדים אחרת, מתברר עד כמה יכול להיות הובלת קרום רלוונטית. ביולוגיה תחבורתית מספקת גם הזדמנויות בלתי מוגבלות לגלות דרכים לטפל בחסרים ומחלות, ואולי להכין תרופות חדשות לטיפול.