Biokémiai képzés
Minden élő sejtet elkülönítenek a környezetből a sejtmembránnak nevezett felületen. Ezenkívül az eukarióták a sejtek belsejében több rekesz kialakulását jellemzik. Ők képviselik számos szubcelluláris organellumok, membrán-határolt, például a sejtmagban és a mitokondriumban. A membránokat szervezett nemcsak statikusan felület, hanem közé tartoznak az aktív biokémiai rendszerek felelős folyamatok, mint például a szelektív anyagok szállítására, és ki a sejtek, kötődése hormonok és más szabályozó molekulák, enzimatikus reakció, az átviteli az idegrendszer impulzusok a rendszer, stb . Különböző típusú membránok különböznek funkcióikban. A membrán funkcióit a szerkezetük határozza meg.
A membránok lipid és fehérje molekulákból állnak, amelyek relatív mennyisége különböző membránokban változik (1/5 - protein + 4/5 - lipidek 3/4 - fehérje + 1/4 - lipidek). A szénhidrátok glikoproteinek, glikolipidek formájában vannak jelen, és a membránanyag 0,5-10% -át alkotják.
A lipidek fő részét a membránokban foszfolipidek, glikolipidek és koleszterin képviselik. Ezeknek a lipideknek a szerkezete az ábrán látható:
A membrán lipidek szerkezete
A membránok lipidjei a szerkezetben két különböző részből állnak: a nempoláros hidrofób "farok" és a poláris hidrofil "fej". A vegyületek kettős természetét amfifilnek nevezzük. A membránok lipidjei kétrétegű szerkezetet alkotnak. Mindegyik réteg komplex lipidekből áll, amelyek úgy vannak elrendezve, hogy a molekulák nem poláros hidrofób "farka" szoros kapcsolatban áll egymással. A molekulák hidrofil részeit is felveszi. Minden kölcsönhatásnak nem kovalens jellege van. A két egyrétegű "farok a farok" felé orientálódnak úgy, hogy a kétrétegű struktúrának belső nempoláris része és két poláris felülete van. A membránfehérjéket kétféle módon integrálják a lipidrétegbe:
- a lipid kettősréteg - felületi membránfehérjék hidrofil felületehez kapcsolódnak
- a kétrétegű - integrált membránfehérjék hidrofób régiójában merülnek fel.
A hidrofil aminosavgyökökkel rendelkező felületfehérjék nem kovalens kötésekkel kapcsolódnak a lipid kettősréteg hidrofil csoportjaihoz. Az integrális fehérjék a kétrétegű hidrofób rész hidrofób részében a szubmergencia mértékében különböznek egymástól. Ezek a membrán mindkét oldalán helyezkednek el, és vagy részben beágyazódnak a membránba, vagy a membránt átszúrják. Az integrált fehérjék merített része nagy számú aminosavat tartalmaz hidrofób gyökökkel, amelyek hidrofób kölcsönhatást biztosítanak a membrán lipidekkel. A hidrofób kölcsönhatások támogatják a fehérjék bizonyos orientációját a membránban. A fehérje hidrofil kiemelkedő része nem léphet a hidrofób rétegbe. A membránfehérjék egy része kovalensen kapcsolódik monoszacharid-maradékokhoz vagy oligoszacharidláncokhoz, és glikoproteinek. A fehérjék és a lipidek elhelyezkedését a membránban az ábrán mutatjuk be:
A plazmamembrán szerkezete
Bár mindegyik egyrétegű, ugyanolyan módon orientált lipidekből áll, mindazonáltal a monolayerek lipidösszetétele eltérő. Például az eritrociták plazmamembránjában a foszfatidil-kolinok dominálnak a külső rétegben és a foszfatidil-szerineket a membrán belső rétegében. A fehérjék és a lipidek szénhidrátrészei a membrán külső részében helyezkednek el. Ezenkívül a membránfelületek különböznek a fehérjék összetételében. A membránok ilyen aszimmetriájának mértéke különbözik a különböző típusú membránoktól, és változhat a sejtek létfontosságú aktivitásának és öregedésének folyamatában. A membránok mozgékonysága (merevsége) és folyékonysága is összetételétől függ. A fokozott merevség a telített és a telítetlen zsírsavak, valamint a koleszterin arányának növekedésével magyarázható. A membránok fizikai tulajdonságai a lipidrétegben lévő fehérjék helyétől függenek. A lipidmembránok képesek a diffúzióra a membrán felszínével párhuzamos rétegben (laterális diffúzió). A fehérjék képesek laterális diffúzióra is. A keresztirányú diffúzió a membránokban erősen korlátozott.
A sejtek belsejében és azon kívül történő szállítását, valamint a citoplazmát és a különböző szubcelluláris organellákat (mitokondriumokat, magokat stb.) A membránok biztosítják. Ha a membránok egy halott gát, akkor az intracelluláris tér elérhetetlen lenne a tápanyagokhoz, és az életaktivitás termékeit nem lehetett eltávolítani a sejtből. Ugyanakkor, teljes permeabilitással, lehetetlen felhalmozni bizonyos anyagokat a sejtben. A membrán szállítási tulajdonságait félig áteresztőképesség jellemzi. egyes vegyületek behatolhatnak rajta, míg mások nem képesek:
A membránok áteresztőképessége különböző anyagoknál
A membránok egyik fő funkciója az anyagok szállításának szabályozása. A membránon keresztül kétféle anyag szállítható: passzív és aktív szállítás:
Anyagok szállítása membránokon keresztül
Passzív szállítás. Ha az anyag a régióból származó membránon keresztül magas koncentrációban halad át az alacsony koncentráció (azaz az anyag koncentrációs gradiensével) a sejt energiaköltsége nélkül, akkor az ilyen szállítást passzívnak vagy diffúziónak nevezik. Kétféle diffúzió létezik: egyszerű és könnyű.
Az egyszerű diffúzió jellemző a kis semleges molekulákra (H2O, CO2, O2), valamint a hidrofób alacsony molekulájú szerves anyagok esetében. Ezek a molekulák a membránfehérjékkel való kölcsönhatás nélkül áthaladhatnak a membrán pórusain vagy csatornáion keresztül mindaddig, amíg a koncentráció gradiens megmarad.
Fénydiffúzió. A hidrofil molekulákra jellemző, amelyeket a membránon keresztül is továbbítanak a koncentráció gradiens mentén, de speciális membránfehérjék hordozókkal. Az egyszerű diffúzióhoz az egyszerű, nagy szelektivitástól eltérően jellemző, mivel a hordozófehérje kötőhelye van, amely kiegészíti a szállított anyagot, és az átvitelhez a protein konformációs változásai társulnak. A megkönnyített diffúzió egyik lehetséges mechanizmusa a következő: a transzportfehérje (transzlocase) kötődik az anyaghoz, majd a membrán ellentétes oldalához közeledik, felszabadítja az anyagot, feltételezi a kezdeti konformációt és készen áll a szállítási funkció ismét elvégzésére. Kevés ismeretes, hogy hogyan történik a fehérje mozgása. Egy másik lehetséges szállítási mechanizmus több vivőfehérje részvételével jár. Ebben az esetben az eredetileg kötött vegyület önmagában áthalad egy fehérjéről a másikra, egymás után kötődik az egyik vagy a másik fehérjéhez, amíg a membrán ellentétes oldalán van.
Aktív szállítás akkor történik, amikor az átvitel koncentráció gradienssel történik. Ez az átvitel megkívánja a sejt energiáját. Az aktív szállítás a sejten belüli anyagok felhalmozódását szolgálja. Az energiaforrás gyakran ATP. Aktív szállítás esetén az energiaforráson kívül membránfehérjék szükségesek. Az állati sejt egyik aktív transzportrendszere felelős a Na + és K + ionok sejtmembránon keresztüli szállításáért. Ezt a rendszert Na + - K + - szivattyúnak nevezik. Felelős az intracelluláris közeg összetételének fenntartásáért, amelyben a K + koncentráció nagyobb, mint a Na +.
A Na + hatásmechanizmusa. K + -ATPáz