Funkcie biomembrán

Príjem a výdaj látok:
Cytoplazmatická membrána má veľký význam pre bunku hlavne preto, že zabezpečuje komunikáciu bunky s okolitým prostredím. Cytoplazmatická membrána je polopriepustná (semipermeabilná) blana. Riadi prechod látok do bunky a von z bunky. Zároveň však tvorí osmotickú bariéru, teda udržuje osmotickú rovnováhu buniek.

Látky vstupujúce do bunky sú:
1.Látky potrebné pre normálny priebeh metabolizmu bunky - kyslík, voda, ióny, vitamíny.
2.Látky na krytie energetickej spotreby - sacharidy, tuky.
3.Látky potrebné na stavbu bunkových štruktúr – aminokyseliny a bielkoviny.
4.Regulačné látky – hlavne hormóny.

Látky vylučované bunkou:
1.Látky škodlivé alebo hromadiace sa produkty metabolizmu napr. močovina, CO2 a voda, alebo látky, ktoré sa dostali do bunky zvonka – liečivá, farbivá
2.Látky potrebné pre funkciu iných buniek produkované inými bunkami – enzýmy, hormóny
3.Ochranné látky – napr. ochranné obalové látky
Cytoplazmatická membrána výrazne reguluje príjem a výdaj látok, to znamená, že tieto procesy nie vždy závisia od koncentrácie látok v okolí bunky, od ich chemického zloženia, alebo od ich veľkosti. Napríklad ióny draslíka vstupujú do bunky veľmi rýchlo, kým ióny sodíka ostávajú skôr na povrchu alebo mimo bunky.

Dôvodom je, že permeabilita cytoplazmatickej membrány pre ióny sodíka je veľmi malá, kým pre draslík je stokrát väčšia. Zistilo sa, že dôvodom je prítomnosť ATP-ázy v cytoplazmatickej membráne závislej od Na a K. Tento systém využívajúci energiu z ATP na transport draslíka do bunky sodíka von z bunky sa nazýva nátriová a káliová bunka. Jej hlavnou úlohou je teda zabezpečiť dostatok draslíka v bunke, lebo jeho absencia spôsobuje nekrotizáciu, teda rozpad buniek. Bunka premiestňuje ióny aj proti koncetračnému spádu, takže ide o vysoko aktívny energetický systém s veľkou spotrebou energie. Bunka teda vynakladá prácu na vychytávanie konkrétnych iónov z prostredia. Hovoríme o selektívnej permeabilite.

Vstup látok do bunky prebieha viacerými mechanizmami:
1.fyzikálne mechanizmy – difúzia, osmóza
2.aktívny transport
3.pinocytóza
4.fagocytóza
Difúzia je fyzikálny proces, pri ktorom sa vyrovnáva rozdiel koncentrácii vo vnútri bunky a mimo bunky. Rýchlosť difúzie závisí priamo úmerne od koncetračného spádu, teda od rozdielu koncentrácie vo vnútri a mimo bunky a nepriamo úmerne od veľkosti molekúl.
Difúziou môžu do bunky prenikať len také bunky pre ktoré je membrána priepustná – permeabilná, teda látky, ktoré môžu cez ňu voľne prechádzať. Patrí sem napríklad močovina, mnohé liečivá, lieky a farbivá.

Osmóza. Pre mnohé látky je cytoplazmatická membrána semipermeabilná, teda cez membránu prechádza len rozpúšťadlo – voda, ale rozpustené látky cez ňu neprechádzajú. Voda prechádza z miesta s menšou koncetráciou do miesta s vyššou koncetráciou rozpustenej látky. Ak dáme bunky do prostredia s nižším osmotickým tlakom – hypotonický roztok, voda do nich neustále preniká, ich objem sa neustále zväčšuje až môže bunka prasknúť – plazmoptýza. Pri červených krvinkách sa tento jav nazýva hemolýza. Ak naopak bunku vložíme do prostredia s vyšším osmotickým tlakom – hypertonický roztok, voda z bunky uniká do prostredia, bunka sa scvrkáva – plazmolýza. Ak chceme teda bunky udržať živé musíme im zabezpečiť izotonické prostredie.
Aktívny transport závisí od metabolicko-energetických procesov v bunke. Je to takzvaná jednosmerná permeabilita, lebo bunka si vyberá z prostredia potrebné látky a prenáša ich aktívne do svojho vnútorného prostredia. Mechanizmus prenosu ešte nieje presne objasnený, preto spomeniem iba najdôležitejšie teórie.
Lipidová teória pripisuje najdôležitejšiu úlohu lipidovým vrstvám v cytoplazmatickej membráne. Podľa tejto teórie je rýchlosť prenosu závislý na rozpustnosti v ich lipidoch.

Teória pórov predpokladá existenciu otvorov – pórov v cytoplazmatickej membráne, cez ktoré prenikajú látky do buniek.
Teória kontraktilných molekúl. Podľa tejto teórie rôzne molekuly sa dostávajú do bunky pomocou kontraktilných molekúl. Z povrchu bunky vyčnievajú konce kontraktilných molekúl, ktoré majú schopnosť sa kontraktovať. Na ich konce sa naviažu potrebné látky a ich kontrakciou sa pretiahnú dovnútra bunky. Teória enzymatického prenosu je zo všetkých teórii najpravdepodobnejšia. Podľa nej prenikajú látky do bunky za pomoci spektra rozličných enzýmov, ktoré nazývame permeázový systém. Prenos môže prebiehať aj cez viacero enzýmov. Permeázový systém je pravdepodobne tvorený integrálnymi a penetrujúcimi bunkami membrány.

Membránové receptory:
Už na prelome 19. a 20. storočia niektorí autori predpokladali špecifických receptívnych látok na nervovo-svalových platničkách, zabezpečujúcich kompetitívne pôsobenie nikotínu a kurake. Spočiatku sa počet špecifických receptorov na prijímajúcej membráne pokladal za pomerne obmedzený.
Za posledné desaťročia sa informácie o receptoroch veľmi rozšírili a niektoré z nich sa podarilo už aj izolovať a biochemicky definovať.
Receptory majú dve hlavné fyziologické funkcie:
1.Rozpoznať a rozlíšiť špecifické štruktúry a podnety – tzv. väzbová funkcia
2.Spustiť reťaz reakcií vyvolávajúcich biologickú odpoveď – efektorová funkcia

Pojmom receptor sa označuje takzvané väzbové miesto na membráne, ktoré podmieňuje rozpoznanie adekvátneho podnetu. V súčastnej dobe existuje predstava odovzdávania informácie za pomoci takzvaných mobilných receptorov. To znamená, že receptory sa v membráne pohybujú – floatujú. Väzba medzi ligandom a receptorom je prísne špecifická. Ligand sa pred naviazaním na receptor musí najskôr zbaviť svojho hydratačného obalu.
Membránové receptory pôsobia buď prostredníctvom takzvaných mechanizmov, alebo pomocou druhých poslov. V súvislosti s tým rozpoznávame súčastne tri rôzne druhy receptorov:

1.Receptory pôsobiace prostredníctvom adenylátcyklázového systému. Do tejto skupiny patrí veľká skupina receptorov využívajúcich ako druhého posla adenozínmonofosfát.
2.Receptory pôsobiace mechanizmami transportu iónov vápnika a acetylcholínu
3.Receptory pôsobiace pomocou iných mechanizmov. Významný je najmä objav dvoch druhových poslov v ostatných rokoch, a to inozitoltrifosfátu a diacylglycerolu.
Okrem uvedených receptorových mechanizmov rozpoznávame aj intracelulárne špecifické väzbové miesta, ktoré môžu byť uložené:
1.v cytoplazme
2.v jadre

Iónové pumpy a membránové kanály:
Na zabezpečenie osmoticekj rovnováhy používa bunka viacero mechanizmov. Najvýznamnejší je transport iónov sodíka za pomoci sodíkových púmp, ktorých podstatou sú bielkoviny penetrujúceho typu v membráne. Sodíkové pumpy sa nachádzajú v membránach buniek celej živočíšnej ríše. Vypudzovanie sodíkových iónov je energiu vyžadujúci proces, pričom požadovaná energia sa získava štiepením ATP za pomoci emzýmu ATP-áza. Tento enzým sa tiež stará o transport iónov draslíka do vnútra bunky.
Fylogeneticky staršími sú vodíkové, tiež nazývané protónové pumpy. Vyskytujú sa už u modrozelených rias a baktérií. Aj tento transport vyžaduje prísun energie. Tieto pumpy sa skladajú z viacerých komponentov. Jedným z nich je takzvaný vrátkovací mechanizmus, ktorý blokuje alebo na druhej strane uvoľňuje prechod iónov vodíka cez vodíkový kanál. Podstatou vodíkovej pumpy sú teda penetrujúce membránové proteíny, ku ktorým sú pridružené vrátkovacie a katalytické zložky. Napriek tomu, že je to fylogeneticky najstaršia pumpa, nachádza sa aj vo vysokošpecializovaných bunkách orgánov človeka – napr. v obličkách.

Pravdepodobne podobným systémom pracujú aj sodíková a kalciová pumpa.
Mnohí autori dokázali, že pri spätnom chode transportu vodíka sa syntetizuje ATP. Neskôr sa to isté potvrdilo aj pre sodíkovú a draslíkovú pumpu. Tieto mechanizmy majú obrovský význam hlavne v energeticko-metebolických organelách rastlinných a živočíšnych buniek. Všetky iónové pumpy sú schopné pracovať v oboch smeroch, teda syntetizovať ale aj štiepiť ATP.
Sodíkový ión prechádza cez sodíkový kanál len v sprievode jedinej molekuly vody, ostatné stráca tesne pred vstupom do kanála. Sodíkový kanál je v pokoji neprístupný pre molekuly, prístupným sa stáva až v stave excitácie zmenou polohy vrátkujúcich alebo aktiváčnych kompartmentov do aktivačnej polohy.
Kalciové kanály sa nachádzajú v každej excitabylnými vlastnosťami, predovšetkým v každej nervovej bunke.

Zdroje:

Cytológia – Anton Bózner a kolektív – vydavateľstvo Osveta -