Vilka organeller hjälper molekyler diffusa över ett membran genom transportproteiner?

Eukaryota celler har ett yttre membran som skyddar cellens innehåll. Det yttre membranet är emellertid halvgenomträngligt och tillåter att vissa material tränger in i det.

Inuti eukaryota celler, mindre delstrukturer kallas organeller har sina egna membran. Organeller tjänar flera olika funktioner i celler, inklusive rörliga molekyler över cellmembranet eller genom organellens membran.

TL; DR (för lång; Läste inte)

Molekyler kan diffundera över membran via transportproteiner, eller de kan hjälpas vid aktiv transport av andra proteiner. Organeller som endoplasmatisk retikulum, Golgi-apparat, mitokondrier och peroxisomer spelar alla en roll i membrantransport.

Membranet i en eukaryot cell kallas ofta för ett plasmamembran. Plasmamembranet består av en fosfolipid tvåskiktsmembran, och är permeabel för vissa molekyler, men inte alla.

Komponenter i fosfolipid dubbelskikt innefattar en kombination av glycerol och fettsyror med en fosfatgrupp. Dessa ger glycerofosfolipider som generellt utgör dubbelskiktet för de flesta cellmembran.

Det fosfolipida dubbelskiktet har vattenälskande (hydrofila) egenskaper på dess yttre och vattenavvisande (hydrofoba) egenskaper på dess inre. De hydrofila delarna vetter mot utsidan av cellen såväl som insidan av den, och är både interaktiva och lockade till vattnet i dessa miljöer.

Genom cellmembranet, porer och proteiner hjälper till att bestämma vad som kommer in i eller ut ur cellen. Av de olika typerna av proteiner som finns i cellmembranet sträcker sig vissa endast in i en del av fosfolipid-dubbelskiktet. Dessa kallas yttre proteiner. Proteinerna som korsar hela dubbelskiktet kallas inneboende proteiner, eller transmembranproteiner.

Proteiner utgör ungefär hälften av cellmembranens massa. Medan vissa proteiner lätt kan röra sig i dubbelskiktet är andra låsta på plats och behöver hjälp om de måste röra sig.

Celler behöver ett sätt att få in nödvändiga molekyler i dem. De behöver också ett sätt att släppa ut vissa material igen. Släppt material kan naturligtvis inkludera avfall, men ofta måste vissa funktionella proteiner utsöndras även utanför cellerna. Fosfolipid-dubbelskiktmembranet upprätthåller ett flöde av molekyler in i cellen med hjälp av osmos, passiv transport eller aktiv transport.

De yttre och inneboende proteinerna hjälper till med detta transportbiologi. Dessa proteiner kan ha porer för att möjliggöra diffusion, de kan fungera som receptorer eller enzymer för biologiska processer, eller de kan fungera i immunsvar och cellulär signalering. Det finns olika typer av passiv transport såväl som aktiv transport som spelar en roll i molekylernas rörelse över membran.

Inom transportbiologi, passiv transport avser transporten av molekyler över cellmembranet som inte behöver någon hjälp eller energi. Dessa är vanligtvis små molekyler som helt enkelt kan flyta in i och ut ur cellen, relativt fritt. De kan inkludera vatten, joner och liknande.

Ett exempel på passiv transport är diffusion. Diffusion inträffar när vissa material kommer in i cellmembranet via porerna. Väsentliga molekyler som syre och koldioxid är bra exempel. Vanligtvis kräver diffusion en koncentrationsgradient, vilket innebär att koncentrationen utanför cellmembranet måste skilja sig från insidan.

Underlättad transport kräver hjälp via bärarproteiner. Bärarproteiner binder de material som behövs för transport vid bindningsställen. Denna sammanfogning gör att proteinet ändrar form. När objekten har hjälpt genom membranet frigör proteinet dem.

En annan typ av passiv transport är via enkel osmos. Detta är vanligt med vatten. Vattenmolekyler träffar ett cellmembran, skapar tryck och bygger upp "vattenpotential". Vatten kommer att flytta från hög till låg vattenpotential för att komma in i cellen.

Ibland kan vissa ämnen inte korsa ett cellmembran bara genom diffusion eller passiv transport. Att gå från låg till hög koncentration, till exempel, kräver energi. För att få detta att hända, aktiv transport uppstår med hjälp av bärarproteiner. Bärarproteiner håller bindningsställen som de nödvändiga ämnena fäster vid så att de kan flyttas över membranet.

Större molekyler som sockerarter, vissa joner, andra högt laddade material, aminosyror och stärkelse kan inte glida över membranen utan hjälp. Transport- eller bärarproteiner bygger på specifika behov beroende på vilken typ av molekyl som behöver flyttas över ett membran. Receptorproteiner fungerar också selektivt för att binda molekyler och leda dem över membran.

Porer och proteiner är inte det enda hjälpmedlet för membrantransport. Organeller tjänar också denna funktion på ett antal sätt. Organeller är mindre understrukturer inuti celler.

Organeller har olika former och de utför olika funktioner. Dessa organeller utgör det som kallas endomembransystemet och de har unika former av proteintransport.

I cytos kan stora mängder material korsa ett membran via blåsor. Dessa är bitar av cellmembran som kan flytta objekt in i cellen eller ut (endocytos respektive exocytos). Proteiner förpackas av det endoplasmatiska retikulumet i vesiklar som släpps utanför cellen. Två exempel på vesikulära proteiner inkluderar insulin och erytropoietin.

Endoplasmatiska retiklet

De endoplasmatisk retikulum (ER) är en organell som ansvarar för framställning av båda membranen och deras proteiner. Det hjälper också molekylär transport genom sitt eget membran. ER är ansvarig för proteintranslokering, vilket är proteins rörelse genom cellen. Vissa proteiner kan helt korsa ER-membranet om de är lösliga. Sekretoriska proteiner är ett sådant exempel.

För membranproteiner kräver emellertid deras natur att vara en del av membranets dubbelskikt lite hjälp för att röra sig. ER-membranet kan använda signaler eller transmembransegment som ett sätt att translokera dessa proteiner. Detta är en av de typer av passiv transport som ger en riktning för proteinerna att resa till.

När det gäller proteinkomplexet känt som Sec61, som främst fungerar som en porkanal, måste det samarbeta med en ribosom i syfte att translokera.

Golgiapparat

De Golgiapparat är en annan avgörande organell. Det ger proteiner slutliga, specifika tillsatser som ger dem komplexitet, såsom tillsatta kolhydrater. Den använder vesiklar för att transportera molekyler.

Vesikulär transport kan delvis uppstå på grund av beläggningsproteiner, och dessa proteiner hjälper till med vesikelrörelse mellan ER och Golgi-apparaten. Ett exempel på ett kappprotein är klatrin.

Mitokondrier

I det inre membranet av organellerna kallas mitokondriermåste många proteiner användas för att hjälpa till med energiproduktion för cellen. Det yttre membranet är däremot poröst för att små molekyler ska passera igenom.

Peroxisomes

Peroxisomes är ett slags organell som bryter ner fettsyror. Som namnet antyder spelar de också en roll i avlägsnandet av skadlig väteperoxid från celler. Peroxisomer kan också transportera stora, vikta proteiner.

Forskare upptäckte nyligen de enorma porerna som gör att peroxisomer kan göra detta. Vanligtvis transporteras inte proteiner i sina fulla, stora, tredimensionella tillstånd. Mycket av tiden är de helt enkelt för stora för att passera genom en por. Men peroxisomer är upp till uppgiften när det gäller dessa jätteporer. Proteiner måste bära en viss signal för att en peroxisom ska kunna transportera dem.

De olika metoderna för typer av passiv transport gör transportbiologin till ett fascinerande ämne för studier. Att få kunskap om hur material kan flyttas över cellmembran kan hjälpa till att förstå cellulära processer.

Eftersom många sjukdomar involverar missbildade, dåligt vikta eller på annat sätt dysfunktionella proteiner blir det tydligt hur relevant membrantransport kan vara. Transportbiologi ger också obegränsade möjligheter att upptäcka sätt att behandla brister och sjukdomar, och kanske att göra nya mediciner för behandling.