Stanična membrana - strukturni element stanice, štiti je od vanjskog okruženja. Uz pomoć njega stupa u interakciju s međustaničnim prostorom i dio je biološkog sustava. Njegova membrana ima posebnu strukturu koja se sastoji od lipidnog dvosloja, integralnih i poluintegralnih proteina. Potonje su velike molekule koje obavljaju različite funkcije. Najčešće su uključeni u transport posebnih tvari, čija se koncentracija na različitim stranama membrane pažljivo regulira.
Opći plan strukture stanične membrane
Plazma membrana je skup molekula masti i složenih proteina. Njegovi fosfolipidi, sa svojim hidrofilnim ostacima, nalaze se na suprotnim stranama membrane, tvoreći lipidni dvosloj. Ali njihova hidrofobna područja, koja se sastoje od ostataka masnih kiselina, okrenuta su prema unutra. To vam omogućuje stvaranje tekuće strukture tekućeg kristala koja može stalno mijenjati oblik i koja je u dinamičkoj ravnoteži.
Ova značajka strukture omogućuje vam da ograničite stanicu iz međustaničnog prostora, jer je membrana normalno nepropusna za vodu i sve tvari otopljene u njoj. Neki složeni integralni proteini, poluintegralne i površinske molekule uronjene su u debljinu membrane. Preko njih stanica stupa u interakciju s vanjskim svijetom, održavajući homeostazu i formirajući integralna biološka tkiva.
Proteini plazma membrane
Sve proteinske molekule koje se nalaze na površini ili u debljini plazma membrane dijele se na vrste ovisno o dubini njihovog pojavljivanja. Postoje integralni proteini koji prodiru u lipidni dvosloj, poluintegralni proteini koji nastaju u hidrofilnom području membrane i izlaze van, kao i površinski proteini smješteni na vanjskom području membrane. Integralne proteinske molekule prožimaju plazmalemu na poseban način i mogu se povezati s receptorskim aparatom. Mnoge od tih molekula prožimaju cijelu membranu i nazivaju se transmembranski. Ostali su usidreni u hidrofobnom dijelu membrane i izlaze na unutarnju ili vanjsku površinu.
Celijski ionski kanali
Najčešće, ionski kanali djeluju kao integralni kompleksni proteini. Te su strukture odgovorne za aktivni transport određenih tvari u ili iz stanice. Sastoje se od nekoliko proteinskih podjedinica i aktivnog mjesta. Kada su izloženi specifičnom ligandu na aktivnom centru, predstavljenom određenim skupomaminokiselina, dolazi do promjene konformacije ionskog kanala. Takav proces omogućuje vam otvaranje ili zatvaranje kanala, čime se pokreće ili zaustavlja aktivni transport tvari.
Neki ionski kanali su otvoreni većinu vremena, ali kada se primi signal od receptorskog proteina ili kada je vezan specifični ligand, mogu se zatvoriti, zaustavljajući ionsku struju. Ovaj princip rada svodi se na činjenicu da će se provoditi dok se ne primi receptor ili humoralni signal za zaustavljanje aktivnog transporta određene tvari. Čim se primi signal, transport treba zaustaviti.
Većina integralnih proteina koji djeluju kao ionski kanali rade na inhibiranju transporta sve dok se specifični ligand ne veže na aktivno mjesto. Tada će se aktivirati transport iona, što će omogućiti ponovno punjenje membrane. Ovaj algoritam rada ionskih kanala tipičan je za stanice ekscitabilnog ljudskog tkiva.
Vrste ugrađenih proteina
Svi membranski proteini (integralni, poluintegralni i površinski) obavljaju važne funkcije. Upravo zbog svoje posebne uloge u životu stanice imaju određenu vrstu integracije u fosfolipidnu membranu. Neki proteini, češće su to ionski kanali, moraju potpuno potisnuti plazmalemu da bi ostvarili svoje funkcije. Tada se nazivaju politopičnim, odnosno transmembranskim. Drugi su lokalizirani po svom sidrenom mjestu na hidrofobnom mjestu fosfolipidnog dvosloja, a aktivno mjesto se proteže samo na unutarnje ili samo na vanjskopovršine stanične membrane. Tada se nazivaju monotopnim. Češće su to receptorske molekule koje primaju signal s površine membrane i prenose ga posebnom "posredniku".
Obnova integralnih proteina
Sve integralne molekule potpuno prodiru u hidrofobno područje i fiksiraju se u njemu na način da je njihovo kretanje dopušteno samo duž membrane. Međutim, ulazak proteina u stanicu, baš kao i spontano odvajanje proteinske molekule od citoleme, je nemoguć. Postoji varijanta u kojoj integralni proteini membrane ulaze u citoplazmu. Povezan je s pinocitozom ili fagocitozom, odnosno kada stanica uhvati čvrstu ili tekućinu i okruži je membranom. Zatim se uvlači unutra zajedno s proteinima ugrađenim u njega.
Naravno, ovo nije najučinkovitiji način razmjene energije u stanici, jer će svi proteini koji su prije služili kao receptori ili ionski kanali biti probavljeni u lizosomu. To će zahtijevati njihovu novu sintezu, za što će se potrošiti značajan dio energetskih rezervi makroerga. Međutim, tijekom "eksploatacije" molekula često se oštećuju ionski kanali ili receptori, sve do odvajanja dijelova molekule. To također zahtijeva njihovu resintezu. Stoga je fagocitoza, čak i ako se dogodi cijepanjem vlastitih receptorskih molekula, također način njihove stalne obnove.
Hidrofobna interakcija integralnih proteina
Kao što je bilogore opisani, integralni membranski proteini su složene molekule za koje se čini da su zaglavljene u citoplazmatskoj membrani. Istodobno, u njemu mogu slobodno plivati, krećući se duž plazmaleme, ali se ne mogu otrgnuti od nje i ući u međustanični prostor. To se ostvaruje zahvaljujući posebnostima hidrofobne interakcije integralnih proteina s membranskim fosfolipidima.
Aktivni centri integralnih proteina nalaze se ili na unutarnjoj ili vanjskoj površini lipidnog dvosloja. A taj fragment makromolekule, koji je odgovoran za čvrsto fiksiranje, uvijek se nalazi među hidrofobnim područjima fosfolipida. Zbog interakcije s njima svi transmembranski proteini uvijek ostaju u debljini stanične membrane.
Funkcije integralnih makromolekula
Svaki integralni membranski protein ima sidreno mjesto smješteno među hidrofobnim ostacima fosfolipida i aktivno središte. Neke molekule imaju samo jedno aktivno središte i nalaze se na unutarnjoj ili vanjskoj površini membrane. Postoje i molekule s više aktivnih mjesta. Sve to ovisi o funkcijama koje obavljaju integralni i periferni proteini. Njihova prva funkcija je aktivni transport.
Proteinske makromolekule, koje su odgovorne za prolaz iona, sastoje se od nekoliko podjedinica i reguliraju ionsku struju. Normalno, plazma membrana ne može proći hidratizirane ione, budući da je po prirodi lipid. Prisutnost ionskih kanala, koji su integralni proteini, omogućuje ionima da prodru u citoplazmu i ponovno napune staničnu membranu. Ovo je glavni mehanizam za nastanak membranskog potencijala ekscitabilnih stanica tkiva.
Molekule receptora
Druga funkcija integralnih molekula je funkcija receptora. Jedan lipidni dvosloj membrane provodi zaštitnu funkciju i potpuno ograničava stanicu od vanjskog okruženja. Međutim, zbog prisutnosti molekula receptora, koje predstavljaju integralni proteini, stanica može primati signale iz okoline i komunicirati s njom. Primjer je adrenalni receptor kardiomiocita, adhezijski protein stanica, receptor inzulina. Poseban primjer receptorskog proteina je bakteriorhodopsin, poseban membranski protein koji se nalazi u nekim bakterijama i koji im omogućuje da reagiraju na svjetlost.
Proteini međustanične interakcije
Treća skupina funkcija integralnih proteina je izvođenje međustaničnih kontakata. Zahvaljujući njima, jedna se stanica može pridružiti drugoj, stvarajući tako lanac prijenosa informacija. Nexusi rade prema ovom mehanizmu - praznine između kardiomiocita, kroz koje se prenosi srčani ritam. Isti princip rada primjećuje se u sinapsama, kroz koje se impuls prenosi u živčano tkivo.
Kroz integralne proteine, stanice mogu stvoriti i mehaničku vezu, koja je važna u stvaranju integralnog biološkog tkiva. Također, integralni proteini mogu igrati ulogu membranskih enzima i sudjelovati u prijenosu energije, uključujući živčane impulse.
