Membrane cellulaire - un élément structurel de la cellule, la protégeant de l'environnement extérieur. Avec l'aide de celui-ci, il interagit avec l'espace intercellulaire et fait partie du système biologique. Sa membrane a une structure particulière constituée d'une bicouche lipidique, de protéines intégrales et semi-intégrales. Ces dernières sont de grosses molécules qui remplissent diverses fonctions. Le plus souvent, ils sont impliqués dans le transport de substances spéciales, dont la concentration sur les différents côtés de la membrane est soigneusement régulée.
Plan général de la structure de la membrane cellulaire
La membrane plasmique est un ensemble de molécules de graisses et de protéines complexes. Ses phospholipides, avec leurs résidus hydrophiles, sont situés sur les côtés opposés de la membrane, formant une bicouche lipidique. Mais leurs zones hydrophobes, constituées de résidus d'acides gras, sont tournées vers l'intérieur. Cela vous permet de créer une structure fluide à cristaux liquides qui peut constamment changer de forme et qui est en équilibre dynamique.
Cette caractéristique de la structure vous permet de limiter la cellule de l'espace intercellulaire, car la membrane est normalement imperméable à l'eau et à toutes les substances qui y sont dissoutes. Certaines protéines complexes intégrales, semi-intégrales et molécules de surface sont immergées dans l'épaisseur de la membrane. À travers eux, la cellule interagit avec le monde extérieur, en maintenant l'homéostasie et en formant des tissus biologiques intégraux.
Protéines de la membrane plasmique
Toutes les molécules de protéines situées à la surface ou dans l'épaisseur de la membrane plasmique sont divisées en types en fonction de la profondeur de leur apparition. Il existe des protéines intégrales pénétrant dans la bicouche lipidique, des protéines semi-intégrales qui proviennent de la région hydrophile de la membrane et vont à l'extérieur, ainsi que des protéines de surface situées sur la zone externe de la membrane. Les molécules de protéines intégrales imprègnent le plasmalemme d'une manière particulière et peuvent être connectées à l'appareil récepteur. Beaucoup de ces molécules imprègnent toute la membrane et sont appelées transmembranaires. Les autres sont ancrés dans la partie hydrophobe de la membrane et sortent vers la surface interne ou externe.
Canaux ioniques cellulaires
Le plus souvent, les canaux ioniques agissent comme des protéines complexes intégrales. Ces structures sont responsables du transport actif de certaines substances vers ou hors de la cellule. Ils sont constitués de plusieurs sous-unités protéiques et d'un site actif. Lorsqu'il est exposé à un ligand spécifique sur le centre actif, représenté par un ensemble spécifiqueacides aminés, il y a un changement dans la conformation du canal ionique. Un tel processus vous permet d'ouvrir ou de fermer le canal, démarrant ou arrêtant ainsi le transport actif de substances.
Certains canaux ioniques sont ouverts la plupart du temps, mais lorsqu'un signal est reçu d'une protéine réceptrice ou lorsqu'un ligand spécifique est attaché, ils peuvent se fermer, arrêtant le courant ionique. Ce principe de fonctionnement se résume au fait que jusqu'à ce qu'un récepteur ou un signal humoral soit reçu pour arrêter le transport actif d'une certaine substance, il sera effectué. Dès que le signal est reçu, le transport doit être arrêté.
La plupart des protéines intégrales qui agissent comme des canaux ioniques agissent pour inhiber le transport jusqu'à ce qu'un ligand spécifique soit attaché au site actif. Ensuite, le transport d'ions sera activé, ce qui permettra de recharger la membrane. Cet algorithme de fonctionnement des canaux ioniques est typique des cellules de tissus humains excitables.
Types de protéines incorporées
Toutes les protéines membranaires (intégrales, semi-intégrales et de surface) remplissent des fonctions importantes. C'est précisément en raison de leur rôle particulier dans la vie de la cellule qu'ils présentent un certain type d'intégration dans la membrane phospholipidique. Certaines protéines, le plus souvent ce sont des canaux ioniques, doivent supprimer complètement le plasmalemme pour réaliser leurs fonctions. On les appelle alors polytopiques, c'est-à-dire transmembranaires. D'autres sont localisés par leur site d'ancrage dans le site hydrophobe de la bicouche phospholipidique, et le site actif ne s'étend qu'à l'interne ou qu'à l'externesurface de la membrane cellulaire. Ils sont alors dits monotopiques. Le plus souvent, ce sont des molécules réceptrices qui reçoivent un signal de la surface de la membrane et le transmettent à un "intermédiaire" spécial.
Renouvellement des protéines intégrales
Toutes les molécules intégrales pénètrent complètement dans la zone hydrophobe et y sont fixées de telle manière que leur mouvement n'est autorisé que le long de la membrane. Cependant, la pénétration de la protéine dans la cellule, tout comme le détachement spontané de la molécule protéique du cytolemme, est impossible. Il existe une variante dans laquelle les protéines intégrales de la membrane pénètrent dans le cytoplasme. Elle est associée à la pinocytose ou à la phagocytose, c'est-à-dire lorsqu'une cellule capture un solide ou un liquide et l'entoure d'une membrane. Il est ensuite tiré à l'intérieur avec les protéines qui y sont incorporées.
Bien sûr, ce n'est pas le moyen le plus efficace d'échanger de l'énergie dans la cellule, car toutes les protéines qui servaient auparavant de récepteurs ou de canaux ioniques seront digérées par le lysosome. Cela nécessitera leur nouvelle synthèse, pour laquelle une partie importante des réserves énergétiques des macroergs sera dépensée. Cependant, lors de "l'exploitation" des molécules, des canaux ioniques ou des récepteurs sont souvent endommagés, jusqu'au détachement de tronçons de la molécule. Cela nécessite également leur resynthèse. Par conséquent, la phagocytose, même si elle se produit avec la scission de ses propres molécules réceptrices, est également un moyen de leur renouvellement constant.
Interaction hydrophobe des protéines intégrales
Comme c'étaitdécrites ci-dessus, les protéines membranaires intégrales sont des molécules complexes qui semblent bloquées dans la membrane cytoplasmique. En même temps, ils peuvent y nager librement, se déplaçant le long du plasmalemme, mais ils ne peuvent pas s'en détacher et pénétrer dans l'espace intercellulaire. Ceci est réalisé en raison des particularités de l'interaction hydrophobe des protéines intégrales avec les phospholipides membranaires.
Les centres actifs des protéines intégrales sont situés sur la surface interne ou externe de la bicouche lipidique. Et ce fragment de la macromolécule, qui est responsable de la fixation serrée, est toujours situé parmi les régions hydrophobes des phospholipides. En raison de leur interaction avec elles, toutes les protéines transmembranaires restent toujours dans l'épaisseur de la membrane cellulaire.
Fonctions des macromolécules intégrales
Toute protéine membranaire intégrale a un site d'ancrage situé parmi les résidus hydrophobes des phospholipides et un centre actif. Certaines molécules n'ont qu'un seul centre actif et sont situées sur la surface interne ou externe de la membrane. Il existe également des molécules à sites actifs multiples. Tout cela dépend des fonctions remplies par les protéines intégrales et périphériques. Leur première fonction est le transport actif.
Les macromolécules protéiques, responsables du passage des ions, sont constituées de plusieurs sous-unités et régulent le courant ionique. Normalement, la membrane plasmique ne peut pas laisser passer les ions hydratés, car c'est un lipide par nature. La présence de canaux ioniques, qui sont des protéines intégrales, permet aux ions de pénétrer dans le cytoplasme et de recharger la membrane cellulaire. C'est le principal mécanisme d'apparition du potentiel membranaire des cellules tissulaires excitables.
Molécules réceptrices
La deuxième fonction des molécules intégrales est la fonction de récepteur. Une bicouche lipidique de la membrane met en œuvre une fonction protectrice et limite complètement la cellule du milieu extérieur. Cependant, en raison de la présence de molécules réceptrices, qui sont représentées par des protéines intégrales, la cellule peut recevoir des signaux de l'environnement et interagir avec lui. Un exemple est le récepteur surrénalien des cardiomyocytes, la protéine d'adhésion cellulaire, le récepteur de l'insuline. Un exemple particulier de protéine réceptrice est la bactériorhodopsine, une protéine membranaire spéciale trouvée dans certaines bactéries qui leur permet de réagir à la lumière.
Protéines d'interaction intercellulaire
Le troisième groupe de fonctions des protéines intégrales est la mise en place de contacts intercellulaires. Grâce à eux, une cellule peut en rejoindre une autre, créant ainsi une chaîne de transfert d'informations. Les nexus fonctionnent selon ce mécanisme - des jonctions lacunaires entre les cardiomyocytes, à travers lesquelles le rythme cardiaque est transmis. Le même principe de fonctionnement est observé dans les synapses, à travers lesquelles une impulsion est transmise dans les tissus nerveux.
Grâce aux protéines intégrales, les cellules peuvent également créer une connexion mécanique, ce qui est important dans la formation d'un tissu biologique intégral. De plus, les protéines intégrales peuvent jouer le rôle d'enzymes membranaires et participer au transfert d'énergie, y compris l'influx nerveux.
