Eukariontske celice imajo zunanjo membrano, ki ščiti vsebino celice. Vendar je zunanja membrana polprepustna in omogoča vstop nekaterih materialov vanjo.
Notri evkariontske celice, imenovane manjše podstrukture organele imajo lastne membrane. Organele služijo več različnim funkcijam v celicah, vključno z gibanjem molekul čez celično membrano ali skozi membrane organele.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Molekule lahko difundirajo po membranah s pomočjo transportnih beljakovin ali pa jim pri aktivnem prenosu pomagajo druge beljakovine. Organele, kot so endoplazemski retikulum, Golgijev aparat, mitohondriji in peroksisomi, igrajo pomembno vlogo pri membranskem transportu.
Značilnosti celične membrane
Membrana evkariontske celice se pogosto imenuje a plazemska membrana. Plazemsko membrano sestavlja a fosfolipidni dvoplast, in je prepustna za nekatere molekule, vendar ne za vse.
Komponente fosfolipid dvoplasti vključujejo kombinacijo glicerola in maščobnih kislin s fosfatno skupino. Ti dajo glicerofosfolipide, ki običajno tvorijo dvoslojni sloj večine celičnih membran.
Dvoslojni fosfolipid ima v svoji zunanjosti vodoljubne (hidrofilne) lastnosti, v notranjosti pa vodoodbojne (hidrofobne) lastnosti. Hidrofilni deli so obrnjeni tako proti zunanji strani celice kot tudi proti njeni notranjosti in so interaktivni in jih v teh okoljih privlači voda.
V celotnem celična membrana, pore in beljakovine pomagajo določiti, kaj vstopi v celico ali izstopi iz nje. Med različnimi vrstami beljakovin, ki jih najdemo v celični membrani, se nekateri razširijo le na del fosfolipidnega dvosloja. Ti se imenujejo zunanji proteini. Beljakovine, ki prečkajo celoten dvoplast, imenujemo lastne beljakovine, oz transmembranski proteini.
Beljakovine predstavljajo približno polovico mase celičnih membran. Medtem ko se nekateri beljakovine v dvosloju zlahka premikajo, so drugi zaklenjeni in potrebujejo pomoč, če se morajo premakniti.
Dejstva prometne biologije
Celice potrebujejo način, da vanj vnesejo potrebne molekule. Prav tako potrebujejo način, kako nekatere materiale spet sprostiti nazaj. Sproščeni materiali lahko seveda vključujejo odpadke, pogosto pa se morajo nekatere funkcionalne beljakovine izločati tudi zunaj celic. Dvoslojna fosfolipidna membrana s pomočjo osmoze vzdržuje tok molekul v celico, pasivni ali aktivni prevoz.
Pri tem si pomagajo zunanji in notranji proteini prometna biologija. Te beljakovine imajo lahko pore, da omogočajo difuzijo, lahko delujejo kot receptorji ali encimi za biološke procese ali delujejo pri imunskem odzivu in celični signalizaciji. Obstajajo različne vrste pasivnega in aktivnega transporta, ki igrajo vlogo pri gibanju molekul skozi membrane.
Vrste pasivnega prevoza
V prometni biologiji pasivni prevoz se nanaša na prenos molekul skozi celično membrano, ki ne zahteva nobene pomoči ali energije. To so navadno majhne molekule, ki lahko razmeroma prosto tečejo v celico in iz nje. Vključujejo lahko vodo, ione in podobno.
En primer pasivnega prevoza je difuzija. Do difuzije pride, ko nekateri materiali skozi pore vstopijo v celično membrano. Dobri primeri so bistvene molekule, kot sta kisik in ogljikov dioksid. Običajno difuzija zahteva gradient koncentracije, kar pomeni, da mora biti koncentracija zunaj celične membrane drugačna od znotraj.
Olajšan prevoz potrebuje pomoč prek nosilnih beljakovin. Nosilne beljakovine vežejo materiale, potrebne za transport na vezavnih mestih. Zaradi tega povezovanja beljakovine spremenijo obliko. Ko se predmeti pomagajo skozi membrano, jih beljakovine sprostijo.
Druga vrsta pasivnega prevoza je preprost osmoza. To je običajno pri vodi. Molekule vode udarijo v celično membrano, kar ustvarja pritisk in gradi "vodni potencial". Voda se bo premaknila od velikega do nizkega vodnega potenciala za vstop v celico.
Aktivni membranski transport
Občasno nekatere snovi ne morejo prečkati celične membrane zgolj z difuzijo ali pasivnim transportom. Prehod iz nizke v visoko koncentracijo, na primer, zahteva energijo. Da bi se to zgodilo, aktivni prevoz se pojavi s pomočjo nosilnih beljakovin. Nosilne beljakovine imajo vezna mesta, na katera se vežejo potrebne snovi, da jih je mogoče premikati po membrani.
Večje molekule, kot so sladkorji, nekateri ioni, drugi visoko nabiti materiali, amino kisline škrob pa brez pomoči ne more plavati po membranah. Transportni ali nosilni proteini so zgrajeni za posebne potrebe, odvisno od vrste molekule, ki se mora premikati po membrani. Receptorski proteini delujejo tudi selektivno, da vežejo molekule in jih vodijo skozi membrane.
Organele, vključene v membranski transport
Pore in beljakovine niso edini pripomočki za membranski transport. Organele to funkcijo služijo tudi na več načinov. Organele so manjše podstrukture znotraj celic.
Organele imajo različne oblike in opravljajo različne funkcije. Te organele tvorijo tako imenovani endomembranski sistem in imajo edinstvene oblike prenosa beljakovin.
Pri citozi lahko velike količine materiala prečkajo membrano skozi vezikule. To so deli celične membrane, ki lahko premikajo predmete v celico ali ven (endocitoza oziroma eksocitoza). Beljakovine zapakira endoplazemski retikulum v vezikule, da se sprostijo zunaj celice. Dva primera vezikularnih beljakovin sta insulin in eritropoetin.
Endoplazemski retikulum
The endoplazemski retikulum (ER) je organela, odgovorna za tvorbo membran in njihovih beljakovin. Pomaga tudi molekularni transport skozi lastno membrano. ER je odgovoren za translokacijo beljakovin, to je gibanje beljakovin po celici. Nekateri proteini lahko v celoti prečkajo membrano ER, če so topni. Takšen primer so sekretorne beljakovine.
Za membranske beljakovine pa njihova narava, da so del dvosloja membrane, potrebuje malo pomoči pri gibanju. ER-membrana lahko uporablja signale ali transmembranske segmente kot način za premestitev teh proteinov. To je ena od vrst pasivnega transporta, ki daje smer, do katere beljakovine potujejo.
V primeru beljakovinskega kompleksa, imenovanega Sec61, ki deluje večinoma kot porni kanal, se mora za potrebe translokacije združiti z ribosomom.
Golgijev aparat
The Golgijev aparat je še ena ključna organela. Beljakom daje končne, specifične dodatke, ki jim dajo zapletenost, na primer dodane ogljikove hidrate. Za prenos molekul uporablja vezikule.
Vezikularni transport lahko deloma nastane zaradi prevleke proteinov, ki pomagajo pri gibanju veziklov med ER in Golgijevim aparatom. Primer beljakovin v plašču je klatrin.
Mitohondriji
V notranji membrani organelov se imenuje mitohondrije, veliko beljakovin je treba uporabiti za pomoč pri proizvodnji energije za celico. Zunanja membrana je v nasprotju s tem porozna za prehod majhnih molekul.
Peroksisomi
Peroksisomi so neke vrste organele, ki razgrajujejo maščobne kisline. Kot že ime pove, imajo tudi vlogo pri odstranjevanju škodljivega vodikovega peroksida iz celic. Peroksisomi lahko prenašajo tudi velike, zložene beljakovine.
Raziskovalci so šele pred kratkim odkrili neizmerne pore, ki peroksizomu to omogočajo. Običajno se beljakovine ne prenašajo v njihovih polnih, velikih, tridimenzionalnih stanjih. Veliko časa so preprosto preveliki, da bi šli skozi pore. Toda peroksisomi so v primeru teh velikanskih por kos tej nalogi. Beljakovine morajo prenašati določen signal, da jih peroksisom prenese.
Zaradi raznolikih metod pasivnega transporta je prometna biologija zanimiv predmet za študij. Pridobitev znanja o tem, kako je mogoče materiale premikati po celičnih membranah, lahko pomaga pri razumevanju celičnih procesov.
Ker številne bolezni vključujejo nepravilno oblikovane, slabo zložene ali drugače nefunkcionalne beljakovine, postane jasno, kako pomemben je lahko membranski transport. Prometna biologija ponuja tudi neomejene možnosti za odkrivanje načinov za zdravljenje pomanjkljivosti in bolezni ter morda za izdelavo novih zdravil za zdravljenje.