Ćelijska membrana
Membrana (plazmalema, plazma membrana) je u eukariotskoj ćeliji prisutna na površini ćelije i u njenoj unutrašnjosti gde ograničava pojedine organele. Ove membrane obezbeđuje uslove za odvijanje svih životnih procesa i održava razlike između unutarćelijske i vanćelijske sredine. Istovremeno plazma membrana uspostavlja kontakte sa drugim ćelijama i vanćelijskom sredinom i razmenjuje materije sa njima.
Sadržaj
Građa
Ćelijska membrana izgrađena je od lipida i proteina, kojima su pridruženi polisaharidi. Lipidi i proteini su osnovne gradivne materije membrane i u proseku je količina lipida jednaka količini proteina. Prisustvo polisaharida u membrani otkriveno je kasnije u odnosu na lipide i proteine. Lipidi i proteini su međusobno u takvom odnosu da grade tzv. tečni mozaik (fluidno-mozaični) (tečno-mozaični model građe membrane prvi su dali 1972.g. Singer i Nikolson - Jonathan Singer i Garth Nicolson ).
Lipidi membrane
Lipidi grade dvosloj u koji su uronjeni molekuli proteina, pri čemu se i lipidi i proteini neprekidno pomeraju, klize. Raspored proteina, lipida i polisaharida je takav da membranu čini nesimetričnom. Neki proteini su potpuno uronjeni u dvosloj lipida i izviruju i na spoljašnjoj i na unutrašnjoj strani membrane, dok se drugi nalaze ili na spoljašnjoj ili na unutrašnjoj strani membrane (vidi sliku). Osim toga, nesimetričnosti membrane doprinose i polisaharidi koji se vezuju za lipide i proteine ali samo na spoljašnjoj strani ćelijske membrane. Proteini koji prolaze kroz membranu i izviruju i sa jedne i sa druge njene strane, sadrže kanale kroz koje materije malog molekula mogu da prolaze (ulaze u ćeliju ili iz nje izlaze).
Lipidi u membrani eukariotskih ćelija mogu biti fosfolipidi, glikolipidi i holesterol, dok se kod prokariota holesterol ne nalazi. Lipidi membrane su polarizovani (razlikuju se dva kraja – pola) – jedan kraj je hidrofilan i naziva se glava, a drugi je hidrofoban i nazvan je rep. Zahvaljujući tome oni formiraju dva sloja u membrani tako što se repovi grupišu u sredini, a glave se okreću prema spolja .
Lipozimi
Lipidi imaju osobinu da se van ćelije u vodenoj sredini spontano grupišu tako da se glave okreću ka spolja, a repovi ka unutra, što dovodi do obrazovanja vezikula (mehurića) nazvanih lipozomi. Njihov zid čini lipidni dvosloj, dok je u unutrašnjosti zarobljen deo vodene sredine u kojoj nastaju. U njihovu unutrašnjost mogu da se unesu neki lekovi. Lipozomi lako ulaze u ćelije u kojima se ti lekovi oslobađaju. Pomoću njih se doprinosi uspešnosti lečenja nekih oblika kancera.
Proteini ćelijske membrane
Proteini membrane se dele na:
- strukturne koji uspostavljaju organizaciju ćelije tako što se vezuju za ćelijski skelet ili okoloćelijsku sredinu (ili oboje)
- funkcionalne, učestvuju u transportu kroz membranu, kao npr. jonske pumpe
Prema mestu koje zauzimaju u membrani proteini se mogu podeliti na:
- periferne koji se nalaze sa obe strane membrane (citoplazmatične i spoljašnje strane);
- integralne koji se delimično ili potpuno prostiru kroz membranu; neki kroz membranu prolaze jedanput, a neki veći broj puta (španuju je)
Ugljeni hidrati membrane
Kod životinjskih ćelija se za proteine spoljašnje površine membrane vezuju polisaharidi (šećeri), gradeći glikoproteine i glikolipide. Oni grade omotač nazvan glikokaliks (slatki omotač). Uloge glikokaliksa su da štiti membranu od oštećenja, prima signale iz okolne sredine, uspostavlja komunikacije između ćelija i dr. Pod elektronskim mikroskopom se vidi kao somotast, maljav omotač priljubljen uz površinu ćelije.
Asimetričnost membrane
Sve tri komponente ćelijske membrane su raspoređene asimetrično:
- različite vrste lipida nisu u podjednakoj količini zastupljene u oba sloja membrane (npr. fosfatidilserina ima više u unutrašnjem nego u spoljašnjem sloju);
- prooteni pridruženi slojevima se razlikuju
- ugleni hidrati se nalaze u vidu glikokaliksa nalaze samo na spoljašnjoj strani membrane
Razmena materija sa okolinom
Ćelijska membrana je selektivno propustljiva što ćeliji omogućava da kontroliše razmenu materija čime štiti stalnost sastava unutrašnje sredine. Postoje dva osnovna načina kojima ćelija obavlja razmenu materija sa okolnom sredinom:
1. transport malih molekula kroz membranu (kroz kanale u proteinima ili pomoću proteina nosača, koji se ne može uočiti pod mikroskopom;
2. unošenje i izbacivanje krupnih molekula u čemu sama membrana aktivno učestvuje, što se može uočiti pod mikroskopom; procesi se nazivaju endocitoza i egzocitoza.
Transport materija kroz membranu
Transport materija kroz membranu može biti pasivan i aktivan .
Pri pasivnom transportu materije se kreću kroz membranu zahvaljujući razlici u koncentraciji sa jedne i druge strane membrane, odnosno iz sredine sa većom u sredinu sa manjom koncentracijom (niz hemijski gradijent), pri čemu se energija ne troši. Oblici pasivnog transporta su osmoza, difuzija i olakšana difuzija.
Difuzija
Difuzija je transport materija kroz membranu iz sredine sa većom u sredinu sa manjom koncentracijom sve dok se koncentracije ne izjednače. Materije rastvorljive u lipidima i malog molekula prolaze brzo kroz membranu slobodnom (prostom) difuzijom (tako se prenose gasovi O2 i CO2 u plućima i tkivima). Materije koje nisu rastvorljive u lipidima prolaze procesom olakšane difuzije.
Olakšana difuzija
Olakšana difuzija je transport materija, koje se ne rastvaraju u lipidima, niz hemijski gradijent, ali pomoću molekula nosača (zato se naziva olakšana difuzija). Molekul nosač je protein koji prolazi kroz lipidni dvosloj i sadrži mesto za koje se materija vezuje. Olakšanom difuzijom se transportuje glukoza. Ovaj način transporta regulišu hormoni pa tako olakšanu difuziju glukoza reguliše insulin.
Osmoza
Osmoza je difuzija vode kroz membranu. Molekuli vode se kreću iz sredine sa manjom koncentracijom (tu je više vode) u sredinu sa većom koncentracijom rastvorenih materija (tu je vode manje). Pritisak koji je potreban da bi se sprečila osmoza je osmotski pritisak. Osmotski pritisak je veći što je koncentracija rastvora veća i obrnuto. Ako se ćelije nalaze u rastvoru, voda će težiti da prođe kroz ćelijsku membranu u cilju da se izjednače količine vode sa obe strane membrane. Tako, ako ćeliju stavimo u hipotoničan rastvor (rastvor koji je manje koncentracije u odnos na samu ćeliju) doći će do ulaženja vode u ćeliju, do njenog bubrenja i prskanja. U hipertoničnom rastvoru (koncentrovaniji od rastvora u samoj ćeliji), voda će izlaziti iz ćelije i ona će se smežurati. Zbog toga je veoma važno da se održava stalan osmotski pritisak, odnosno količina vode u organizmu što se naziva osmoregulacija. Kod sisara se osmoregulacija vrši preko bubrega – višak vode iz krvi prelazi u mokraću.
Aktivan transport
Aktivan transport se vrši nasuprot hemijskom gradijentu – materije se transportuju iz sredine sa manjom u sredinu sa većom koncentracijom, pomoću proteina nosača i uz utrošak energije. Energija za odvijanje aktivnog transporta dobija se hidrolizom ATP-a u ADP. Proteini nosači rade kao pumpe i kao enzimi ATP-aze (adenozin trifosfataze) jer katalizuju razlaganje ATP -a. Najbolje proučena je Na - K pumpa koja nasuprot hemijskom gradijentu, aktivno ispumpava Na+ iz ćelije, a upumpava K+ u ćeliju. (Na+ je vanćelijski jon – ima ga više van, nego u ćeliji; K+ je obrnuto – unutarćelijski jon).- vidi gornju šemu. Natrijum-kalijum pumpa ima glavnu ulogu u stvaranju membranskog potencijala životinjskih ćelija. ( *Membranski potencijal ili potencijal mirovanja je električni napon koji postoji između unutrašnje (negativno naelektrisana) i spoljašnje stane (pozitivno naelektrisana) membrane nervne i mišićne ćelije u stanju mirovanja, odnosno pre njihovog nadraživanja. Kada se ove ćelije nadraže, onda potencijal mirovanja postaje akcioni potencijal – nervi impuls, pri kome se obrće polarizovanost membrane tako da unutrašnja strana postaje pozitivno, a spoljašnja negativno naelektrisana.)
Endocitoza i egzocitoza
Makromolekuli kao što su proteini, polisaharidi, polinukleotidi ili čak čitave ćelije (npr. bakterije) ne mogu prolaziti kroz membranu ni jednim od navedenih tipova transporta. Unošenje i izlučivanje velikuh molekula obavlja se aktivnim učešćem membrane pri čemu ona obrazuje vezikule, a procesi se nazivaju endocitoza i egzocitoza.
Literatura
- Šerban, M, Nada: Ćelija - strukture i oblici, ZUNS, Beograd, 2001
- Grozdanović-Radovanović, Jelena: Citologija, ZUNS, Beograd, 2000
- Pantić, R, V: Biologija ćelije, Univerzitet u Beogradu, beograd, 1997
- Diklić, Vukosava, Kosanović, Marija, Dukić, Smiljka, Nikoliš, Jovanka: Biologija sa humanom genetikom, Grafopan, Beograd, 2001
- Petrović, N, Đorđe: Osnovi enzimologije, ZUNS, Beograd, 1998.
