Zellmembran - ein strukturelles Element der Zelle, das sie vor der äußeren Umgebung schützt. Mit seiner Hilfe interagiert es mit dem Interzellularraum und ist Teil des biologischen Systems. Seine Membran hat eine spezielle Struktur, die aus einer Lipiddoppelschicht, integralen und semiintegralen Proteinen besteht. Letztere sind große Moleküle, die verschiedene Funktionen erfüllen. Meistens sind sie am Transport spezieller Substanzen beteiligt, deren Konzentration auf verschiedenen Seiten der Membran sorgfältig reguliert wird.
Übersichtsplan der Zellmembranstruktur
Die Plasmamembran ist eine Ansammlung von Fettmolekülen und komplexen Proteinen. Seine Phospholipide mit ihren hydrophilen Resten befinden sich auf gegenüberliegenden Seiten der Membran und bilden eine Lipiddoppelschicht. Ihre hydrophoben Bereiche, bestehend aus Fettsäureresten, sind jedoch nach innen gedreht. Auf diese Weise können Sie eine flüssige Flüssigkristallstruktur erzeugen, die ständig ihre Form ändern kann und sich in einem dynamischen Gleichgewicht befindet.
Dieses Merkmal der Struktur ermöglicht es Ihnen, die Zelle vom interzellulären Raum abzugrenzen, da die Membran normalerweise undurchlässig für Wasser und alle darin gelösten Substanzen ist. Einige komplexe integrale Proteine, halbintegrale und Oberflächenmoleküle sind in die Dicke der Membran eingetaucht. Durch sie interagiert die Zelle mit der Außenwelt, hält die Homöostase aufrecht und bildet integrale biologische Gewebe.
Plasmamembranproteine
Alle Eiweißmoleküle, die sich an der Oberfläche oder in der Dicke der Plasmamembran befinden, werden nach der Tiefe ihres Vorkommens in Typen eingeteilt. Es gibt integrale Proteine, die die Lipiddoppelschicht durchdringen, semiintegrale Proteine, die aus dem hydrophilen Bereich der Membran stammen und nach außen gehen, sowie Oberflächenproteine, die sich im äußeren Bereich der Membran befinden. Integrale Eiweißmoleküle durchdringen in besonderer Weise das Plasmalemma und können mit dem Rezeptorapparat verbunden werden. Viele dieser Moleküle durchdringen die gesamte Membran und werden Transmembran genannt. Der Rest ist im hydrophoben Teil der Membran verankert und tritt entweder an der inneren oder äußeren Oberfläche aus.
Zellionenkanäle
Am häufigsten fungieren Ionenkanäle als integrale komplexe Proteine. Diese Strukturen sind für den aktiven Transport bestimmter Substanzen in die oder aus der Zelle verantwortlich. Sie bestehen aus mehreren Proteinuntereinheiten und einem aktiven Zentrum. Wenn es einem bestimmten Liganden am aktiven Zentrum ausgesetzt wird, wird es durch einen bestimmten Satz dargestelltAminosäuren verändert sich die Konformation des Ionenkanals. Ein solcher Vorgang ermöglicht es Ihnen, den Kanal zu öffnen oder zu schließen und damit den aktiven Stofftransport zu starten oder zu stoppen.
Einige Ionenkanäle sind die meiste Zeit offen, aber wenn ein Signal von einem Rezeptorprotein empfangen wird oder wenn ein spezifischer Ligand angelagert wird, können sie sich schließen und den Ionenstrom stoppen. Dieses Funktionsprinzip läuft darauf hinaus, dass es durchgeführt wird, bis ein Rezeptor- oder humorales Signal empfangen wird, um den aktiven Transport einer bestimmten Substanz zu stoppen. Sobald das Signal empfangen wird, sollte der Transport gestoppt werden.
Die meisten integralen Proteine, die als Ionenkanäle fungieren, hemmen den Transport, bis ein spezifischer Ligand an das aktive Zentrum gebunden wird. Dann wird der Ionentransport aktiviert, wodurch die Membran wieder aufgeladen werden kann. Dieser Algorithmus des Betriebs von Ionenkanälen ist typisch für Zellen erregbarer menschlicher Gewebe.
Arten eingebetteter Proteine
Alle Membranproteine (integrale, semiintegrale und Oberflächenproteine) erfüllen wichtige Funktionen. Gerade wegen ihrer besonderen Rolle im Leben der Zelle haben sie eine bestimmte Art der Integration in die Phospholipidmembran. Einige Proteine, häufiger sind dies Ionenkanäle, müssen das Plasmalemma vollständig unterdrücken, um ihre Funktion zu erfüllen. Dann werden sie polytopisch genannt, dh transmembranös. Andere sind durch ihre Ankerstelle in der hydrophoben Stelle der Phospholipid-Doppelschicht lokalisiert, und die aktive Stelle erstreckt sich nur nach innen oder nur nach außenOberfläche der Zellmembran. Dann heißen sie monotop. Häufiger sind es Rezeptormoleküle, die ein Signal von der Membranoberfläche empfangen und an einen speziellen „Vermittler“weiterleiten.
Erneuerung integraler Proteine
Alle integralen Moleküle dringen vollständig in den hydrophoben Bereich ein und sind darin so fixiert, dass ihre Bewegung nur entlang der Membran erlaubt ist. Das Eindringen des Proteins in die Zelle ist jedoch ebenso wie die spontane Ablösung des Proteinmoleküls vom Zytolemma unmöglich. Es gibt eine Variante, bei der die integralen Proteine der Membran in das Zytoplasma gelangen. Es ist mit Pinozytose oder Phagozytose verbunden, dh wenn eine Zelle einen Feststoff oder eine Flüssigkeit einfängt und mit einer Membran umgibt. Es wird dann zusammen mit den darin eingebetteten Proteinen hineingezogen.
Natürlich ist dies nicht der effizienteste Weg, um Energie in der Zelle auszutauschen, da alle Proteine, die zuvor als Rezeptoren oder Ionenkanäle dienten, vom Lysosom verdaut werden. Dies erfordert ihre neue Synthese, für die ein erheblicher Teil der Energiereserven von Makroergs aufgewendet wird. Bei der „Ausbeutung“der Moleküle werden jedoch häufig Ionenkanäle oder Rezeptoren beschädigt, bis hin zur Ablösung von Molekülabschnitten. Dies erfordert auch ihre Resynthese. Daher ist die Phagozytose, auch wenn sie mit der Sp altung eigener Rezeptormoleküle einhergeht, auch ein Weg zu deren ständiger Erneuerung.
Hydrophobe Interaktion integraler Proteine
Wie es warWie oben beschrieben, sind integrale Membranproteine komplexe Moleküle, die in der Zytoplasmamembran zu stecken scheinen. Gleichzeitig können sie frei darin schwimmen und sich entlang des Plasmalemmas bewegen, aber sie können sich nicht davon lösen und in den Interzellularraum eindringen. Dies wird aufgrund der Besonderheiten der hydrophoben Wechselwirkung von integralen Proteinen mit Membran-Phospholipiden realisiert.
Aktive Zentren integraler Proteine befinden sich entweder auf der inneren oder äußeren Oberfläche der Lipiddoppelschicht. Und jenes Fragment des Makromoleküls, das für die feste Fixierung verantwortlich ist, befindet sich immer zwischen den hydrophoben Regionen von Phospholipiden. Durch die Interaktion mit ihnen verbleiben alle Transmembranproteine immer in der Dicke der Zellmembran.
Funktionen integraler Makromoleküle
Jedes integrale Membranprotein hat eine Ankerstelle zwischen den hydrophoben Resten von Phospholipiden und ein aktives Zentrum. Einige Moleküle haben nur ein aktives Zentrum und befinden sich auf der inneren oder äußeren Oberfläche der Membran. Es gibt auch Moleküle mit mehreren aktiven Stellen. All dies hängt von den Funktionen ab, die von integralen und peripheren Proteinen ausgeführt werden. Ihre erste Funktion ist der aktive Transport.
Protein-Makromoleküle, die für den Ionentransport zuständig sind, bestehen aus mehreren Untereinheiten und regulieren den Ionenstrom. Normalerweise kann die Plasmamembran hydratisierte Ionen nicht passieren, da sie von Natur aus ein Lipid ist. Das Vorhandensein von Ionenkanälen, die integrale Proteine sind, ermöglicht es Ionen, in das Zytoplasma einzudringen und die Zellmembran wieder aufzuladen. Dies ist der Hauptmechanismus für das Auftreten des Membranpotentials erregbarer Gewebezellen.
Rezeptormoleküle
Die zweite Funktion integraler Moleküle ist die Rezeptorfunktion. Eine Lipiddoppelschicht der Membran erfüllt eine Schutzfunktion und grenzt die Zelle vollständig von der äußeren Umgebung ab. Durch das Vorhandensein von Rezeptormolekülen, die durch integrale Proteine repräsentiert werden, kann die Zelle jedoch Signale aus der Umgebung empfangen und mit ihr interagieren. Ein Beispiel ist der Kardiomyozyten-Nebennierenrezeptor, Zelladhäsionsprotein, Insulinrezeptor. Ein besonderes Beispiel für ein Rezeptorprotein ist Bacteriorhodopsin, ein spezielles Membranprotein, das in einigen Bakterien vorkommt und es ihnen ermöglicht, auf Licht zu reagieren.
Interzelluläre Interaktionsproteine
Die dritte Gruppe von Funktionen von integralen Proteinen ist die Implementierung von interzellulären Kontakten. Dank ihnen kann sich eine Zelle mit einer anderen verbinden, wodurch eine Kette von Informationsübertragungen entsteht. Nexusse funktionieren nach diesem Mechanismus - Gap Junctions zwischen Kardiomyozyten, durch die der Herzrhythmus übertragen wird. Das gleiche Funktionsprinzip wird in Synapsen beobachtet, durch die ein Impuls in Nervengewebe übertragen wird.
Durch integrale Proteine können Zellen auch eine mechanische Verbindung herstellen, die für die Bildung eines integralen biologischen Gewebes wichtig ist. Integrale Proteine können auch die Rolle von Membranenzymen spielen und an der Übertragung von Energie, einschließlich Nervenimpulsen, teilnehmen.
