Ћелијска мембрана (опна, пласмалемма) представља танак, метаболички активан омотач који одваја цитоплазму од екстрацелуларног (ванћелијског) простора. Осим тога, мембране улазе у састав ћелијских органела и на овај начин њихову микросредину одвајају од микросредине других делова ћелије.
Структура ћелијске мембране
Основну структуру грађе свих мембрана чини фосфолипидни двослој. Ова структура је изграђена из фосфолипида. Сваки фосфолипид има два дела хидрофилну (поларну) главу и хидрофобан (неполарни) реп.
Срж сваког фосфолипида чини молекул глицерола. За његов Ц3 атом, везују се молекули који ће формирати хидрофобну главу: холин, серин, етаноламин или инозитол. За друга два Ц атома (Ц1 и Ц2) везују се масне киселине које ће формиати реп молекула. Једна масна киселина је увек засићена а друга незасићена. (слика 1.)
Фосфолипидни двослој није стриктно фиксиран, већ постоји могућност покретања фосфолипида унутар њега. Оваква структура мембране се назива моделом флуидног мозаика.
Иако је покретна, морају постојати одређена ограничења како би остала стабилна и постојана. Ову улогу преузима холестерол који се уграђује између фосфолипида и стабилизује их. (слика 2.)
Гликолипиди су молекули који су везани за спољашњи слој ћелијске мембране. Својим липидним делом се причвршћују за фосфолипиде, док је њихом угљенохидратни (шећерни) део кључан за комуникацију са спољашњом средином.
Протеини су такође саставни део сваке ћелијске мембране. Могу се поделити на интегралне и периферне протеине. Периферни протеини су само везама причвршћени за ћелијску мембрану, док су интегрални протеини уроњени у њу.
Интегрални протеини могу бити делимично уроњени са спољашње или унутрашње стране мембране односно трансмембрански када се пружају читавом дебљином мембране. (слика 2.)
Механизми транспорта кроз ћелијску мембрану
Ћелијска мембрана ограничава ћелију и омогућава формирање оптималне микросредине за њено функционисање. Иако представља добру баријеру између екстрацелуларног и интрацелуларног простора, преко ње ипак долази до размене одређених материја.
Због своје улоге у размени материја, ћелијску мембрану називамо и семипермеабилном тј. полупропустљивом. Начин уношења материја, зависи од њихове структуре и величине.
Проста дифузија
Проста дифузија укључује једноставну дифузију тј. „пролазак“ супстанци кроз фосфолипидни двослој ћелијске мембране. На овај начин, у ћелију улазе неполарни молекули: кисеоник, угљен-диоксид, азот као и липосолубилни молекули: стероидни хормони, тироидни хормони. (слика 3.)
Липосолубилни молекули су они који су растворљиви у мастима, пошто је ћелијска мембрана већински сачињена из фосфолипида, овакве супстанце несметано пролазе кроз њу.
Проста дифузија се увек врши низ градијент концентрације и без утрошка енергије.Низ градијент концентрације значи да материје прелазе са места веће ка месту мање концентрације до изједначења.
Олакшана дифузија, активни транспорт
Хидросолубилне супстанце су оне које су растворљиве у води. Пошто је екстрацелуларни простор испуњен течношћу, овакве супстанце су увек растворене тј. присутне су у виду јона.
Пошто су јони позитивно или негативно наелектрисани, они се„одбијају“ од ћелијске мембране тј. не могу спонтано да дифундују кроз њу. Из овог разлога на самој мембрани постоје трансмембрански протеини који ће омогућити контролисан транспорт ових честица.
Овде спадају: канали, носачи и пумпе чији начин функционисања је тема физиологије и биохемије.
Оно што је битно назначити јесте да кроз ове структуре могу да пролазе само честице одређене молекулске масе. Честице које су крупније, уносе се у ћелију процесом ендоцитозе. (слика 4.)
Ендоцитоза
Ендоцитоза представља процес којим се у ћелију уносе крупније честице или мала количина течности. Основна појава у ендоцитози јесте инвагинација тј. удубљивање мембране и формирање везикула.
*Ендозоми представљају мембранске ћелијске органеле које имају улогу у „сортирању“ унетих материја. Они често ступају у контакт са везикулама и прерасподељују унете честице.
Постоји више врста ендоцитоза, али оно што је заједничко за све њих јесте да су посредоване рецепторима на површини ћелија.
а. Пиноцитоза
Пиноцитоза је процес уношења малих количина течности и честица растворених у њој у ћелију. Процес започиње са формирањем удубљења тј. инвагинације на површини ћелијске мембране. Ова удубљења се називају кавеоле.
Инвагинат се продубљује и делови ћелијске мембране се међусобно приближавају.
Долази фузионисања супротних делова ћелијске мембране и тако се формира пиноцитозна везикула. Она се сад налази интрацелуларно и у потпуности је одвојена од ћелијске мембране. (слика 5.)
Даља судбина пиноцитозне везикуле зависи од потреба саме ћелије. Може спајати са лизозомима или са ендозомима.
б. Рецепторима посредована ендоцитоза
Рецепторима посредована ендоцитоза представља процес помоћу ког се у ћелију уносе специфичне материје. Наиме, на површини ћелије се налазе рецептори за различите честице нпр. хормоне. Уколико се честица веже за свој рецептор, долази до реакције и она бива унета у саму ћелију.
Мембрански рецептори су по својој структури углавном протеини. Они су дифузно распоређени по ћелијској мембрани. Уколико специфична честица ступи у контакт са ћелијском мембраном, рецептори је везују и групишу се на месту контакта.
На месту груписања рецептора, са унутрашње стране ћелијске мембране накупљају се клатринске (цлатхрин) честице. Они се међусобно повезују и индукују инвагинацију (удубљивање) ћелијске мембране. (слика 6.)
Са све већим продубљивањем од инвагинације се формира везикула. Она је окружена клатринским честицама па носи назив „везикула са клатринским омотачем“. Молекули клатрина се врло брзо одвајају и враћају на ћелијску мембрану, где ће опет учествовати упроцесима ендоцитозе.
Овако огољене везикуле могу имати различиту судбину. Могу се спајати са ендозомима услед чега се даље сортирају, са лизозомима када долази до њихове разградње или се могу транспортовати до других делова ћелије и потом бити избачене, ово се назива трансцитоза.
ц. Фагоцитоза
Представља процес уношења крупних честица у ћелију. Овај процес је веома сличан претходном међутим, честице које се уносе се разликују.
Док се рецепторима посредованом ендоцитозом углавном уносе градивне честице, кључне за синтезу других материја у ћелији, фагоцитозом се уносе стране материје, микроорганизми и властите оштећене или мртве ћелије.
Процес фагоцитозе такође започиње са препознавањем честице преко рецептора, потом инвагинацијом и формирањем везикуле која се назива фагозом. Готово увек, фагозом се фузионише са примарним лизозомом формирајући секундарни лизозом.
У секундарном лизозому долази до разградње материја. Део материја дифундује док се неразграђени део избацује у спољашњу средину као резидуално тело. (слика 7.)
У човековом организму, постоје ћелије које су посебно специјализоване за процес фагоцитозе. У ту групу ћелија, између осталог спадају: макрофаги и неутрофилни гранулоцити.
Егзоцитоза и трансцитоза
Егзоцитоза представља процес ослобађања великих хидросолубилних материја из ћелије. Ове честице могу бити неразграђени продукти или специфично синтетисане честице из ћелијских органела. Процес започиње са формирањем везикула које се потом фузионишу са ћелијском мембраном.
Након фузионисања, честице се ослобађају у спољашњу средину док се мембрана везикуле у потпуности инкорпорира са ћелијском мембраном. На овај начин се и сама ћелијска мембрана регенерише. (слика 8.)
Трансцитоза је процес којим одређена супстанца само „пролази“ кроз одређену ћелију. Овај процес је нарочито заступљен код епителних ћелија и омогућава уношење хранљивих материја у организам. (слика 8.)
