Structura proteinelor membranare - proprietatile membranei celulare

Este vorba de o etapă de analiză a funcţiilor celulare la nivelul molecular – studiul proceselor biochimice la nivelul organitelor de respiraţie celulară, al producerii de substanţe energetice celulare, modul concret prin care moeculele şi ionii trec dintr-o parte în cealalta a membranei; faptul că cea mai bună explicaţie a acestei funcţionări este dată de identificarea aşa numitelor proteine transportoare.

Interesul pentru elucidarea mecanismelor de transport membranar este legată nu numai de a explica mecanismele celulare şi moleculare care caracterizează la cel mai mic nivel „funcţionarea” materiei vii, ci şi scopul practic legat de găsirea cauzelor unor diverse maladii umane, pentru a asigura reuşita tratamentului acestora, nu numai ameliorarea simptomelor.

Un exemplu concret de boală legat de o proteină transportoare este anemia feriprivă, boală ce se datorează transportorului pentru ionul de Fe2+ din membrana enterocitului (celulă din structura mucoasei intestinale). În figură, transferina, legată de membrana celulară.

Un rol esenţial în domeniul biologiei moleculare este reprezentat de cunoaşterea mecanismelor de transport membranar impicate în transmiterea impulsului nervos de-a lungul neuronului şi prelungirilor sale şi la nivelul sinapselor, aceste mecanisme fiind determinante pentru funcţionarea întregului sistem nervos şi deci a ]ntregului organism, atât în condiţii normale cât şi patologice (de boală).

Difuzia facilitată = moleculele se deplasează conform gradientului de concentraţie (de la concentraţie mai mare, la concentraţie mai mică), doar atunci când membrana este activată (când necesităţile celulei o cer) şi nu este necesară energie pentru acest transport. În acest caz proteinele transportoare poartă numele de canale.

Transport activ = asgură deplasarea moleculelor şi a ionilor împotriva gradientelor lor de concentraţie şi se desfăşoară cu consum de ATP (energie). Exemplu pompa Na+/K+ în figură.

Excitabilitatea si Conductibilitatea
Ambele proprietăţi se datorează funcţionării pompei Na+/K+ (în dreapta) şi a canalelor de Na+ şi a celor de K+.

Deschiderea şi închiderea canalelor de-a lungul membranei explică conducerea continuă a potenţialelor de acţiune (în stânga).

Structura unui canal – canalul pentru K+
Canalele pentru potasiu reprezintă o clasă foarte diversificată de canale implicate în transportul transmembranar al acestui ion, după cum am văzut, foarte important în diverse procese fiziologice şi citofiziologice. Dintre acestea, două exemple relevă diferenţe structurale destul de mari, care însă nu determină diferenţe funcţionale semnificative în ceea ce priveşte selectivitatea lor pentru ionul K+.

Este vorba de canalul denumit KcsA, din structura membranei bacteriene (celulă procariotă) şi de canalul denumit Kir6.2, din structura membranei celulelor β pancreatice, secretoare de insulină de la mamifere (celule eucariote). Canalul KcsA bacterian are selectivitate crescută pentru K+, împiedicând trecerea ionului de Na+, la fel ca şi Kir6.2, care prezintă o structură cuaternară mult mai complexă (vezi figura).