Celmembraan - een structureel element van de cel dat het beschermt tegen de externe omgeving. Met behulp hiervan interageert het met de intercellulaire ruimte en maakt het deel uit van het biologische systeem. Het membraan heeft een speciale structuur die bestaat uit een lipide dubbellaag, integrale en semi-integrale eiwitten. De laatste zijn grote moleculen die verschillende functies vervullen. Meestal zijn ze betrokken bij het transport van speciale stoffen, waarvan de concentratie aan verschillende zijden van het membraan zorgvuldig wordt gereguleerd.
Algemeen plan van de celmembraanstructuur
Het plasmamembraan is een verzameling van moleculen van vetten en complexe eiwitten. De fosfolipiden, met hun hydrofiele resten, bevinden zich aan weerszijden van het membraan en vormen een lipidedubbellaag. Maar hun hydrofobe gebieden, bestaande uit vetzuurresten, zijn naar binnen gekeerd. Hierdoor kun je een vloeibare vloeibaar-kristalstructuur creëren die constant van vorm kan veranderen en in dynamisch evenwicht is.
Dit kenmerk van de structuur stelt je in staat om de cel vanuit de intercellulaire ruimte te beperken, omdat het membraan normaal ondoordringbaar is voor water en alle daarin opgeloste stoffen. Sommige complexe integrale eiwitten, semi-integrale en oppervlaktemoleculen zijn ondergedompeld in de dikte van het membraan. Via hen interageert de cel met de buitenwereld, handhaaft homeostase en vormt integrale biologische weefsels.
Plasmamembraaneiwitten
Alle eiwitmoleculen die zich op het oppervlak of in de dikte van het plasmamembraan bevinden, zijn onderverdeeld in typen, afhankelijk van de diepte van hun voorkomen. Er zijn integrale eiwitten die de lipide dubbellaag binnendringen, semi-integrale eiwitten die hun oorsprong vinden in het hydrofiele gebied van het membraan en naar buiten gaan, evenals oppervlakte-eiwitten die zich aan de buitenkant van het membraan bevinden. Integrale eiwitmoleculen dringen op een speciale manier door het plasmalemma en kunnen worden aangesloten op het receptorapparaat. Veel van deze moleculen doordringen het hele membraan en worden transmembraan genoemd. De rest is verankerd in het hydrofobe deel van het membraan en gaat ofwel naar het binnen- of buitenoppervlak.
Cell ion kanalen
Meestal fungeren ionenkanalen als integrale complexe eiwitten. Deze structuren zijn verantwoordelijk voor het actieve transport van bepaalde stoffen in of uit de cel. Ze bestaan uit verschillende eiwitsubeenheden en een actieve plaats. Bij blootstelling aan een specifiek ligand op het actieve centrum, weergegeven door een specifieke setaminozuren, is er een verandering in de conformatie van het ionkanaal. Met zo'n proces kun je het kanaal openen of sluiten, waardoor het actieve transport van stoffen wordt gestart of gestopt.
Sommige ionenkanalen zijn meestal open, maar wanneer een signaal wordt ontvangen van een receptoreiwit of wanneer een specifiek ligand is bevestigd, kunnen ze sluiten, waardoor de ionenstroom stopt. Dit werkingsprincipe komt erop neer dat het wordt uitgevoerd totdat een receptor of humoraal signaal wordt ontvangen om het actieve transport van een bepaalde stof te stoppen. Zodra het signaal is ontvangen, moet het transport worden gestopt.
De meeste integrale eiwitten die als ionkanalen werken, remmen transport totdat een specifiek ligand aan de actieve plaats is gehecht. Dan wordt het ionentransport geactiveerd, waardoor het membraan weer kan worden opgeladen. Dit algoritme voor de werking van ionenkanalen is typisch voor cellen van prikkelbare menselijke weefsels.
Soorten ingebedde eiwitten
Alle membraaneiwitten (integraal, semi-integraal en oppervlakte) vervullen belangrijke functies. Juist vanwege hun speciale rol in het leven van de cel hebben ze een bepaald soort integratie in het fosfolipidemembraan. Sommige eiwitten, vaker zijn dit ionkanalen, moeten het plasmalemma volledig onderdrukken om hun functies te kunnen realiseren. Dan worden ze polytopisch genoemd, dat wil zeggen transmembraan. Anderen zijn gelokaliseerd door hun ankerplaats in de hydrofobe plaats van de fosfolipide dubbellaag, en de actieve plaats strekt zich alleen uit naar de interne of alleen naar de externeoppervlak van het celmembraan. Dan worden ze monotopisch genoemd. Vaker zijn het receptormoleculen die een signaal ontvangen van het oppervlak van het membraan en dit doorgeven aan een speciale "tussenpersoon".
Vernieuwing van integrale eiwitten
Alle integrale moleculen dringen volledig het hydrofobe gebied binnen en zijn erin gefixeerd op een zodanige manier dat hun beweging alleen langs het membraan is toegestaan. Het binnendringen van het eiwit in de cel, net als het spontaan losraken van het eiwitmolecuul van het cytolemma, is echter onmogelijk. Er is een variant waarbij de integrale eiwitten van het membraan het cytoplasma binnendringen. Het wordt geassocieerd met pinocytose of fagocytose, dat wil zeggen wanneer een cel een vaste stof of vloeistof vangt en deze omringt met een membraan. Het wordt dan naar binnen getrokken, samen met de eiwitten die erin zijn ingebed.
Dit is natuurlijk niet de meest efficiënte manier om energie in de cel uit te wisselen, omdat alle eiwitten die voorheen als receptoren of ionenkanalen dienden, door het lysosoom worden verteerd. Dit vereist hun nieuwe synthese, waarvoor een aanzienlijk deel van de energiereserves van macro-ergs zal worden besteed. Tijdens de "exploitatie" van de moleculen van ionenkanalen of -receptoren worden echter vaak beschadigd, tot aan het loslaten van delen van het molecuul. Dit vereist ook hun hersynthese. Daarom is fagocytose, zelfs als het gebeurt met de splitsing van zijn eigen receptormoleculen, ook een manier van hun constante vernieuwing.
Hydrofobe interactie van integrale eiwitten
Zoals het waszoals hierboven beschreven, zijn integrale membraaneiwitten complexe moleculen die in het cytoplasmatische membraan lijken te zitten. Tegelijkertijd kunnen ze er vrij in zwemmen, langs het plasmalemma bewegen, maar ze kunnen er niet van loskomen en de intercellulaire ruimte binnengaan. Dit wordt gerealiseerd door de eigenaardigheden van de hydrofobe interactie van integrale eiwitten met membraanfosfolipiden.
Actieve centra van integrale eiwitten bevinden zich op het binnen- of buitenoppervlak van de lipidedubbellaag. En dat fragment van het macromolecuul, dat verantwoordelijk is voor een stevige fixatie, bevindt zich altijd tussen de hydrofobe gebieden van fosfolipiden. Door interactie met hen blijven alle transmembraaneiwitten altijd in de dikte van het celmembraan.
Functies van integrale macromoleculen
Elk integraal membraaneiwit heeft een ankerplaats tussen de hydrofobe resten van fosfolipiden en een actief centrum. Sommige moleculen hebben slechts één actief centrum en bevinden zich op het binnen- of buitenoppervlak van het membraan. Er zijn ook moleculen met meerdere actieve plaatsen. Dit alles hangt af van de functies die worden uitgevoerd door integrale en perifere eiwitten. Hun eerste functie is actief transport.
Eiwitmacromoleculen, die verantwoordelijk zijn voor de doorgang van ionen, bestaan uit verschillende subeenheden en reguleren de ionenstroom. Normaal gesproken kan het plasmamembraan geen gehydrateerde ionen doorlaten, omdat het van nature een lipide is. Door de aanwezigheid van ionenkanalen, die integrale eiwitten zijn, kunnen ionen doordringen in het cytoplasma en het celmembraan opladen. Dit is het belangrijkste mechanisme voor het optreden van de membraanpotentiaal van prikkelbare weefselcellen.
Receptor moleculen
De tweede functie van integrale moleculen is de receptorfunctie. Een lipide dubbellaag van het membraan implementeert een beschermende functie en beperkt de cel volledig van de externe omgeving. Door de aanwezigheid van receptormoleculen, die worden weergegeven door integrale eiwitten, kan de cel echter signalen uit de omgeving ontvangen en ermee interageren. Een voorbeeld is de cardiomyocyt bijnierreceptor, celadhesie-eiwit, insulinereceptor. Een specifiek voorbeeld van een receptoreiwit is bacteriorodopsine, een speciaal membraaneiwit dat in sommige bacteriën wordt aangetroffen en waardoor ze op licht kunnen reageren.
Intercellulaire interactie-eiwitten
De derde groep functies van integrale eiwitten is de implementatie van intercellulaire contacten. Dankzij hen kan de ene cel zich bij de andere voegen, waardoor een keten van informatieoverdracht ontstaat. Nexuses werken volgens dit mechanisme - gap junctions tussen cardiomyocyten, waardoor het hartritme wordt overgedragen. Hetzelfde werkingsprincipe wordt waargenomen in synapsen, waardoor een impuls wordt overgedragen in zenuwweefsels.
Door integrale eiwitten kunnen cellen ook een mechanische verbinding tot stand brengen, wat belangrijk is bij de vorming van een integraal biologisch weefsel. Integrale eiwitten kunnen ook de rol spelen van membraanenzymen en deelnemen aan de overdracht van energie, inclusief zenuwimpulsen.
