Интегрални мембранни протеини, техните функции

Клетъчната мембрана е структурен елемент на клетката, която я предпазва от външната среда. Чрез нея тя взаимодейства с междуклетъчното пространство и е част от биологичната система. Неговата мембрана има специална структура, състояща се от липиден двоен слой, интегрални и полу-интегрални протеини. Последните са големи молекули, които изпълняват различни функции. Най-често те участват в транспортирането на специални вещества, чиято концентрация върху различните страни на мембраната се регулира внимателно.

Общ план на структурата на клетъчната мембрана

Плазмената мембрана - колекция от молекули на мазнини и сложни протеини. Неговите фосфолипиди със своите хидрофилни остатъци са разположени на противоположните страни на мембраната, образувайки липидна двойка. Но техните хидрофобни зони, състоящи се от остатъци от мастни киселини, са обърнати навътре. Това ви позволява да създадете структура от течни кристали, която постоянно може да променя формата си и е в динамично равновесие.

Тази характеристика на структурата ви позволява да ограничите клетката от междуклетъчното пространство, тъй като мембраната обикновено е непропусклива за вода и всички вещества, разтворени в нея. Някои сложни интегрални протеини, полу-интегрални и повърхностни молекули са потопени в мембраната. Чрез клетките си клетката взаимодейства с околния свят, като поддържа хомеостазата и образува интегрални биологични тъкани.

Протеини от плазмената мембрана

Всички протеинови молекули, които се намират на повърхността или в дебелината на плазмената мембрана, се разделят на видовете в зависимост от дълбочината на тяхното появяване. Изолирайте интегрални протеини, проникващи в липидния двуслоен полу-интеграл, които произлизат от хидрофилната област на мембраната и излизат, както и повърхностни протеини, разположени на външната област на мембраната. Интегралните белтъчни молекули специфично проникват в плазмолемата и могат да бъдат свързани с рецепторния апарат. Много от тези молекули проникват в цялата мембрана и се наричат ​​трансмембрана. Останалата част се закрепва в хидрофобната област на мембраната и се простира до вътрешната или външната повърхност.

Йонни клетъчни канали

Най-често интегрираните комплексни протеини са йонни канали. Тези структури са отговорни за това активен транспорт някои вещества в или извън клетката. Те се състоят от няколко белтъчни субединици и активен център. Когато определен лиганд е изложен на активното място, представлявано от специфичен набор от аминокиселини, конформацията на йонния канал се променя. Този процес ви позволява да отворите или затворите канала, като по този начин стартирате или спирате активния транспорт на вещества.

Някои йонни канали са отворени през повечето време, обаче, при получаването на сигнал от рецепторния протеин или когато е свързан специфичен лиганд, те могат да затворят, спирайки йонния ток. Този принцип на действие се свежда до факта, че докато не бъде получен рецептор или хуморален сигнал за прекратяване на активен транспорт на определено вещество, то ще бъде извършено. След като сигналът пристигне, транспортът трябва да бъде прекратен.

Повечето от интегралните протеини, които изпълняват функциите на йонните канали, работят върху транспортна забрана, докато се включи специфичен лиганд в активния център. Тогава ще има активиране на йонен транспорт, което ще позволи презареждане на мембраната. Този алгоритъм за работата на йонните канали е характерен за клетките на възбудимите човешки тъкани.

Видове вградени протеини

Всички мембранни протеини (интегрални, полу-интегрални и повърхностни) изпълняват важни функции. Това се дължи на специалната роля в живота на клетката, която има определен вид навлизане в фосфолипидната мембрана. Някои протеини, по-често това са йонни канали, трябва напълно да спрат плазмолемата, за да реализират своите функции. Тогава те се наричат ​​политопични, т.е. трансмембранни. Други са локализирани чрез тяхното закрепване в хидрофобната област на фосфолипидния двуслой и активният център се простира само до вътрешната или само към външната повърхност на клетъчната мембрана. Тогава те се наричат ​​монотопни. По-често те са рецепторни молекули, които получават сигнал от повърхността на мембраната и я предават на специален "медиатор".

Актуализиране на интегралните протеини

Всички интегрални молекули напълно проникват в хидрофобната област и са фиксирани в нея по такъв начин, че е допустимо да се движат само по протежение на мембраната. Зависимостта на протеина в клетката, както и спонтанното отделяне на протеиновата молекула от цитолемата, обаче, е невъзможно. Има опция, при която интегралните протеини на мембраната попадат в цитоплазмата. Тя се свързва с пиноцитоза или фагоцитоза, т.е. когато клетката улавя твърда или течна и я заобикаля с мембрана. След това тя се влачи вътре заедно с протеините, вградени в него.

Разбира се, това не е най-ефективният начин за обмен на енергия в клетката, тъй като всички протеини, които преди това са извършвали рецепторна функция или йонни канали, ще бъдат усвоени от лизозомата. Това ще изисква техния нов синтез, който ще изразходва значителна част от енергийните запаси на макроерегистите. Въпреки това, в хода на "експлоатация", молекулите или рецепторите на йонните канали често се увреждат до отцепването на молекулните места. Това също изисква тяхната ре-синтеза. Тъй като фагоцитозата, дори ако се случи с разделянето на собствените си рецепторни молекули, също е метод за тяхното постоянно обновяване.

Хидрофобно взаимодействие на интегрални протеини

Както е описано по-горе, интегралните мембранни протеини са сложни молекули, които изглежда се залепват в цитоплазмената мембрана. В същото време, те могат свободно да плуват в него, движейки се по плазмолемата, но не могат да се откъснат от него и да влязат в междуклетъчното пространство. Това се постига благодарение на характеристиките на хидрофобното взаимодействие на интегралните протеини с фосфолипидите на мембраната.

Активните центрове на интегрални протеини се намират или на вътрешната или външната повърхност на липидния двуслой. И този фрагмент от макромолекулата, който е отговорен за плътното фиксиране, винаги се намира сред хидрофобните региони на фосфолипидите. Поради взаимодействието с тях, всички трансмембранни протеини винаги остават в дебелината на клетъчната мембрана.

Функции на интегрални макромолекули

Всеки интегрален мембранен протеин има място за закрепване, разположено между хидрофобните остатъци от фосфолипиди и активен център. В някои молекули активният център е разположен самостоятелно върху вътрешната или външната повърхност на мембраната. Съществуват и молекули с няколко активни центъра. Всичко това зависи от функциите, които интегралните и периферните протеини изпълняват. Първата им функция е активен транспорт.

Протеиновите макромолекули, които са отговорни за преминаването на йони, се състоят от няколко субединици и регулират йонния ток. Обикновено плазмената мембрана не може да премине хидратирани йони, тъй като по своята същност е липид. Наличието на йонни канали, които са интегрални протеини, позволява на йони да проникнат в цитоплазмата и да презаредят клетъчната мембрана. Това е основният механизъм за начало на мембранния потенциал на клетките на възбудимите тъкани.

Рецепторни молекули

Втората функция на интегралните молекули е рецепторът. Един липиден двуслой от мембраната реализира защитна функция и напълно ограничава клетката от външната среда. Въпреки това, поради наличието на рецепторни молекули, които са представени от интегрални протеини, клетката може да получава сигнали от околната среда и да взаимодейства с нея. Пример за това е надбъбречният рецептор на кардиомиоцит, клетъчен адхезивен протеин, инсулинов рецептор. Специален пример за рецепторния протеин е бактериодопсин, специален мембранен протеин, който някои бактерии имат, което им позволява да реагират на светлина.

Протеини на междуклетъчно взаимодействие

Третата група функции на интегрални протеини е реализацията междуклетъчни контакти. Благодарение на тях една клетка може да се присъедини към друга, създавайки верига от информационен трансфер. На този механизъм, връзките на връзката между кардиомиоцитите, през които се предава сърдечният ритъм. Същият принцип на действие се наблюдава и в синапсите, при които в нервните тъкани се предава импулс.

С помощта на интегрални протеини, клетките могат да създадат механична връзка, която е важна за образуването на цялостна биологична тъкан. Също така интегрираните протеини могат да играят ролята на мембранни ензими и да участват в трансфера на енергия, включително нервните импулси.