קרום התא - אלמנט מבני של התא, המגן עליו מפני הסביבה החיצונית. בעזרתו הוא מקיים אינטראקציה עם המרחב הבין תאי ומהווה חלק מהמערכת הביולוגית. לממברנה שלו מבנה מיוחד המורכב משכבה דו-שומנית, חלבונים אינטגרליים וחצי-אינטגרליים. האחרונות הן מולקולות גדולות המבצעות פונקציות שונות. לרוב, הם מעורבים בהובלה של חומרים מיוחדים, שריכוזם בצדדים שונים של הממברנה מווסת בקפידה.
תוכנית כללית של מבנה קרום התא
ממברנת הפלזמה היא אוסף של מולקולות של שומנים וחלבונים מורכבים. הפוספוליפידים שלו, עם השאריות ההידרופיליות שלהם, ממוקמים בצדדים מנוגדים של הממברנה, ויוצרים דו-שכבה שומנית. אבל האזורים ההידרופוביים שלהם, המורכבים משאריות חומצות שומן, מופנים פנימה. זה מאפשר לך ליצור מבנה נוזלי-גביש נוזלי שיכול לשנות צורה כל הזמן ונמצא בשיווי משקל דינמי.
תכונה זו של המבנה מאפשרת להגביל את התא מהחלל הבין-תאי, מכיוון שהממברנה בדרך כלל אטומה למים ולכל החומרים המומסים בה. כמה חלבונים אינטגרליים מורכבים, מולקולות חצי אינטגרליות ומולקולות פני השטח טבולות בעובי הממברנה. באמצעותם, התא מקיים אינטראקציה עם העולם החיצון, שומר על הומאוסטזיס ויוצר רקמות ביולוגיות אינטגרליות.
חלבוני ממברנת פלזמה
כל מולקולות החלבון שנמצאות על פני השטח או בעובי של קרום הפלזמה מחולקות לסוגים בהתאם לעומק התרחשותן. ישנם חלבונים אינטגרליים החודרים לדו-שכבת השומנים, חלבונים חצי אינטגרליים שמקורם באזור ההידרופילי של הממברנה ויוצאים החוצה, וכן חלבוני פני השטח הממוקמים באזור החיצוני של הממברנה. מולקולות חלבון אינטגרליות חודרות לפלסמה בצורה מיוחדת וניתן לחבר אותן למנגנון הקולטן. רבות מהמולקולות הללו חודרות לכל הממברנה ונקראות טרנסממברנה. השאר מעוגנים בחלק ההידרופובי של הממברנה ויוצאים אל המשטח הפנימי או החיצוני.
ערוצי יון סלולריים
לרוב, תעלות יונים פועלות כחלבונים מורכבים אינטגרליים. מבנים אלה אחראים על הובלה פעילה של חומרים מסוימים לתוך התא או החוצה ממנו. הם מורכבים ממספר תת-יחידות חלבון ואתר פעיל. כאשר נחשפים לליגנד ספציפי במרכז הפעיל, המיוצג על ידי קבוצה מסוימתחומצות אמינו, יש שינוי בקונפורמציה של תעלת היונים. תהליך כזה מאפשר לך לפתוח או לסגור את הערוץ, ובכך להתחיל או להפסיק את ההובלה הפעילה של חומרים.
תעלות יונים מסוימות פתוחות רוב הזמן, אך כאשר מתקבל אות מחלבון קולטן או כאשר ליגנד מסוים מחובר, הן יכולות להיסגר ולעצור את זרם היונים. עקרון הפעולה הזה מסתכם בעובדה שעד שיתקבל קולטן או אות הומורלי לעצור את ההובלה הפעילה של חומר מסוים, הוא יתבצע. ברגע שהאות מתקבל, יש לעצור את ההובלה.
רוב החלבונים האינטגרליים הפועלים כתעלות יונים פועלים לעיכוב תעבורה עד שליגנד ספציפי נקשר לאתר הפעיל. לאחר מכן תופעל הובלת היונים, שתאפשר את טעינת הממברנה. אלגוריתם פעולה זה של תעלות יונים אופייני לתאים של רקמות אנושיות נרגשות.
סוגי חלבונים משובצים
כל חלבוני הממברנה (אינטגרל, חצי אינטגרלי ומשטח) מבצעים פונקציות חשובות. דווקא בגלל תפקידם המיוחד בחיי התא יש להם סוג מסוים של השתלבות בממברנת הפוספוליפיד. חלבונים מסוימים, לעתים קרובות יותר אלה הם תעלות יונים, חייבים לדכא לחלוטין את הפלזמה כדי לממש את תפקידיהם. אז הם נקראים פוליטופיים, כלומר טרנסממברנה. אחרים ממוקמים על ידי אתר העיגון שלהם באתר ההידרופובי של שכבת הפוספוליפידים, והאתר הפעיל משתרע רק אל הפנימי או רק אל החיצוני.פני השטח של קרום התא. ואז הם נקראים מונוטופיים. לעתים קרובות יותר מדובר במולקולות קולטניות שמקבלות אות מפני השטח של הממברנה ומעבירות אותו ל"מתווך" מיוחד.
חידוש של חלבונים אינטגרליים
כל המולקולות האינטגרליות חודרות לחלוטין לאזור ההידרופובי ומקובעות בו באופן שתנועתן מותרת רק לאורך הממברנה. עם זאת, חדירת החלבון לתא, ממש כמו ניתוק ספונטני של מולקולת החלבון מהציטלמה, היא בלתי אפשרית. יש גרסה שבה החלבונים האינטגרליים של הממברנה נכנסים לציטופלזמה. זה קשור לפינוציטוזיס או פגוציטוזיס, כלומר כאשר תא לוכד מוצק או נוזל ומקיף אותו בממברנה. לאחר מכן הוא נמשך פנימה יחד עם החלבונים המוטבעים בו.
כמובן שזו לא הדרך היעילה ביותר להחליף אנרגיה בתא, כי כל החלבונים ששימשו בעבר כקולטנים או תעלות יונים יתעכלו על ידי הליזוזום. זה ידרוש סינתזה חדשה שלהם, שעבורה יושקע חלק ניכר ממאגרי האנרגיה של מאקרורגי. עם זאת, במהלך "ניצול" המולקולות של תעלות יונים או קולטנים נפגעות פעמים רבות, עד לניתוק של חלקים של המולקולה. זה גם דורש סינתזה מחדש שלהם. לכן, פגוציטוזה, גם אם היא מתרחשת עם פיצול מולקולות הקולטן שלה, היא גם דרך להתחדשותן המתמדת.
אינטראקציה הידרופוביה של חלבונים אינטגרליים
כפי שהיהשתואר לעיל, חלבוני ממברנה אינטגרלית הם מולקולות מורכבות שנראות תקועים בממברנה הציטופלזמית. יחד עם זאת, הם יכולים לשחות בו בחופשיות, לנוע לאורך הפלזמה, אבל הם לא יכולים להתנתק ממנה ולהיכנס לחלל הבין-תאי. זה מתממש בשל המוזרויות של אינטראקציה הידרופוביה של חלבונים אינטגרליים עם פוספוליפידים ממברניים.
מרכזים פעילים של חלבונים אינטגרליים ממוקמים על פני השטח הפנימיים או החיצוניים של דו-שכבת השומנים. ושבר זה של המקרומולקולה, שאחראי לקיבוע הדוק, נמצא תמיד בין האזורים ההידרופוביים של הפוספוליפידים. עקב אינטראקציה איתם, כל החלבונים הטרנסממברניים נשארים תמיד בעובי של קרום התא.
פונקציות של מקרומולקולות אינטגרליות
לכל חלבון ממברנה אינטגרלי יש אתר עוגן הממוקם בין השאריות הידרופוביות של פוספוליפידים ומרכז פעיל. לחלק מהמולקולות יש רק מרכז פעיל אחד והן ממוקמות על פני השטח הפנימי או החיצוני של הממברנה. יש גם מולקולות עם מספר אתרים פעילים. כל זה תלוי בתפקודים המבוצעים על ידי חלבונים אינטגרליים והיקפיים. הפונקציה הראשונה שלהם היא הובלה פעילה.
מאקרומולקולות חלבון, האחראיות על מעבר יונים, מורכבות ממספר יחידות משנה ומווסתות את זרם היונים. בדרך כלל, קרום הפלזמה אינו יכול לעבור יונים hydrated, שכן הוא שומנים מטבעו. נוכחותן של תעלות יונים, שהן חלבונים אינטגרליים, מאפשרת ליונים לחדור לתוך הציטופלזמה ולהטעין מחדש את קרום התא.זהו המנגנון העיקרי להתרחשות פוטנציאל הממברנה של תאי רקמה מעוררים.
מולקולות קולטן
הפונקציה השנייה של מולקולות אינטגרליות היא תפקוד הקולטן. שכבת שומנים אחת של הממברנה מיישמת פונקציית הגנה ומגבילה לחלוטין את התא מהסביבה החיצונית. עם זאת, בשל נוכחותן של מולקולות קולטן, המיוצגות על ידי חלבונים אינטגרליים, התא יכול לקבל אותות מהסביבה ולקיים איתה אינטראקציה. דוגמה לכך היא קולטן האדרנל לקרדיומיוציטים, חלבון הדבקה בתאים, קולטן לאינסולין. דוגמה מסוימת לחלבון קולטן היא בקטריורודופסין, חלבון ממברנה מיוחד שנמצא בחיידקים מסוימים ומאפשר להם להגיב לאור.
חלבוני אינטראקציה בין-תאיים
קבוצת הפונקציות השלישית של חלבונים אינטגרליים היא יישום מגעים בין-תאיים. הודות להם, תא אחד יכול להצטרף לאחר ובכך ליצור שרשרת של העברת מידע. נקסוסים פועלים על פי מנגנון זה – חיבורי פער בין קרדיומיוציטים, דרכם מועבר קצב הלב. אותו עקרון פעולה נצפה בסינפסות, שדרכן מועבר דחף ברקמות העצבים.
באמצעות חלבונים אינטגרליים, תאים יכולים ליצור גם חיבור מכני, שחשוב ביצירת רקמה ביולוגית אינטגרלית. כמו כן, חלבונים אינטגרליים יכולים לשחק את התפקיד של אנזימי ממברנה ולהשתתף בהעברת אנרגיה, כולל דחפים עצביים.
