Bunkové membrány chránia a organizujú bunky. Všetky bunky majú vonkajšiu plazmatickú membránu, ktorá reguluje nielen to, čo vstupuje do bunky, ale aj množstvo danej látky. Na rozdiel od prokaryotov majú eukaryotické bunky aj vnútorné membrány, ktoré uzatvárajú ich organely a riadia výmenu základných bunkových zložiek. Oba typy membrán majú špecializovanú štruktúru, ktorá uľahčuje ich funkciu stráženia.
Až na niekoľko výnimiek sú bunkové membrány – vrátane plazmatických membrán a vnútorných membrán – vyrobené z glycerofosfolipidov , molekúl zložených z glycerolu, fosfátovej skupiny a dvoch reťazcov mastných kyselín. Glycerol je trojuhlíková molekula, ktorá funguje ako hlavný reťazec týchto membránových lipidov. V rámci jednotlivého glycerofosfolipidu sú mastné kyseliny pripojené k prvému a druhému uhlíku a fosfátová skupina je pripojená k tretiemu uhlíku glycerolového hlavného reťazca. K fosfátu sú pripojené variabilné hlavové skupiny. Modely týchto molekúl vypĺňajúce priestor odhaľujú ich valcový tvar, geometriu, ktorá umožňuje glycerofosfolipidom zarovnať sa vedľa seba a vytvárať široké vrstvy (obrázok 1).
Glycerofosfolipidy sú zďaleka najrozšírenejšími lipidmi v bunkových membránach. Rovnako ako všetky lipidy sú nerozpustné vo vode, ale ich jedinečná geometria spôsobuje, že sa zhlukujú do dvojvrstiev bez akéhokoľvek vstupu energie. Je to preto, že sú to molekuly s dvoma tvárami, s hydrofilnými (vodu milujúcimi) fosfátovými hlavami a hydrofóbnymi (vodu obávajúcimi sa) uhľovodíkovými chvostmi mastných kyselín. Vo vode sa tieto molekuly spontánne zarovnajú – s hlavami smerom von a ich chvostmi zoradenými vo vnútri dvojvrstvy. Hydrofilné hlavy glycerofosfolipidov v bunkovej plazmatickej membráne sú teda otočené tak k cytoplazme na báze vody, ako aj k vonkajšiemu povrchu bunky.
Celkovo tvoria lipidy asi polovicu hmoty bunkových membrán. Molekuly cholesterolu, aj keď sú menej zastúpené ako glycerofosfolipidy, tvoria asi 20 percent lipidov v plazmatických membránach živočíšnych buniek. Cholesterol však nie je prítomný v bakteriálnych membránach ani v mitochondriálnych membránach. Cholesterol tiež pomáha regulovať tuhosť membrán, zatiaľ čo iné menej významné lipidy hrajú úlohu v bunkovej signalizácii a rozpoznávaní buniek.
Okrem lipidov sú membrány naplnené proteínmi. V skutočnosti proteíny tvoria zhruba polovicu hmotnosti väčšiny bunkových membrán. Mnohé z týchto proteínov sú zabudované do membrány a vyčnievajú na oboch stranách; tieto sa nazývajú transmembránové proteíny . Časti týchto proteínov, ktoré sú vnorené medzi uhľovodíkovými chvostmi, majú hydrofóbne povrchové charakteristiky a časti, ktoré vyčnievajú, sú hydrofilné (obrázok 2).
Pri fyziologických teplotách sú bunkové membrány tekuté; pri nižších teplotách sa stávajú gélovými. Vedci, ktorí modelujú štruktúru a dynamiku membrán, popisujú membránu ako tekutú mozaiku, v ktorej sa transmembránové proteíny môžu pohybovať laterálne v lipidovej dvojvrstve. Zhromažďovanie lipidov a proteínov, ktoré tvoria bunkovú membránu, sa preto pri formovaní a fungovaní spolieha na prirodzené biofyzikálne vlastnosti. V živých bunkách sa však mnohé proteíny nemôžu voľne pohybovať. Často sú ukotvené na mieste v membráne väzbami na proteíny mimo bunky, cytoskeletálne prvky vo vnútri bunky alebo oboje.
Čo robia membrány?
Bunkové membrány slúžia ako bariéry a strážcovia. Sú semipermeabilné, čo znamená, že niektoré molekuly môžu difundovať cez lipidovú dvojvrstvu, ale iné nie. Malé hydrofóbne molekuly a plyny ako kyslík a oxid uhličitý rýchlo prechádzajú cez membrány. Malé polárne molekuly, ako je voda a etanol, môžu tiež prechádzať cez membrány, ale robia to pomalšie. Na druhej strane bunkové membrány obmedzujú difúziu vysoko nabitých molekúl, ako sú ióny, a veľkých molekúl, ako sú cukry a aminokyseliny. Prechod týchto molekúl závisí od špecifických transportných proteínov uložených v membráne.
Membránové transportné proteíny sú špecifické a selektívne pre molekuly, ktoré pohybujú, a často využívajú energiu na katalýzu prechodu. Tieto proteíny tiež transportujú niektoré živiny proti koncentračnému gradientu, čo si vyžaduje dodatočnú energiu. Schopnosť udržiavať koncentračné gradienty a niekedy presúvať materiály proti nim je životne dôležitá pre zdravie a údržbu buniek. Vďaka membránovým bariéram a transportným proteínom môže bunka akumulovať živiny vo vyšších koncentráciách, než aké existujú v prostredí, a naopak likvidovať odpadové látky (obrázok 3).
Iné transmembránové proteíny majú úlohy súvisiace s komunikáciou. Tieto proteíny viažu signály, ako sú hormóny alebo imunitné mediátory, na ich extracelulárne časti. Väzba spôsobuje konformačnú zmenu v proteíne, ktorá prenáša signál do intracelulárnych mediátorových molekúl. Podobne ako transportné proteíny, aj receptorové proteíny sú špecifické a selektívne pre molekuly, ktoré viažu (obrázok 4).
Proteíny periférnej membrány sú spojené s membránou, ale nie sú vložené do dvojvrstvy. Skôr sú zvyčajne viazané na iné proteíny v membráne. Niektoré periférne proteíny tvoria vláknitú sieť tesne pod membránou, ktorá poskytuje miesta pripojenia pre transmembránové proteíny. Ďalšie periférne proteíny sú vylučované bunkou a tvoria extracelulárnu matricu, ktorá funguje pri rozpoznávaní buniek.
Ako rozmanité sú bunkové membrány?
Na rozdiel od prokaryotov majú eukaryotické bunky nielen plazmatickú membránu, ktorá obaluje celú bunku, ale aj vnútrobunkové membrány, ktoré obklopujú rôzne organely. V takýchto bunkách je plazmatická membrána súčasťou rozsiahleho endomembránového systému , ktorý zahŕňa endoplazmatické retikulum (ER), jadrovú membránu, Golgiho aparát a lyzozómy. Membránové komponenty sa vymieňajú v celom endomembránovom systéme organizovaným spôsobom. Napríklad membrány ER a Golgiho aparátu majú rôzne zloženie a proteíny, ktoré sa nachádzajú v týchto membránach, obsahujú signály triedenia, ktoré sú ako molekulárne PSČ, ktoré špecifikuje ich konečné miesto určenia.
Mitochondrie a chloroplasty sú tiež obklopené membránami, ale majú nezvyčajné membránové štruktúry – konkrétne každá z týchto organel má dve okolité membrány namiesto jednej. Vonkajšia membrána mitochondrií a chloroplastov má póry, ktoré umožňujú ľahký prechod malých molekúl. Vnútorná membrána je naplnená proteínmi, ktoré tvoria reťazec transportu elektrónov a pomáhajú generovať energiu pre bunku. Dvojité membránové kryty mitochondrií a chloroplastov sú podobné niektorým moderným prokaryotom a predpokladá sa, že odrážajú evolučný pôvod týchto organel .
Záver
eKnihy
Táto stránka sa zobrazí v nasledujúcej elektronickej knihe
