Integrirani membranski proteini, njihove funkcije

Celična membrana je strukturni element celice, ki jo ščiti pred zunanjim okoljem. Skozi to je povezana z medceličnim prostorom in je del biološkega sistema. Njegova membrana ima posebno strukturo, ki jo sestavljajo lipidni dvosloj, integralni in pol-integrirani proteini. Slednje so velike molekule, ki opravljajo različne funkcije. Najpogosteje se ukvarjajo s prevozom posebnih snovi, katerih koncentracija na različnih straneh membrane je skrbno regulirana.

Splošni načrt strukture celične membrane

Plazemska membrana - zbirka molekul maščob in kompleksnih proteinov. Njeni fosfolipidi s svojimi hidrofilnimi ostanki se nahajajo na nasprotnih straneh membrane in tvorijo lipidni dvosloj. Toda njihova hidrofobna območja, ki so sestavljena iz ostankov maščobnih kislin, se soočajo navznoter. To vam omogoča ustvarjanje tekoče kristalne strukture, ki lahko nenehno spreminja obliko in je v dinamičnem ravnotežju.

Ta funkcija strukture vam omogoča, da omejite celico iz medceličnega prostora, ker je membrana navadno neprepustna za vodo in vse raztopljene snovi v njej. Nekatere kompleksne integralne beljakovine, pol-integralne in površinske molekule so potopljene v membrano. Celica preko celic interagira z okoliškim svetom, vzdržuje homeostazo in tvori integralna biološka tkiva.

Beljakovine plazemske membrane

Vse proteinske molekule, ki se nahajajo na površini ali v debelini plazemske membrane, so razdeljene na vrste, odvisno od njihove globine. Izolirajte integralne proteine, ki prodirajo v lipidni dvosloj, pol-integral, ki izvirajo iz hidrofilne regije membrane in pridejo ven, kot tudi površinske beljakovine, ki se nahajajo na zunanjem področju membrane. Integrirane proteinske molekule specifično permeirajo plazmolemijo in jih je mogoče povezati z receptorsko aparaturo. Mnoge takšne molekule prežemajo celotno membrano in se imenujejo transmembrane. Ostali so zasidrani v hidrofobnem predelu membrane in se raztezajo bodisi na notranjo ali zunanjo površino.

Jonski celični kanali

Najpogosteje kot integrirani kompleksni proteini so ionski kanali. Za te strukture so odgovorne aktivni prevoz nekatere snovi v celico ali iz nje. Sestavljeni so iz več beljakovinskih podenot in aktivnega centra. Ko je določen ligand izpostavljen aktivnemu mestu, ki ga predstavlja določen niz aminokislin, se spremeni konformacija ionskega kanala. Ta postopek vam omogoča, da odprete ali zaprete kanal, s tem pa sprožite ali ustavite aktivni prevoz snovi.

Nekateri ionski kanali so večinoma odprti, vendar pa se po prejemu signala iz receptorske beljakovine ali kadar je določen ligand pritrjen, lahko zaprejo, ustavijo ionski tok. To načelo delovanja se izraža v dejstvu, da se do sprejema ali humoralnega signala za prenehanje aktivnega prevoza določene substance izvede. Ko je signal prispel, je treba promet prekiniti.

Večina integriranih proteinov, ki opravljajo funkcije ionskih kanalov, delujejo na prepovedi prevoza, dokler poseben ligand ne pridruži aktivnega središča. Potem bo aktiviran ionski transport, ki bo omogočal ponovno polnjenje membrane. Ta algoritem za delovanje ionskih kanalov je značilen za celice razdražljivih človeških tkiv.

Vrste vgrajenih proteinov

Vsi membranski proteini (integralni, pol-integralni in površinski) opravljajo pomembne funkcije. Zaradi posebne vloge v življenju celice imajo določeno vrsto vdora v fosfolipidno membrano. Nekateri proteini, bolj pogosto ti ionski kanali, morajo popolnoma zaustaviti plazmolemijo, da bi uresničili svoje funkcije. Nato se imenujejo politopični, tj. Transmembrani. Drugi so lokalizirani s sidriščem v hidrofobni regiji fosfolipidnega dvosloja, aktivni center pa se razteza samo na notranjo ali samo na zunanjo površino celične membrane. Nato se imenujejo monotopi. Pogosteje so receptorske molekule, ki prejemajo signal s površine membrane in ga posredujejo na poseben "mediator".

Posodobitev integralnih proteinov

Vse integralne molekule popolnoma prodrejo v hidrofobno regijo in jih pritrdijo na tak način, da jih je dovoljeno premikati le vzdolž membrane. Vendar pa je nemogoče napovedovanje beljakovin znotraj celice, tako kot spontano odvajanje proteinske molekule iz citoleme. Obstaja možnost, da integralni proteini membrane spadajo v citoplazmo. Povezan je s pinocitozo ali fagocitozo, to je, ko celica zajame trdno ali tekočino in jo obdaja z membrano. Nato se vleče skupaj z vgrajenimi proteini.

Seveda to ni najučinkovitejši način izmenjave energije v celici, ker so vsi proteini, ki so bili prej izvedeni receptorska funkcija ali ionskih kanalov, bo prebavil lizosom. To bo zahtevalo njihovo novo sintezo, ki bo porabila pomemben del energetskih zalog makroregistrov. Vendar pa so med "izkoriščanjem" molekule ionskih kanalov ali receptorji pogosto poškodovane do odstopa molekularnih mest. To zahteva tudi njihovo ponovno sintezo. Ker je fagocitoza, tudi če se pojavi z razdelitvijo lastnih receptorskih molekul, je tudi metoda stalnega obnavljanja.

Hidrofobna interakcija integralnih proteinov

Kot je opisano zgoraj, so integrirani membranski proteini kompleksne molekule, ki se zdijo zaljubljene v citoplazemsko membrano. Hkrati lahko prosto plavajo v njej, ki se gibljejo vzdolž plazmoleme, vendar se ne morejo odtrgati od nje in vstopiti v medcelični prostor. To se uresničuje zaradi značilnosti hidrofobne interakcije integralnih proteinov s fosfolipidi membrane.

Aktivni centri integralnih proteinov se nahajajo na notranji ali zunanji površini lipidnega dvosloja. In ta fragment makromolekule, ki je odgovoren za gosto fiksacijo, se vedno nahaja med hidrofobnimi regijami fosfolipidov. Zaradi interakcije z njimi vsi transmembranski proteini vedno ostanejo v debelini celične membrane.

Funkcije integriranih makromolekul

Vsak integriran membranski protein ima sidro, ki se nahaja med hidrofobnimi ostanki fosfolipidov in aktivnim središčem. V nekaterih molekulah je aktivno središče nameščeno samo na notranji ali zunanji površini membrane. Obstajajo tudi molekule z več aktivnimi centri. Vse to je odvisno od funkcij, ki jih opravljajo integralni in periferni proteini. Njihova prva naloga je aktivni prevoz.

Makromolekule proteinov, ki so odgovorni za prehod ionov, so sestavljeni iz več podenot in regulirajo ionski tok. Običajno plazemska membrana ne more prenašati hidratiranih ionov, ker je po svoji naravi lipid. Prisotnost ionskih kanalov, ki so integralni proteini, omogočajo prodiranje ionov v citoplazmo in napajanje celične membrane. To je glavni mehanizem za nastanek membranskega potenciala celic razburljivega tkiva.

Receptor molekule

Druga funkcija integralnih molekul je receptor. En lipidni dvosloj membrane ustvarja zaščitno funkcijo in popolnoma omejuje celico iz zunanjega okolja. Vendar pa zaradi prisotnosti receptorskih molekul, ki jih predstavljajo integralni proteini, lahko celica sprejema signale iz okolja in medsebojno sodeluje z njim. Primer je nadpovprečen receptor kardiomiocitov, celični adhezijski protein, inzulinski receptor. Poseben primer receptorskih beljakovin je bakteriorehodopsin, poseben membranski protein, ki ga imajo nekatere bakterije, ki jim omogoča odzivanje na svetlobo.

Beljakovine medcelične interakcije

Tretja skupina funkcij integralnih proteinov je realizacija medcelični kontakti. Zahvaljujoč njih se lahko ena celica pridruži drugi, kar ustvarja verigo prenosa informacij. V tem mehanizmu se povezujejo povezave med dvema kardiomiocitoma, skozi katere se prenaša srčni ritem. Enako načelo delovanja je opaziti tudi v sinapah, v katerih se impulz prenaša v živčnih tkivih.

S celovitimi proteini lahko celice ustvarijo mehansko povezavo, ki je pomembna pri oblikovanju integralnega biološkega tkiva. Tudi integralni proteini lahko igrajo vlogo membranskih encimov in sodelujejo pri prenosu energije, vključno z živčnimi impulzi.