Membrana celular - elemento estrutural da célula, protegendo-a do ambiente externo. Com a ajuda dele, interage com o espaço intercelular e faz parte do sistema biológico. Sua membrana possui uma estrutura especial composta por uma bicamada lipídica, proteínas integrais e semi-integrais. Estas últimas são moléculas grandes que desempenham várias funções. Na maioria das vezes, eles estão envolvidos no transporte de substâncias especiais, cuja concentração em diferentes lados da membrana é cuidadosamente regulada.
Plano geral da estrutura da membrana celular
A membrana plasmática é uma coleção de moléculas de gorduras e proteínas complexas. Seus fosfolipídios, com seus resíduos hidrofílicos, estão localizados em lados opostos da membrana, formando uma bicamada lipídica. Mas suas áreas hidrofóbicas, consistindo de resíduos de ácidos graxos, são voltadas para dentro. Isso permite que você crie uma estrutura fluida de cristal líquido que pode mudar constantemente de forma e está em equilíbrio dinâmico.
Esta característica da estrutura permite limitar a célula do espaço intercelular, pois a membrana é normalmente impermeável à água e a todas as substâncias nela dissolvidas. Algumas proteínas integrais complexas, moléculas semi-integrais e de superfície estão imersas na espessura da membrana. Por meio deles, a célula interage com o mundo exterior, mantendo a homeostase e formando tecidos biológicos integrais.
Proteínas da membrana plasmática
Todas as moléculas de proteínas que estão localizadas na superfície ou na espessura da membrana plasmática são divididas em tipos dependendo da profundidade de sua ocorrência. Existem proteínas integrais que penetram na bicamada lipídica, proteínas semi-integrais que se originam na região hidrofílica da membrana e vão para fora, além de proteínas de superfície localizadas na área externa da membrana. Moléculas de proteínas integrais permeiam o plasmalema de maneira especial e podem ser conectadas ao aparelho receptor. Muitas dessas moléculas permeiam toda a membrana e são chamadas de transmembrana. O restante está ancorado na porção hidrofóbica da membrana e sai para a superfície interna ou externa.
Canais de íons celulares
Na maioria das vezes, os canais iônicos atuam como proteínas integrais complexas. Essas estruturas são responsáveis pelo transporte ativo de certas substâncias para dentro ou para fora da célula. Eles consistem em várias subunidades de proteínas e um sítio ativo. Quando exposto a um ligante específico no centro ativo, representado por um conjunto específicoaminoácidos, há uma mudança na conformação do canal iônico. Tal processo permite abrir ou fechar o canal, iniciando ou interrompendo o transporte ativo de substâncias.
Alguns canais iônicos estão abertos a maior parte do tempo, mas quando um sinal é recebido de uma proteína receptora ou quando um ligante específico está ligado, eles podem fechar, interrompendo a corrente iônica. Esse princípio de funcionamento se resume ao fato de que até que um receptor ou sinal humoral seja recebido para interromper o transporte ativo de uma determinada substância, ele será realizado. Assim que o sinal for recebido, o transporte deve ser interrompido.
A maioria das proteínas integrais que atuam como canais iônicos trabalham para inibir o transporte até que um ligante específico seja ligado ao sítio ativo. Em seguida, o transporte de íons será ativado, o que permitirá que a membrana seja recarregada. Este algoritmo de operação de canais iônicos é típico para células de tecidos humanos excitáveis.
Tipos de proteínas incorporadas
Todas as proteínas de membrana (integrais, semi-integrais e de superfície) desempenham funções importantes. É precisamente por causa de seu papel especial na vida da célula que eles têm um certo tipo de integração na membrana fosfolipídica. Algumas proteínas, mais frequentemente são canais iônicos, devem suprimir completamente o plasmalema para realizar suas funções. Então eles são chamados de politópicos, ou seja, transmembrana. Outros estão localizados por seu sítio de ancoragem no sítio hidrofóbico da bicamada fosfolipídica, e o sítio ativo se estende apenas para o interior ou apenas para o externo.superfície da membrana celular. Então eles são chamados de monotópicos. Mais frequentemente são moléculas receptoras que recebem um sinal da superfície da membrana e o transmitem para um "intermediário" especial.
Renovação de proteínas integrais
Todas as moléculas integrais penetram completamente na área hidrofóbica e são fixadas nela de tal forma que seu movimento é permitido apenas ao longo da membrana. No entanto, o ingresso da proteína na célula, assim como o desprendimento espontâneo da molécula de proteína do citolema, é impossível. Existe uma variante em que as proteínas integrais da membrana entram no citoplasma. Está associada à pinocitose ou fagocitose, ou seja, quando uma célula captura um sólido ou líquido e o envolve com uma membrana. Ele é então puxado para dentro junto com as proteínas incorporadas nele.
Claro que essa não é a maneira mais eficiente de trocar energia na célula, pois todas as proteínas que antes serviam como receptores ou canais iônicos serão digeridas pelo lisossomo. Isso exigirá sua nova síntese, para a qual será gasta uma parte significativa das reservas energéticas dos macroergs. No entanto, durante a "exploração" das moléculas, os canais iônicos ou receptores são frequentemente danificados, até o desprendimento de seções da molécula. Isso também requer sua ressíntese. Portanto, a fagocitose, mesmo que ocorra com a divisão de suas próprias moléculas receptoras, é também uma forma de sua constante renovação.
Interação hidrofóbica de proteínas integrais
Como eradescritas acima, as proteínas integrais de membrana são moléculas complexas que parecem estar presas na membrana citoplasmática. Ao mesmo tempo, eles podem nadar livremente nele, movendo-se ao longo do plasmalema, mas não podem se desvencilhar dele e entrar no espaço intercelular. Isso é realizado devido às peculiaridades da interação hidrofóbica de proteínas integrais com fosfolipídios de membrana.
Os centros ativos de proteínas integrais estão localizados na superfície interna ou externa da bicamada lipídica. E aquele fragmento da macromolécula, responsável pela forte fixação, está sempre localizado entre as regiões hidrofóbicas dos fosfolipídios. Devido à interação com eles, todas as proteínas transmembranares permanecem sempre na espessura da membrana celular.
Funções de macromoléculas integrais
Qualquer proteína integral de membrana tem um sítio de ancoragem localizado entre os resíduos hidrofóbicos de fosfolipídios e um centro ativo. Algumas moléculas têm apenas um centro ativo e estão localizadas na superfície interna ou externa da membrana. Existem também moléculas com múltiplos sítios ativos. Tudo isso depende das funções desempenhadas pelas proteínas integrais e periféricas. Sua primeira função é o transporte ativo.
As macromoléculas de proteínas, responsáveis pela passagem de íons, consistem em várias subunidades e regulam a corrente iônica. Normalmente, a membrana plasmática não pode passar íons hidratados, pois é um lipídio por natureza. A presença de canais iônicos, que são proteínas integrais, permite que os íons penetrem no citoplasma e recarreguem a membrana celular. Este é o principal mecanismo para a ocorrência do potencial de membrana de células de tecidos excitáveis.
Moléculas receptoras
A segunda função das moléculas integrais é a função do receptor. Uma bicamada lipídica da membrana implementa uma função protetora e limita completamente a célula do ambiente externo. No entanto, devido à presença de moléculas receptoras, que são representadas por proteínas integrais, a célula pode receber sinais do ambiente e interagir com ele. Um exemplo é o receptor adrenal de cardiomiócitos, proteína de adesão celular, receptor de insulina. Um exemplo particular de uma proteína receptora é a bacteriorodopsina, uma proteína de membrana especial encontrada em algumas bactérias que permite que elas respondam à luz.
Proteínas de interação intercelular
O terceiro grupo de funções das proteínas integrais é a implementação de contatos intercelulares. Graças a eles, uma célula pode se juntar a outra, criando assim uma cadeia de transferência de informações. Os nexos funcionam de acordo com esse mecanismo - junções comunicantes entre cardiomiócitos, através das quais o ritmo cardíaco é transmitido. O mesmo princípio de funcionamento é observado nas sinapses, através das quais um impulso é transmitido nos tecidos nervosos.
Através de proteínas integrais, as células também podem criar uma conexão mecânica, que é importante na formação de um tecido biológico integral. Além disso, as proteínas integrais podem desempenhar o papel de enzimas de membrana e participar da transferência de energia, incluindo impulsos nervosos.
