Рецепторна функція плазматичної мембрани

Короткий огляд:

Глікокалікс- це зовнішній по відношенню до ліпопротеїдної мембрани шар, що містить полісахаридні ланцюжки мембранних інтегральних білків - глікопротеїдів.

Однією з найважливіших функцій плазмалеми є забезпечення комунікації (зв'язку) клітини із зовнішнім середовищем за допомогою присутнього в мембранах рецепторного апарату, що має білкову або глікопротеїнову природу. Основна функція рецепторних утворень плазмалеми - розпізнавання зовнішніх сигналів, завдяки яким клітини правильно орієнтуються та утворюють тканини у процесі диференціювання. З рецепторною функцією пов'язана діяльність різних регуляторних систем, а також формування імунної відповіді.

Як такі рецептори на поверхні клітини можуть виступати білки мембрани або елементи глікоколіксу - глікопротеїди. Такі чутливі до окремих речовин ділянки можуть бути розкидані поверхнею клітини або зібрані в невеликі зони.

Різні клітини тварин організмів можуть мати різні набори рецепторів або ж різну чутливість одного і того ж рецептора.

Роль багатьох клітинних рецепторів полягає у зв'язуванні специфічних речовин чи здатності реагувати на фізичні чинники, а й у передачі міжклітинних сигналів із поверхні всередину клітини. В даний час добре вивчено систему передачі сигналу клітинам за допомогою деяких гормонів, до складу яких входять пептидні ланцюжки. Гормон взаємодіє специфічно з рецепторною частиною цієї системи і, не проникаючи всередину клітини, активує аденілатциклазу (білок, що вже лежить у цитоплазматичній частині плазматичної мембрани), яка синтезує циклічний АМФ. Останній активує чи інгібує внутрішньоклітинний фермент чи групу ферментів.Таким чином, команда (сигнал від плазматичної мембрани) передається усередину клітини. Ефективність цієї аденілатциклазної системи дуже висока. Так, взаємодія однієї або кількох молекул гормону може призвести за рахунок синтезу множини молекул цАМФ до посилення сигналу в тисячі разів. У разі аденілатциклазна система служить перетворювачем зовнішніх сигналів.

Різноманітність та специфічність наборів рецепторів на поверхні клітин призводять до створення дуже складної системи маркерів, що дозволяють відрізняти свої клітини (той самої особини або того ж виду) від чужих. Подібні клітини вступають одна з одною у взаємодії, що призводять до злипання поверхонь (кон'югація у найпростіших та бактерій, утворення тканинних клітинних комплексів). При цьому клітини, що відрізняються набором детермінантних маркерів або не сприймають їх, або виключаються з такої взаємодії, або (вищих тварин) знищуються в результаті імунологічних реакцій.

З плазматичною мембраною пов'язана локалізація специфічних рецепторів, які реагують фізичні чинники. Так, у плазматичній мембрані або в її похідних у фотосинтетичних бактерій та синьо-зелених водоростей локалізовані білки-рецептори (хлорофіли), що взаємодіють із квантами світла. У плазматичній мембрані світлочутливих клітин тварин розташована спеціальна система фоторецепторних білків (родопсин), за допомогою яких світловий сигнал перетворюється на хімічний, що призводить до генерації електричного імпульсу.

Види активного транспорту через плазматичну мембрану

Коротко:

Активний транспорт здійснюється транспортними аденозинтрифосфатазами (АТФазами) і відбувається за рахунок енергії гідролізу АТФ. Види активного транспорту речовин:

первинно-активний транспорт здійснюється транспортними АТФ-азами, які отримали назву іонних насосів.
вторинно-активний транспорт - перенесення через мембрану речовини проти градієнта його концентрації з допомогою енергії градієнта концентрації іншого речовини, створюваного у процесі активного транспорту.

Повний: Активний транспорт здійснюється транспортними аденозинтрифосфатазами (АТФазами) і відбувається за рахунок енергії гідролізу АТФ. Види активного транспорту речовин:

первинно-активний транспорт,
вторинно-активний транспорт.

Первинно-активний транспорт

Транспорт речовин із середовища з низькою концентрацією в середу з вищою концентрацією не може бути пояснений рухом градієнтом, тобто. дифузією. Цей процес здійснюється за рахунок енергії гідролізу АТФ або енергії, обумовленої градієнтом концентрації будь-яких іонів, найчастіше натрію. Якщо джерелом енергії для активного транспорту речовин є гідроліз АТФ, а не переміщення через мембрану якихось інших молекул або іонів, транспорт називається первинно активним.

Первинно-активне перенесення здійснюється транспортними АТФ-азами, які отримали назву іонних насосів. У клітинах тварин найбільш поширена Na+, K+ — АТФаза (натрієвий насос), що є інтегральним білоком плазматичної мембрани і Са2+ — АТФази, що містяться в плазматичній мембрані сарко-(ендо)-плазматичного ретикулуму. Всі три білки мають загальну властивість - здатність фосфорилуватися і утворювати проміжну фосфорильовану форму ферменту. У фосфоріліро-ванном стані фермент може перебувати у двох конформаціях, які прийнято позначати Е1 і Е2. Конформація ферменту - це спосібпросторової орієнтації (укладання) поліпептидного ланцюга його молекули Дві зазначені конформації ферменту характеризуються різним спорідненістю до переносимим іонів, тобто. різною здатністю зв'язувати іони, що транспортуються.

Вторично-активний транспорт

Вторинним активним транспортом називається перенесення через мембрану речовини проти градієнта його концентрації з допомогою енергії градієнта концентрації іншого речовини, створюваного у процесі активного транспорту. У клітинах тварин основним джерелом енергії для вторинного активного транспорту є енергія градієнта концентрації іонів натрію, що створюється за рахунок роботи Na+/K+ — АТФази. Наприклад, мембрана клітин слизової оболонки тонкого кишечника містить білок, що здійснює перенесення (симпорт) глюкози та Na+ в епітеліоцити. Транспорт глюкози здійснюється лише в тому випадку, якщо Na+, одночасно з глюкозою зв'язуючись із зазначеним білком, переноситься електрохімічним градієнтом. Електрохімічний градієнт Na+ підтримується активним транспортом цих катіонів з клітини.

У головному мозку робота Na+-насоса пов'язана із зворотним поглинанням (реабсорбцією) медіаторів - фізіологічно активних речовин, що виділяються з нервових закінчень при дії збудливих факторів.

У кардіоміоцитах і гладких клітинах з функціонуванням Na+, K+-АТФази пов'язаний транспорт Са2+ через плазматичну мембрану, завдяки присутності в мембрані клітин білка, що здійснює протитранспорт (антипорт) Na+ і Са2+. Іони кальцію переносяться на мембрану клітин в обмін на іони натрію і за рахунок енергії концентраційного градієнта іонів натрію.

У клітинах виявлено білок, який обмінює позаклітинні іони натрію на внутрішньоклітинні протони — Na+/H+ —обмінник. Цей переносниквідіграє важливу роль у підтримці сталості внутрішньоклітинного рН. Швидкість, з якою здійснюється Na+/Ca2+ та Na+/H+ — обмін, пропорційна електрохімічному градієнту Na+ через мембрану. При зменшенні позаклітинної концентрації Na+ інгібуванні Na+, K+-АТФази серцевими глікозидами або у безкалієвому середовищі внутрішньоклітинна концентрація кальцію та протонів збільшена. Це збільшення внутрішньоклітинної концентрації Са2+ при інгібуванні Na+, K+-АТФази є основою застосування у клінічній практиці серцевих глікозидів для посилення серцевих скорочень.

Різні транспортні АТФази, локалізовані в клітинних мембранах і що у механізмах перенесення речовин, є основним елементом молекулярних пристроїв — насосів, які забезпечують вибіркове поглинання і відкачування певних речовин (наприклад, електролітів) клітиною. Активний специфічний транспорт неелектролітів (молекулярний транспорт) реалізується за допомогою кількох типів молекулярних машин – насосів та переносників. Транспорт неелектролітів (моносахаридів, амінокислот та інших мономерів) може сполучатися з симпортом - транспортом іншої речовини, рух якого за градієнтом концентрації є джерелом енергії для першого процесу. Симпорт може забезпечуватися іонними градієнтами (наприклад, натрію) без участі АТФ.

Транспортні АТФази-це високомолекулярні транспортні білки, здатні розщеплювати АТФ з вивільненням енергії. Цей процес є двигуном активного транспорту. Таким чином переносяться протони (протонний насос) або неорганічні іони (іонний насос).

Активний транспорт здійснюється шляхом ендо- та екзоцитозу. Ендоцитоз-освіта бульбашок шляхом вп'ячування плазматичної мембрани при поглинанні твердих частинок (фагоцитоз)або розчинених речовин (піноцитоз). Гладкі або облямовані бульбашки, що виникають при цьому, називаються фагосомами або піносомами. Шляхом ендоцитозу яйцеклітини поглинають жовткові білки, лейкоцити поглинають чужорідні частки та імуноглобуліни, ниркові канальці всмоктують білки з первинної сечі. Екзоцитоз-процес, протилежний ендоцитозу. Різні бульбашки з апарату Гольджі, лізосом зливаються з плазматичною мембраною, звільняючи свій вміст назовні. При цьому мембрана бульбашки може або вбудовуватись у плазматичну мембрану, або у формі бульбашки повертатися до цитоплазми.