Eikariotu šūnām ir ārējā membrāna, kas aizsargā šūnas saturu. Tomēr ārējā membrāna ir daļēji caurlaidīga un ļauj tajā iekļūt noteiktiem materiāliem.
Iekšā eikariotu šūnas, sauc mazākas apakšstruktūras organellas piemīt savas membrānas. Organelles kalpo vairākām dažādām funkcijām šūnās, ieskaitot molekulu pārvietošanu pa šūnu membrānu vai caur organeles membrānām.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Molekulas var difundēt pa membrānām, izmantojot transporta olbaltumvielas, vai arī aktīvā transportā tām var palīdzēt citi proteīni. Organelliem, piemēram, endoplazmas retikulumam, Golgi aparātam, mitohondrijām un peroksisomām, ir nozīme membrānas transportēšanā.
Šūnu membrānas raksturojums
Eikariotu šūnas membrānu bieži sauc par a plazmas membrāna. Plazmas membrāna sastāv no: fosfolipīdu divslānis, un ir caurlaidīgs dažām molekulām, bet ne visām.
Sastāvdaļas fosfolipīds divslāņu sastāvā ietilpst glicerīna un taukskābju kombinācija ar fosfātu grupu. Tie dod glicerofosfolipīdus, kas parasti veido lielākās daļas šūnu membrānu divslāni.
Fosfolipīdu divslānim piemīt ūdens mīlošas (hidrofilas) īpašības no ārpuses un ūdeni atgrūdošas (hidrofobiskas) īpašības iekšpusē. Hidrofilās daļas vērstas uz šūnas ārpusi, kā arī uz iekšpusi, un ir gan interaktīvas, gan piesaista ūdenim šajās vidēs.
Viscauri šūnu membrānu, poras un olbaltumvielas palīdz noteikt, kas iekļūst šūnā vai iziet no tās. No dažāda veida olbaltumvielām, kas atrodamas šūnu membrānā, dažas izplatās tikai divos fosfolipīdu divslāņos. Tos sauc par ārējiem proteīniem. Olbaltumvielas, kas šķērso visu divslāni, sauc par iekšējiem proteīniem vai transmembrānas proteīni.
Olbaltumvielas veido apmēram pusi no šūnu membrānu masas. Kaut arī daži olbaltumvielas var viegli pārvietoties divslānī, citi ir bloķēti vietā un, ja viņiem ir jāpārvietojas, viņiem nepieciešama palīdzība.
Transporta bioloģijas fakti
Šūnām ir nepieciešams veids, kā tajās iegūt nepieciešamās molekulas. Viņiem ir vajadzīgs arī veids, kā atkal atbrīvot noteiktus materiālus. Izdalītie materiāli, protams, var ietvert atkritumus, taču bieži vien atsevišķi funkcionālie proteīni ir jāizdala arī ārpus šūnām. Fosfolipīdu divslāņu membrāna uztur molekulu plūsmu šūnā, izmantojot osmozi, pasīvs transports vai aktīvs transports.
Ārējie un iekšējie proteīni darbojas, lai to palīdzētu transporta bioloģija. Šīm olbaltumvielām var būt poras, lai nodrošinātu difūziju, tās var darboties kā bioloģisko procesu receptori vai fermenti, vai arī tās var darboties imūnās atbildēs un šūnu signālā. Pastāv dažādi pasīvā transporta veidi, kā arī aktīvais transports, kam ir nozīme molekulu kustībā pa membrānām.
Pasīvā transporta veidi
Transporta bioloģijā pasīvais transports attiecas uz molekulu transportēšanu pa šūnu membrānu, kurai nav nepieciešama nekāda palīdzība vai enerģija. Parasti tās ir mazas molekulas, kuras var salīdzinoši brīvi vienkārši ieplūst šūnā un no tās. Tie var ietvert ūdeni, jonus un tamlīdzīgus.
Viens no pasīvā transporta piemēriem ir difūzija. Difūzija notiek, kad daži materiāli caur porām nonāk šūnu membrānā. Labi piemēri ir tādas būtiskas molekulas kā skābeklis un oglekļa dioksīds. Parasti difūzijai nepieciešams koncentrācijas gradients, tas nozīmē, ka koncentrācijai ārpus šūnas membrānas jābūt atšķirīgai no iekšpuses.
Atvieglots transports nepieciešama palīdzība caur nesējproteīniem. Nesējproteīni saista materiālus, kas nepieciešami transportēšanai saistīšanās vietās. Šī pievienošanās liek olbaltumvielai mainīt formu. Kad vienumi tiek izvadīti caur membrānu, olbaltumvielas tos atbrīvo.
Cits pasīvā transporta veids ir vienkāršs osmoze. Tas ir raksturīgi ūdenim. Ūdens molekulas saduras ar šūnu membrānu, radot spiedienu un veidojot “ūdens potenciālu”. Ūdens pārvietosies no augsta uz zemu ūdens potenciālu, lai iekļūtu šūnā.
Aktīvs membrānas transports
Dažreiz dažas vielas nevar šķērsot šūnas membrānu, vienkārši difūzijas vai pasīvas transportēšanas ceļā. Piemēram, pārejai no zemas uz augstu koncentrāciju ir vajadzīga enerģija. Lai tas notiktu, aktīvs transports notiek ar nesēju olbaltumvielu palīdzību. Nesējproteīniem ir saistīšanās vietas, pie kurām piestiprinās nepieciešamās vielas, lai tās varētu pārvietot pa membrānu.
Lielākas molekulas, piemēram, cukuri, daži joni, citi stipri uzlādēti materiāli, aminoskābes un cietes nevar plūst pāri membrānām bez palīdzības. Transporta vai nesējproteīni tiek veidoti īpašām vajadzībām atkarībā no molekulas veida, kam jāpārvietojas pa membrānu. Arī receptoru proteīni darbojas selektīvi, lai saistītu molekulas un virzītu tās pa membrānām.
Organellas, kas iesaistītas membrānas transportā
Poras un olbaltumvielas nav vienīgie palīglīdzekļi membrānas transportēšanai. Organelles arī kalpo šai funkcijai vairākos veidos. Organelles ir mazākas apakšstruktūras šūnu iekšienē.
Organellām ir dažādas formas, un tās veic dažādas funkcijas. Šie organelli veido tā saukto endomembrānu sistēmu, un tiem piemīt unikālas olbaltumvielu transporta formas.
Citozes gadījumā liels daudzums materiālu var šķērsot membrānu pūslīši. Tie ir šūnu membrānas biti, kas var pārvietot priekšmetus šūnā vai ārā (attiecīgi endocitoze vai eksocitoze). Olbaltumvielas endoplazmatiskais tīklojums iepako vezikulās, kas izdalās ārpus šūnas. Divi vezikulāro olbaltumvielu piemēri ir insulīns un eritropoetīns.
Endoplazmatiskais tīkls
The endoplazmatiskais tīklojums (ER) ir organelle, kas atbild par abu membrānu un to olbaltumvielu ražošanu. Tas arī veicina molekulāro transportu caur savu membrānu. ER ir atbildīga par olbaltumvielu translokāciju, kas ir olbaltumvielu kustība visā šūnā. Daži proteīni var pilnībā šķērsot ER membrānu, ja tie ir šķīstoši. Sekrēcijas proteīni ir viens no šādiem piemēriem.
Attiecībā uz membrānas olbaltumvielām, lai tās varētu būt daļa no membrānas divslāņa, ir nepieciešama neliela palīdzība, lai pārvietotos. ER membrāna var izmantot signālus vai transmembrānas segmentus kā veidu, kā pārvietot šos proteīnus. Šis ir viens no pasīvā transporta veidiem, kas nodrošina virzienu olbaltumvielu ceļošanai.
Olbaltumvielu kompleksa, kas pazīstams kā Sec61, gadījumā, kas galvenokārt darbojas kā poru kanāls, translokācijas nolūkā tam jāsadarbojas ar ribosomu.
Golgi aparāts
The Golgi aparāts ir vēl viena izšķiroša organelle. Tas dod olbaltumvielām galīgus, specifiskus papildinājumus, kas piešķir tiem sarežģītību, piemēram, pievienotos ogļhidrātus. Tas izmanto vezikulas molekulu transportēšanai.
Vezikulārais transports daļēji var notikt olbaltumvielu pārklājuma dēļ, un šie proteīni palīdz pūslīšu kustībā starp ER un Golgi aparātu. Viens mēteļa olbaltumvielu piemērs ir klatrīns.
Mitohondrija
Organellu iekšējā membrānā sauc mitohondrijos, lai izmantotu šūnu enerģiju, jāizmanto daudzi proteīni. Savukārt ārējā membrāna ir poraina, lai caur to varētu iziet mazas molekulas.
Peroksisomas
Peroksisomas ir sava veida organelle, kas noārda taukskābes. Kā norāda viņu nosaukums, viņiem ir arī nozīme kaitīgā ūdeņraža peroksīda noņemšanā no šūnām. Peroksisomas var pārvadāt arī lielas, salocītas olbaltumvielas.
Pētnieki tikai nesen atklāja milzīgās poras, kas ļauj peroksisomām to izdarīt. Parasti olbaltumvielas netiek transportētas pilnā, lielā, trīsdimensiju stāvoklī. Lielu daļu laika tie vienkārši ir pārāk lieli, lai izietu caur poru. Bet šo milzu poru gadījumā peroksisomas ir uzdevuma augstumā. Olbaltumvielām ir jānes īpašs signāls, lai peroksisoma tos transportētu.
Pasīvā transporta veidu daudzveidīgās metodes padara transporta bioloģiju par aizraujošu mācību priekšmetu. Zināšanu iegūšana par to, kā materiālus var pārvietot pa šūnu membrānām, var palīdzēt izprast šūnu procesus.
Tā kā daudzās slimībās ir nepareizi veidoti, slikti salocīti vai citādi nedarboti proteīni, kļūst skaidrs, cik būtisks var būt membrānas transports. Transporta bioloģija arī sniedz neierobežotas iespējas atklāt trūkumu un slimību ārstēšanas veidus un, iespējams, izgatavot jaunus medikamentus ārstēšanai.