Membrana cel·lular: un element estructural de la cèl·lula, que la protegeix de l'entorn extern. Amb l'ajuda d'ella, interacciona amb l'espai intercel·lular i forma part del sistema biològic. La seva membrana té una estructura especial formada per una bicapa lipídica, proteïnes integrals i semiintegrals. Aquestes últimes són molècules grans que fan diverses funcions. Molt sovint, estan implicats en el transport de substàncies especials, la concentració de les quals a diferents costats de la membrana està acuradament regulada.
Pla general de l'estructura de la membrana cel·lular
La membrana plasmàtica és una col·lecció de molècules de greixos i proteïnes complexes. Els seus fosfolípids, amb els seus residus hidròfils, es troben a costats oposats de la membrana, formant una bicapa lipídica. Però les seves àrees hidrofòbiques, que consisteixen en residus d'àcids grassos, es tornen cap a dins. Això us permet crear una estructura de cristall líquid fluid que pot canviar de forma constantment i que està en equilibri dinàmic.
Aquesta característica de l'estructura permet limitar la cèl·lula de l'espai intercel·lular, perquè la membrana normalment és impermeable a l'aigua i a totes les substàncies dissoltes en ella. Algunes proteïnes integrals complexes, molècules semiintegrals i superficials estan immerses en el gruix de la membrana. A través d'ells, la cèl·lula interactua amb el món exterior, mantenint l'homeòstasi i formant teixits biològics integrals.
Proteïnes de la membrana plasmàtica
Totes les molècules de proteïnes que es troben a la superfície o al gruix de la membrana plasmàtica es divideixen en tipus en funció de la profunditat de la seva aparició. Hi ha proteïnes integrals que penetren a la bicapa lipídica, proteïnes semiintegrals que s'originen a la regió hidròfila de la membrana i surten a l'exterior, així com proteïnes superficials situades a la zona exterior de la membrana. Les molècules de proteïnes integrals impregnen el plasmalema d'una manera especial i es poden connectar a l'aparell receptor. Moltes d'aquestes molècules impregnen tota la membrana i s'anomenen transmembrana. La resta s'ancoren a la part hidròfoba de la membrana i surten a la superfície interior o exterior.
Canals iònics cel·lulars
Molt sovint, els canals iònics actuen com a proteïnes complexes integrals. Aquestes estructures són les responsables del transport actiu de determinades substàncies dins o fora de la cèl·lula. Consten de diverses subunitats proteiques i un lloc actiu. Quan s'exposa a un lligand específic del centre actiu, representat per un conjunt específicaminoàcids, hi ha un canvi en la conformació del canal iònic. Aquest procés us permet obrir o tancar el canal, iniciant o aturant així el transport actiu de substàncies.
Alguns canals iònics estan oberts la major part del temps, però quan es rep un senyal d'una proteïna receptora o quan s'uneix un lligand específic, es poden tancar, aturant el corrent iònic. Aquest principi de funcionament es redueix al fet que fins que no es rebi un receptor o senyal humoral per aturar el transport actiu d'una determinada substància, es durà a terme. Tan bon punt es rep el senyal, s'hauria d'aturar el transport.
La majoria de les proteïnes integrals que actuen com a canals iònics treballen per inhibir el transport fins que s'uneix un lligand específic al lloc actiu. Aleshores s'activarà el transport d'ions, que permetrà recarregar la membrana. Aquest algorisme de funcionament dels canals iònics és típic de cèl·lules de teixits humans excitables.
Tipus de proteïnes incrustades
Totes les proteïnes de membrana (integrals, semiintegrals i superficials) fan funcions importants. És precisament pel seu paper especial en la vida de la cèl·lula que tenen un cert tipus d'integració a la membrana fosfolípid. Algunes proteïnes, més sovint són canals iònics, han de suprimir completament el plasmalema per tal de realitzar les seves funcions. Aleshores s'anomenen politòpics, és a dir, transmembrana. Altres es localitzen pel seu lloc d'ancoratge al lloc hidrofòbic de la bicapa fosfolípid, i el lloc actiu s'estén només a l'interior o només a l'exterior.superfície de la membrana cel·lular. Aleshores s'anomenen monotòpics. Més sovint són molècules receptores que reben un senyal de la superfície de la membrana i el transmeten a un "intermediari" especial.
Renovació de proteïnes integrals
Totes les molècules integrals penetren completament a la zona hidrofòbica i s'hi fixen de manera que el seu moviment només es permet al llarg de la membrana. Tanmateix, l'entrada de la proteïna a la cèl·lula, igual que el despreniment espontani de la molècula de proteïna del citolema, és impossible. Hi ha una variant en què les proteïnes integrals de la membrana entren al citoplasma. S'associa a la pinocitosi o fagocitosi, és a dir, quan una cèl·lula capta un sòlid o líquid i l'envolta d'una membrana. A continuació, s'introdueix dins juntament amb les proteïnes incrustades en ell.
Per descomptat, aquesta no és la manera més eficient d'intercanviar energia a la cèl·lula, perquè totes les proteïnes que abans servien com a receptors o canals iònics seran digerides pel lisosoma. Això requerirà la seva nova síntesi, per a la qual es destinarà una part important de les reserves energètiques dels macroergs. No obstant això, durant l'"explotació" de les molècules de canals iònics o receptors sovint es danya, fins al despreniment de seccions de la molècula. Això també requereix la seva resíntesi. Per tant, la fagocitosi, encara que es produeixi amb la divisió de les seves pròpies molècules receptores, també és una via de renovació constant.
Interacció hidrofòbica de proteïnes integrals
Com eradescrites anteriorment, les proteïnes integrals de membrana són molècules complexes que semblen estar enganxades a la membrana citoplasmàtica. Al mateix temps, poden nedar-hi lliurement, movent-se al llarg del plasmalema, però no poden separar-s'hi i entrar a l'espai intercel·lular. Això es realitza a causa de les peculiaritats de la interacció hidrofòbica de proteïnes integrals amb fosfolípids de membrana.
Els centres actius de proteïnes integrals es troben a la superfície interna o externa de la bicapa lipídica. I aquest fragment de la macromolècula, responsable de la fixació estreta, sempre es troba entre les regions hidrofòbiques dels fosfolípids. A causa de la interacció amb elles, totes les proteïnes transmembrana romanen sempre al gruix de la membrana cel·lular.
Funcions de les macromolècules integrals
Qualsevol proteïna integral de membrana té un lloc d'ancoratge situat entre els residus hidrofòbics dels fosfolípids i un centre actiu. Algunes molècules només tenen un centre actiu i es troben a la superfície interna o externa de la membrana. També hi ha molècules amb múltiples llocs actius. Tot això depèn de les funcions que realitzen les proteïnes integrals i perifèriques. La seva primera funció és el transport actiu.
Les macromolècules de proteïnes, responsables del pas dels ions, estan formades per diverses subunitats i regulen el corrent iònic. Normalment, la membrana plasmàtica no pot passar els ions hidratats, ja que és un lípid per naturalesa. La presència de canals iònics, que són proteïnes integrals, permet que els ions penetrin al citoplasma i recarreguin la membrana cel·lular. Aquest és el mecanisme principal per a l'aparició del potencial de membrana de les cèl·lules dels teixits excitables.
Molècules receptores
La segona funció de les molècules integrals és la funció del receptor. Una bicapa lipídica de la membrana implementa una funció protectora i limita completament la cèl·lula de l'entorn extern. Tanmateix, a causa de la presència de molècules receptores, que estan representades per proteïnes integrals, la cèl·lula pot rebre senyals de l'entorn i interactuar amb ell. Un exemple és el receptor suprarenal del cardiomiòcit, la proteïna d'adhesió cel·lular, el receptor d'insulina. Un exemple particular de proteïna receptora és la bacteriorrodopsina, una proteïna de membrana especial que es troba en alguns bacteris que els permet respondre a la llum.
Proteïnes d'interacció intercel·lular
El tercer grup de funcions de les proteïnes integrals és la implementació de contactes intercel·lulars. Gràcies a ells, una cèl·lula es pot unir a una altra, creant així una cadena de transferència d'informació. Els nexes funcionen d'acord amb aquest mecanisme: les unions gap entre els cardiomiòcits, a través de les quals es transmet el ritme cardíac. El mateix principi de funcionament s'observa a les sinapsis, a través de les quals es transmet un impuls als teixits nerviosos.
A través de proteïnes integrals, les cèl·lules també poden crear una connexió mecànica, que és important en la formació d'un teixit biològic integral. A més, les proteïnes integrals poden exercir el paper dels enzims de membrana i participar en la transferència d'energia, inclosos els impulsos nerviosos.
