Citologija ---------------------------------------------------------------------------------------------
Ć
ELIJSKA MEMBRANA- MODEL ORGANIZACIJE BIOMEMBRANA
1. BIOMEMBRANE
2. KONCEPT MEMBRANE kao
ć
elijske membrane i biomembrane
3.
Ć
ELIJSKA MEMBRANA, struktura i funkcija
4. MOLEKULARNI MODELI, metodi izu
č
avanja
5. PROCESI NA
Ć
ELIJSKOJ MEMBRANI: transport, endocitoza, egzocitoza
Da li strukturu
ć
elijskih membrana možemo primeniti kao model na bilo koju
membranu unutar
ć
elije? Kakva je povezanost
ć
elijske membrane i organela unutar
ć
elije? Da li
je
ć
elijska membrana strukturno i funkcionalno povezana sa svim membranama?
Strukturna i funkciona sli
č
nost je izražena što pokazuje jedinstveno poreklo
biomembrana. Brojne funkcije se odvijaju u i na biomembranama: produkcija ATP, sinteza
mnogih molekula, transport, sinteza proteina, enzimske reakcije, fotosinteza... Membrane
u
č
estvuju u pupljenju vezikula, fertilizaciji, citokinezi. Svi membranski procesi su važni za
održavanje i funkcionisanje
ć
elija. One poseduju transportnu funkciju jer vrše razmenu sa
spoljašnjom sredinom. Membrana povezuje živi sistem sa okolinom. Povezanost plazmati
č
ne
membrane i membrane organela kao i povezanost strukture i funkcije su dokaz o jedinstvenom
poreklu biomembranu. Funkcije u
ć
eliji se ne odvijaju samo u kompartmentima- glikoliza u
citoplazmi, transkripcija u nukleusu, produkcija ATP-a u mitohondrijama. Na samim
membranama se odvija veliki broj procesa, jer je evolucija membrana tekla u pravcu
preuzimanju raznih funkcija i njihovom zaokruživanju i izdvajanju u pojedina
č
ne kompartmente
(organele). Membrana sveobuhvatno povezuje živi sistem sa okolinom, nije tu da odvoji
ć
elije
od okoline, ve
ć
da je na specifi
č
an na
č
in poveze sa okolinom.
STRUKTURA BIOMEMBRANE: kada se
ć
elija posmatra svetlosnim mikroskopom,
membrane se vide kao linije. Može se uociti
ć
elijska membrana, membrana koja okružuje
nukleus ili vakuolu, membrane mitohondrije, endoplazmaticnog retikuluma, sekretornih
vezikula. Dublje na elektronskoj mikroskopiji vidi se prividno troslojni izgled membrane, to
znaci da vidimo alteriraju
ć
e crne i bele trake. Ovakav izgled biomembrana naveo je citologe da
daju prvi model organizacije membrane, koji je govorio da je membrana troslojna.
Uporednim biohemijskim istraživanjima sastava
ć
elijske membrane jasno su
izdiferencirane tri organske komponente koje je izgra
đ
uju- proteini, lipidi i ugljeni hidrati. Kako
se u prvo vreme nije znala ta
č
na koli
č
ina proteina i lipida koji u
č
estvuju u membrani
ć
elije
troslojni modelom
ć
elijske membrane uklju
č
ivao je dva periferna proteinska sloja izme
đ
u kojih
je, kao u sendvi
č
u, jedan lipidni sloj. Detaljnije kvantitativne biohemijske analize dale su ta
č
an
1
Citologija ---------------------------------------------------------------------------------------------
procenat svake od ove tri komponente, i videlo se da se ne poklapaju koli
č
ine proteina i lipida sa
troslojim izgledom membrane. Naime, kada se po troslojnom modelu prera
č
una koli
č
ina
proteina u dva sloja, ta brojka je bila mnogostruko ve
ć
a, ta
č
nije proteini su »nedostajali«.
Ovakav model je prevazi
đ
en, odnosno korigovan uvo
đ
enjem posebne metode-
zamrzavanje i lomljenje biomembrana. Metodom je bilo mogu
ć
e cepati biomembrane i
posmatrati membrana sa svake strane kroz ta tri sloja: spolja i unutra (jer se zamrzavanjem
ć
elijska membrana lomi u tri nivoa). Ve
ć
se znalo da se na elektronskom mikroskopu proteini
vide kao globule, a lipidi kao homogene sive mase. Na osnovu toga moglo se o
č
ekivati nekoliko
opcija šta ce se dogoditi. Metod je pokazao da membrana nije troslojna ve
ć
dvoslojna, prividna
troslojnost na rutinskoj elektronskoj mikroskopiji je poticala od greške prilikom prepariranja, jer
se teški metali koriš
ć
eni u fiksaciji
ć
elije specifi
č
no talože s jedne i druge strane membrane i
vrše vešta
č
ko zacrnjenje– to je prividna troslojnost
ć
elijske membrane.
Fluidno-mozai
č
ni i asimetri
č
ni model
ć
elijske membrane
Ovaj model postulira tri važne osobine membrane: membrana je fluidni fosfolipidni
dvosloj (1); mozai
č
no je zaposednut proteinima; (2) asimetri
č
no su zastupljene sve tri gradivne
komponente (polarni lipidi, proteini, ugljeni hidrati)u odnosu na dvosloj (3).
Model sistem na kome je izu
č
avana gra
đ
a membrane, bila je
ć
elijska membrana
sisarskog (humanog) eritrocita. To su
ć
elije koje su lako dostupne i jeftine kao eksperimentalni
materijal. Ertitrociti sisara (osim kod kamila i lama) ne poseduju organele vec samo
ć
elijsku
membranu i citoplazmu. Pri variranju jonskog sastava sredine gde se eritrocit nalazi, eritrocit
pokazuje aktivnu promenu forme, od jednog zgr
č
enog (ježoliki ehinocit ili kreatinocit) do
rastegnutog, uve
ć
anog eritrocita (sferocit). Takav poreme
ć
aj jonskog sastava bi indukovao
hemolizu- razlaganje eritrocita. Podešavanjem jonskog sastava (hipotoni
č
ni rastvor) izazivala bi
se hemoliza, i nakon kratkog centrifugiranja dobijale bi se
č
iste membranske frakcije- model za
ispitivanje biohemijskim, citološkim i molekularno-biološkim metodima.
Hemijski sastav
: kada je ponovo ura
đ
en, hemijski sastav je pokazao prili
č
nu ispravnost
iz prethodnog modela, videle su se 3 komponente: lipidi, proteini i ugljeni hidrati.
Lipidi membrana
: Lipidi kao organski molekuli mogu biti neutralni i polarni lipidi. Neutralni
lipidi su u živom svetu uglavnom trigliceridi, oni su deponuju
ć
i lipidi u
ć
elijama (lipidna tela).
Lipidi biomembrana su polarni molekuli i mogu biti glicerofosfo- ili sfingolipidi. Od fosfolipida
najzastupljeniji su fosfatidiletanolamin, fosfatidiletanolserin..., a do sfingolipida sfingomijelin.
Molekuli ovog hemijskog sastava, kako im ime kaže, pokazuju polarnost, mogu se
razlikovati
polarni
glaveni domeni
i
nepolarni
duga
č
ki repovi
. Okolo
ć
elijski matriks, odnosno
okolo
ć
elijska sredina kao i unutrašnjost
ć
elije (unutar
ć
elijska sredina) jesu
de facto
vodene
sredine. Polarni molekuli fosfolipida »prinu
đ
eni su« da se u takvoj vodenoj sredini, u živim
2
