Rakumembraan – raku struktuurielement, mis kaitseb seda väliskeskkonna eest. Selle abil suhtleb ta rakkudevahelise ruumiga ja on osa bioloogilisest süsteemist. Selle membraanil on spetsiaalne struktuur, mis koosneb lipiidide kaksikkihist, integraalsetest ja poolintegraalsetest valkudest. Viimased on suured molekulid, mis täidavad erinevaid funktsioone. Kõige sagedamini on nad seotud spetsiaalsete ainete transpordiga, mille kontsentratsiooni membraani erinevatel külgedel reguleeritakse hoolik alt.
Rakumembraani struktuuri üldplaan
Plasmamembraan on rasvade ja kompleksvalkude molekulide kogum. Selle fosfolipiidid koos hüdrofiilsete jääkidega asuvad membraani vastaskülgedel, moodustades lipiidide kaksikkihi. Kuid nende rasvhapete jääkidest koosnevad hüdrofoobsed alad on pööratud sissepoole. See võimaldab teil luua vedela vedelkristallstruktuuri, mis võib pidev alt kuju muuta ja on dünaamilises tasakaalus.
See struktuuri omadus võimaldab piirata rakku rakkudevahelisest ruumist, kuna membraan on tavaliselt vett ja kõiki selles lahustunud aineid mitteläbilaskev. Mõned komplekssed integraalsed valgud, poolintegraalsed ja pinnamolekulid on sukeldatud membraani paksusesse. Nende kaudu suhtleb rakk välismaailmaga, säilitades homöostaasi ja moodustades terviklikke bioloogilisi kudesid.
Plasmamembraani valgud
Kõik valgumolekulid, mis paiknevad plasmamembraani pinnal või paksuses, jagunevad tüüpideks, olenev alt nende esinemise sügavusest. Seal on integraalsed valgud, mis tungivad läbi lipiidide kaksikkihi, poolintegraalsed valgud, mis pärinevad membraani hüdrofiilsest piirkonnast ja lähevad väljapoole, samuti pinnavalgud, mis asuvad membraani välispinnal. Integraalsed valgumolekulid läbivad plasmalemma erilisel viisil ja neid saab ühendada retseptori aparaadiga. Paljud neist molekulidest läbivad kogu membraani ja neid nimetatakse transmembraanideks. Ülejäänud on ankurdatud membraani hüdrofoobsesse ossa ja väljuvad kas sise- või välispinnale.
Rakuioonikanalid
Enamasti toimivad ioonikanalid terviklike kompleksvalkudena. Need struktuurid vastutavad teatud ainete aktiivse transpordi eest rakku või se alt välja. Need koosnevad mitmest valgu subühikust ja aktiivsest saidist. Kokkupuutel aktiivse keskpunkti spetsiifilise ligandiga, mida esindab konkreetne komplektaminohapped, toimub ioonikanali konformatsiooni muutus. Selline protsess võimaldab teil kanali avada või sulgeda, käivitades või peatades sellega ainete aktiivse transpordi.
Mõned ioonikanalid on suurema osa ajast avatud, kuid kui signaal võetakse vastu retseptorvalgult või kui konkreetne ligand on kinnitatud, võivad need sulguda, peatades ioonivoolu. See toimimispõhimõte taandub asjaolule, et kuni retseptori või humoraalse signaali vastuvõtmiseni teatud aine aktiivse transpordi peatamiseks viiakse see läbi. Niipea kui signaal on vastu võetud, tuleks transport peatada.
Enamik integreeritud valke, mis toimivad ioonikanalitena, inhibeerivad transporti, kuni konkreetne ligand on kinnitunud aktiivse saidiga. Seejärel aktiveeritakse ioonitransport, mis võimaldab membraani uuesti laadida. See ioonikanalite tööalgoritm on tüüpiline erutuvate inimkudede rakkudele.
Manustatud valkude tüübid
Kõik membraanivalgud (integraalsed, poolintegraalsed ja pinnapealsed) täidavad olulisi funktsioone. Just tänu nende erilisele rollile raku elus on neil teatud tüüpi integratsioon fosfolipiidide membraaniga. Mõned valgud, sagedamini on need ioonkanalid, peavad plasmalemma täielikult maha suruma, et oma funktsioone realiseerida. Siis nimetatakse neid polütoopseks, st transmembraanseks. Teised lokaliseeritakse nende ankurduskoha järgi fosfolipiidide kaksikkihi hüdrofoobses kohas ja aktiivne koht ulatub ainult sisemisse või ainult välisesse.rakumembraani pind. Siis nimetatakse neid monotoopseks. Sagedamini on need retseptormolekulid, mis võtavad vastu signaali membraani pinn alt ja edastavad selle spetsiaalsele "vahendajale".
Interviklike valkude uuendamine
Kõik integraalsed molekulid tungivad täielikult hüdrofoobsesse piirkonda ja fikseeritakse selles nii, et nende liikumine on lubatud ainult piki membraani. Valgu sisenemine rakku, nagu ka valgumolekuli spontaanne eraldumine tsütolemmast, on aga võimatu. On olemas variant, mille puhul membraani integraalsed valgud sisenevad tsütoplasmasse. Seda seostatakse pinotsütoosi või fagotsütoosiga, st kui rakk püüab kinni tahke või vedeliku ja ümbritseb selle membraaniga. Seejärel tõmmatakse see koos sellesse sisestatud valkudega sisse.
Loomulikult ei ole see kõige tõhusam viis energia vahetamiseks rakus, sest kõik valgud, mis varem olid retseptorite või ioonikanalitena, seeditakse lüsosoomi poolt. See nõuab nende uut sünteesi, mille jaoks kulutatakse märkimisväärne osa makroergide energiavarudest. Molekulide "ekspluateerimise" käigus kahjustatakse aga sageli ioonikanaleid või retseptoreid kuni molekuli osade eraldumiseni. See nõuab ka nende taassünteesi. Seetõttu on fagotsütoos, isegi kui see toimub koos oma retseptori molekulide lõhenemisega, ka nende pideva uuenemise viis.
Integraalsete valkude hüdrofoobne interaktsioon
Nagu oliÜlalkirjeldatud integraalsed membraanivalgud on keerulised molekulid, mis näivad olevat tsütoplasmaatilises membraanis kinni. Samal ajal võivad nad selles vab alt ujuda, liikudes mööda plasmalemma, kuid nad ei saa sellest lahti murda ja rakkudevahelisse ruumi siseneda. See saavutatakse integraalsete valkude ja membraani fosfolipiidide hüdrofoobse interaktsiooni iseärasuste tõttu.
Integraalsete valkude aktiivsed keskused asuvad kas lipiidide kaksikkihi sise- või välispinnal. Ja see makromolekuli fragment, mis vastutab tiheda fikseerimise eest, asub alati fosfolipiidide hüdrofoobsete piirkondade seas. Nendega interaktsiooni tõttu jäävad kõik transmembraansed valgud alati rakumembraani paksusesse.
Integraalsete makromolekulide funktsioonid
Igal integraalsel membraanivalgul on ankurduskoht, mis asub fosfolipiidide hüdrofoobsete jääkide ja aktiivne keskus. Mõnel molekulil on ainult üks aktiivne kese ja need asuvad membraani sise- või välispinnal. Samuti on molekule, millel on mitu aktiivset saiti. Kõik see sõltub integraalsete ja perifeersete valkude funktsioonidest. Nende esimene funktsioon on aktiivne transport.
Valkude makromolekulid, mis vastutavad ioonide läbipääsu eest, koosnevad mitmest allüksusest ja reguleerivad ioonide voolu. Tavaliselt ei saa plasmamembraan hüdreeritud ioone läbida, kuna see on oma olemuselt lipiid. Ioonikanalite, mis on lahutamatud valgud, olemasolu võimaldab ioonidel tungida tsütoplasmasse ja laadida rakumembraani uuesti. See on ergastavate koerakkude membraanipotentsiaali tekkimise peamine mehhanism.
Retseptormolekulid
Integraalsete molekulide teine funktsioon on retseptori funktsioon. Üks membraani lipiidne kaksikkiht täidab kaitsefunktsiooni ja piirab rakku täielikult väliskeskkonnast. Kuid retseptori molekulide olemasolu tõttu, mida esindavad integraalsed valgud, saab rakk vastu võtta signaale keskkonnast ja suhelda sellega. Näiteks on kardiomüotsüütide neerupealiste retseptor, raku adhesioonivalk, insuliini retseptor. Retseptorvalgu konkreetne näide on bakteriorodopsiin, teatud bakterites leiduv spetsiaalne membraanivalk, mis võimaldab neil reageerida valgusele.
Rakkudevahelise interaktsiooni valgud
Kolmas integraalsete valkude funktsioonide rühm on rakkudevaheliste kontaktide rakendamine. Tänu neile saab üks rakk liituda teisega, luues nii teabeedastusahela. Selle mehhanismi järgi töötavad ühenduskohad – kardiomüotsüütide vahelised vaheühendused, mille kaudu edastatakse südamerütm. Sama toimimispõhimõtet täheldatakse sünapsides, mille kaudu edastatakse impulss närvikudedes.
Läbi terviklike valkude saavad rakud luua ka mehaanilise ühenduse, mis on oluline tervikliku bioloogilise koe moodustumisel. Samuti võivad integraalsed valgud mängida membraaniensüümide rolli ja osaleda energia, sealhulgas närviimpulsside ülekandes.
