Membrana cellulare - un elemento strutturale della cellula, che la protegge dall'ambiente esterno. Con l'aiuto di esso, interagisce con lo spazio intercellulare e fa parte del sistema biologico. La sua membrana ha una struttura speciale costituita da un doppio strato lipidico, proteine integrali e semiintegrali. Questi ultimi sono grandi molecole che svolgono varie funzioni. Molto spesso, sono coinvolti nel trasporto di sostanze speciali, la cui concentrazione sui diversi lati della membrana è attentamente regolata.
Piano generale della struttura della membrana cellulare
La membrana plasmatica è un insieme di molecole di grassi e proteine complesse. I suoi fosfolipidi, con i loro residui idrofili, si trovano ai lati opposti della membrana, formando un doppio strato lipidico. Ma le loro aree idrofobiche, costituite da residui di acidi grassi, sono rivolte verso l'interno. Ciò consente di creare una struttura fluida a cristalli liquidi che può cambiare continuamente forma ed è in equilibrio dinamico.
Questa caratteristica della struttura permette di limitare la cellula dallo spazio intercellulare, perché la membrana è normalmente impermeabile all'acqua ea tutte le sostanze in essa disciolte. Alcune proteine integrali complesse, semiintegrali e molecole di superficie sono immerse nello spessore della membrana. Attraverso di loro, la cellula interagisce con il mondo esterno, mantenendo l'omeostasi e formando tessuti biologici integrali.
Proteine della membrana plasmatica
Tutte le molecole proteiche che si trovano sulla superficie o nello spessore della membrana plasmatica sono suddivise in tipi a seconda della profondità della loro presenza. Ci sono proteine integrali che penetrano nel doppio strato lipidico, proteine semiintegrali che hanno origine nella regione idrofila della membrana e vanno all'esterno, nonché proteine di superficie situate nell'area esterna della membrana. Le molecole proteiche integrali permeano il plasmalemma in modo speciale e possono essere collegate all'apparato recettore. Molte di queste molecole permeano l'intera membrana e sono chiamate transmembrana. Il resto è ancorato nella porzione idrofobica della membrana ed esce sulla superficie interna o esterna.
Canali ionici cellulari
Molto spesso, i canali ionici agiscono come proteine complesse integrali. Queste strutture sono responsabili del trasporto attivo di determinate sostanze all'interno o all'esterno della cellula. Sono costituiti da diverse subunità proteiche e un sito attivo. Quando esposto a un ligando specifico sul centro attivo, rappresentato da un insieme specificoamminoacidi, c'è un cambiamento nella conformazione del canale ionico. Tale processo consente di aprire o chiudere il canale, avviando o interrompendo così il trasporto attivo di sostanze.
Alcuni canali ionici sono aperti per la maggior parte del tempo, ma quando viene ricevuto un segnale da una proteina recettore o quando è attaccato un ligando specifico, possono chiudersi, interrompendo la corrente ionica. Questo principio di funzionamento si riduce al fatto che fino a quando non viene ricevuto un segnale recettore o umorale per interrompere il trasporto attivo di una determinata sostanza, verrà eseguito. Non appena il segnale viene ricevuto, il trasporto dovrebbe essere interrotto.
La maggior parte delle proteine integrali che agiscono come canali ionici lavorano per inibire il trasporto fino a quando un ligando specifico non si attacca al sito attivo. Quindi verrà attivato il trasporto ionico, che consentirà di ricaricare la membrana. Questo algoritmo di funzionamento dei canali ionici è tipico per le cellule dei tessuti umani eccitabili.
Tipi di proteine incorporate
Tutte le proteine di membrana (integrale, semiintegrale e di superficie) svolgono importanti funzioni. È proprio per il loro ruolo speciale nella vita della cellula che hanno un certo tipo di integrazione nella membrana fosfolipidica. Alcune proteine, più spesso si tratta di canali ionici, devono sopprimere completamente il plasmalemma per poter svolgere le loro funzioni. Quindi sono chiamati politopici, cioè transmembrana. Altri sono localizzati dal loro sito di ancoraggio nel sito idrofobico del doppio strato fosfolipidico e il sito attivo si estende solo all'interno o solo all'esternosuperficie della membrana cellulare. Quindi sono chiamati monotopici. Più spesso si tratta di molecole recettoriali che ricevono un segnale dalla superficie della membrana e lo trasmettono a uno speciale "intermediario".
Rinnovo delle proteine integrali
Tutte le molecole integrali penetrano completamente nell'area idrofobica e vi si fissano in modo tale che il loro movimento sia consentito solo lungo la membrana. Tuttavia, l'ingresso della proteina nella cellula, proprio come il distacco spontaneo della molecola proteica dal citolemma, è impossibile. Esiste una variante in cui le proteine integrali della membrana entrano nel citoplasma. È associato a pinocitosi o fagocitosi, cioè quando una cellula cattura un solido o un liquido e lo circonda con una membrana. Viene quindi tirato all'interno insieme alle proteine in esso incorporate.
Naturalmente, questo non è il modo più efficiente per scambiare energia nella cellula, perché tutte le proteine che in precedenza fungevano da recettori o canali ionici verranno digerite dal lisosoma. Ciò richiederà una loro nuova sintesi, per la quale verrà spesa una parte significativa delle riserve energetiche dei macroerg. Tuttavia, durante lo "sfruttamento" delle molecole i canali ionici oi recettori vengono spesso danneggiati, fino al distacco di sezioni della molecola. Ciò richiede anche la loro risintesi. Pertanto, la fagocitosi, anche se avviene con la scissione delle proprie molecole recettoriali, è anche un modo per il loro continuo rinnovamento.
Interazione idrofobica di proteine integrali
Com'eradescritte sopra, le proteine integrali della membrana sono molecole complesse che sembrano essere bloccate nella membrana citoplasmatica. Allo stesso tempo, possono nuotare liberamente al suo interno, muovendosi lungo il plasmalemma, ma non possono staccarsene ed entrare nello spazio intercellulare. Ciò è possibile grazie alle peculiarità dell'interazione idrofobica delle proteine integrali con i fosfolipidi di membrana.
I centri attivi delle proteine integrali si trovano sulla superficie interna o esterna del doppio strato lipidico. E quel frammento della macromolecola, che è responsabile della fissazione stretta, si trova sempre tra le regioni idrofobiche dei fosfolipidi. A causa dell'interazione con esse, tutte le proteine transmembrana rimangono sempre nello spessore della membrana cellulare.
Funzioni delle macromolecole integrali
Qualsiasi proteina integrale di membrana ha un sito di ancoraggio situato tra i residui idrofobici dei fosfolipidi e un centro attivo. Alcune molecole hanno un solo centro attivo e si trovano sulla superficie interna o esterna della membrana. Ci sono anche molecole con più siti attivi. Tutto ciò dipende dalle funzioni svolte dalle proteine integrali e periferiche. La loro prima funzione è il trasporto attivo.
Le macromolecole proteiche, responsabili del passaggio degli ioni, sono costituite da diverse subunità e regolano la corrente ionica. Normalmente, la membrana plasmatica non può far passare ioni idratati, poiché è un lipide per natura. La presenza di canali ionici, che sono proteine integrali, permette agli ioni di penetrare nel citoplasma e ricaricare la membrana cellulare. Questo è il meccanismo principale per il verificarsi del potenziale di membrana delle cellule dei tessuti eccitabili.
Molecole recettoriali
La seconda funzione delle molecole integrali è la funzione del recettore. Un doppio strato lipidico della membrana svolge una funzione protettiva e limita completamente la cellula dall'ambiente esterno. Tuttavia, a causa della presenza di molecole recettoriali, che sono rappresentate da proteine integrali, la cellula può ricevere segnali dall'ambiente e interagire con esso. Un esempio è il recettore surrenale dei cardiomiociti, la proteina di adesione cellulare, il recettore dell'insulina. Un esempio particolare di proteina recettore è la batteriorodopsina, una speciale proteina di membrana presente in alcuni batteri che consente loro di rispondere alla luce.
Proteine di interazione intercellulare
Il terzo gruppo di funzioni delle proteine integrali è l'implementazione dei contatti intercellulari. Grazie a loro, una cellula può unirsi a un' altra, creando così una catena di trasferimento di informazioni. I nessi funzionano secondo questo meccanismo: giunzioni tra i cardiomiociti, attraverso le quali viene trasmesso il ritmo cardiaco. Lo stesso principio di funzionamento si osserva nelle sinapsi, attraverso le quali un impulso viene trasmesso nei tessuti nervosi.
Attraverso le proteine integrali, le cellule possono anche creare una connessione meccanica, che è importante nella formazione di un tessuto biologico integrale. Inoltre, le proteine integrali possono svolgere il ruolo di enzimi di membrana e partecipare al trasferimento di energia, compresi gli impulsi nervosi.
