Κεφάλαιο 2 2.2 ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ:
|
Απόδειξη της δυνατότητας μετακίνησης των πρωτεϊνών της μεμβράνης πλαγίως.
Η ΜΕΤΑΚΙΝΗΣΗ ΤΩΝ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΤΗΣ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣΈνα χαρακτηριστικό των μεμβρανών, πολύ σημαντικό για διάφορες λειτουργίες των κυττάρων, είναι η δυνατότητα των πρωτεϊνικών μορίων που τις συνιστούν να μετακινούνται πλαγίως. Δεν ήταν βέβαια από την αρχή γνωστό και πέρασαν πολλά χρόνια ερευνών και τεχνολογικών εξελίξεων, έως ότου προσδιοριστούν με ακρίβεια η δομή και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των μεμβρανών, που οδήγησαν τη σκέψη των ερευνητών προς αυτή την κατεύθυνση. Σήμερα είναι πολύ εύκολο να αποδειχτεί, αλλά και να παρατηρηθεί, η κίνηση των πρωτεϊνικών μορίων της μεμβράνης με φθορίζοντα μόρια. Σημαίνουμε πρωτεϊνικά μόρια της μεμβράνης κυττάρου ποντικού και κυττάρου ανθρώπου με διαφορετικές φθορίζουσες ουσίες. Στη συνέχεια προκαλούμε σύντηξη των δύο κυττάρων. Μετά από μια ώρα οι διαφορετικά σημασμένες πρωτεΐνες βρίσκονται ανακατεμένες σε ολόκληρη την επιφάνεια του κυττάρου που έχει προέλθει από τη σύντηξη των δύο.
Στη διατήρηση της ρευστότητας των μεμβρανών σημαντικό ρόλο παίζει η χοληστερόλη, ένα στεροειδές που παρεμβάλλεται μεταξύ των φωσφολιπιδίων. Σε ότι αφορά το ρόλο των πρωτεϊνών της μεμβράνης, Ορισμένα λιπίδια και πρωτεΐνες έχουν τη δυνατότητα να ολισθαίνουν πλαγίως, και σπάνια κάθετα, αλλάζοντας θέση στην πλασματική μεμβράνη. Κάθε μεμβράνη που έχει τη χαρακτηριστική δίστιβη δομή που περιγράφηκε ονομάζεται απλή στοιχειώδης μεμβράνη. Λειτουργίες της πλασματικής μεμβράνηςΟι εκφράσεις «εξωτερικό σύνορο του κυττάρου», «όριο ανάμεσα στο κυτταρόπλασμα και στο εξωκυτταρικό περιβάλλον» κ.ά., που αποδίδονται στην πλασματική μεμβράνη, ίσως την αδικούν λιγάκι, γιατί, ενώ προβάλλουν τον παθητικό ρόλο της στην οριοθέτηση του κυττάρου αποκρύπτουν την καθοριστική συμμετοχή της σε άλλες κυτταρικές λειτουργίες, όπως είναι:
Μεταφορά ουσιών διαμέσου της πλασματικής μεμβράνηςΕίναι εύκολο να κατανοήσουμε ότι αν η μεμβράνη ήταν ένα τελείως αδιαπέραστο περίβλημα, το κύτταρο θα ήταν ανίκανο να προσλάβει τις απαραίτητες θρεπτικές ουσίες, να αποβάλει τα άχρηστα προϊόντα του μεταβολισμού του, αλλά και να εξαγάγει ουσίες που μπορούν να χρησιμοποιηθούν άλλου στην περίπτωση πολυκύτταρων οργανισμών. Αν πάλι η μεμβράνη ήταν τελείως διαπερατή από κάθε χημική ουσία, τότε η χημική σύσταση του κυττάρου δε θα μπορούσε να διατηρηθεί.
|
Θα γινόταν, λόγω διάχυσης, εντελώς όμοια με τη χημική σύσταση του περιβάλλοντος του. Έτσι θα έχανε την υψηλή συγκέντρωση εκείνων των συστατικών που είναι απαραίτητα για την εκδήλωση του φαινομένου της ζωής. Είναι λοιπόν φανερό ότι η δομή της πλασματικής μεμβράνης πρέπει να καθορίζει ποιες από τις διάφορες ουσίες θα τη διαπερνούν εύκολα και ποιες θα τη διαπερνούν δύσκολα ή και καθόλου. Με άλλα λόγια, η μεμβράνη πρέπει να είναι εκλεκτικά διαπερατή. Οι φυσιολόγοι διακρίνουν τρεις κύριους τύπους μεταφοράς ουσιών μέσω της μεμβράνης. Την παθητική μεταφορά, την ενεργητική μεταφορά και την ενδοκύττωση και εξωκύττωση. Παθητική μεταφοράΗ παθητική μεταφορά ουσιών δια μέσου της πλασματικής μεμβράνης γίνεται με δύο τρόπους. Με τη διάχυση και την ώσμωση. Διάχυση: Με τον όρο διάχυση, γενικά, χαρακτηρίζουμε την τάση των μορίων να διασπείρονται από τις περιοχές υψηλής συγκέντρωσης προς τις περιοχές χαμηλής συγκέντρωσης. Για παράδειγμα, η συγκέντρωση οξυγόνου στο εξωτερικό του κυττάρου είναι υψηλή σε σχέση με αυτήν στο εσωτερικό του κυττάρου, γιατί εκεί το οξυγόνο καταναλώνεται συμμετέχοντας σε αντιδράσεις του μεταβολισμού. Η διαφορά αυτή στις συγκεντρώσεις οδηγεί τα μόρια του οξυγόνου στο εσωτερικό του κυττάρου. Αντίθετα η υψηλή συγκέντρωση του διοξειδίου του άνθρακα στο εσωτερικό του κυττάρου (παράγεται συνεχώς κατά τις αντιδράσεις του μεταβολισμού) το οδηγεί έξω από αυτό, όπου η συγκέντρωση είναι χαμηλότερη. Ώσμωση: Είναι μια ειδική περίπτωση διάχυσης μορίων νερού μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης. Είναι ιδιαίτερα σημαντική διαδικασία για τη ζωή και τη λειτουργικότητα του κυττάρου, γιατί η πλασματική μεμβράνη, ενώ επιτρέπει τη διέλευση μορίων νερού, περιορίζει ή εμποδίζει ολοκληρωτικά τη διέλευση ουσιών που έχουν μεγάλο μέγεθος. Έτσι, όταν η ενδοκυτταρική συγκέντρωση μιας ουσίας είναι μεγαλύτερη από την εξωκυτταρική, για να επέλθει ισορροπία, εισέρχεται νερό στο κύτταρο. Στην αντίθετη περίπτωση, όταν η ενδοκυτταρική συγκέντρωση μιας ουσίας είναι μικρότερη από την εξωκυτταρική, εξέρχεται νερό.
|
![]() Η ώσμωση σε φυτικά κύτταρα.
Η ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΣΤΗΝ ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΗΣ ΖΩΗΣΠριν από 4 έως 3,5 δισεκατομμύρια περίπου χρόνια, μέσα στις αρχέγονες θάλασσες της Γης, με διαφορετικά δεδομένα σε ότι αφορά τις συνθήκες του περιβάλλοντος, ένα «διάλυμα» από χημικές ουσίες άρχισε να ξεφεύγει από Τίποτε από όσα συνέβη- σαν στη συνέχεια, σχετικά με την εξέλιξη της ζωής, δε θα ήταν δυνατό να συμβούν, αν το αρχέγονο «διάλυμα» δεν περιβαλλόταν από ένα λεπτό περίβλημα λιποπρωτεϊνών, που το διαχώρισε από το περιβάλλον του και του επέτρεψε να διατηρήσει μια υψηλή συγκέντρωση συστατικών, κρίσιμων για την εμφάνιση της ζωής. Αν κάποτε το περίβλημα αυτό αποτέλεσε καθοριστικό παράγοντα για την εμφάνιση της ζωής, εξακολουθεί, χωρίς αμφιβολία, να αποτελεί έναν από τους όρους για τη διατήρησή της. Χάρη στην πλασματική μεμβράνη, το λεπτό δηλαδή λιποπρωτεϊνικό στρώμα πάχους μόλις 8nm, τα κύτταρα αποκτούν υπόσταση διαχωριζόμενα από το περιβάλλον τους, ελέγχουν τις ανταλλαγές ουσιών με αυτό και γενικά πραγματοποιούν ένα πλήθος λειτουργιών, που θα ήταν αδύνατο να γίνουν χωρίς αυτήν.
|
Ενεργητική μεταφορά
Η ενδοκύττωση περιλαμβάνει τα ακόλουθα στάδια: (α) Η ουσία περικλείεται στο εσωτερικό μιας εγκόλπωσης, που δημιουργείται από προεκβολές του κυτταροπλάσματος. τα ψευδοπόδια. (β) Τα άκρατων ψευδοποδίων ενώνονται, περικλείοντας την εισαγόμενη ουσία,
(γ) Η πλασματική μεμβράνη περισφίγγεται και αποκόπτεται
με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενός κυστιδίου που απελευθερώνεται στο κυτταρόπλασμα. Η εξωκύττωση αποτελεί την αντίστροφη διαδικασία της ενδοκύττωσης. Με τη διαδικασία αυτή τα κύτταρα απομακρύνουν άχρηστα υπολείμματα των τροφών, τοξικές ουσίες ή ουσίες που έχουν παραχθεί σ' αυτά και πρέπει να μεταφερθούν, για να χρησιμοποιηθούν αλλού (διάφορες ορμόνες, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες κ.ά). Αυτό που πρόκειται να αποβληθεί κλείνεται σε ένα κυστίδιο, το οποίο προσεγγίζει την πλασματική μεμβράνη και περιβάλλεται από αυτήν. Στη συνέχεια η μεμβράνη περισφίγγεται στο συγκεκριμένο σημείο και απελευθερώνει προς την εξωτερική πλευρά του κυττάρου τις ουσίες. Σημειώνεται ότι τόσο η ενδοκύττωση όσο και η εξωκύττωση γίνονται με κατανάλωση ενέργειας.
Μέσω της πλασματικής μεμβράνης διέρχονται ουσίες.
|
Η αντλία Κ*- Na+ είναι ένας μηχανισμός στον οποίο βασικό ρόλο παίζει μια διαμεμβρανική πρωτεΐνη, η οποία αλλάζει διάταξη στο χώρο στις διαδοχικές φάσεις της λειτουργίας της. Στη φάση Α τρία Na+ συνδέονται με την πρωτεΐνη στην εσωκυτταρική πλευρά της. Στη φάση Β η πρωτεΐνη αλλάζει διάταξη στο χώρο με κατανάλωση ενέργειας που προσφέρεται. Στη νέα μορφή της η πρωτεΐνη έχει ανοίξει προς τα έξω και οι περιοχές σύνδεσής της με τα δύο είδη ιόντων έχουν μεταβληθεί. Η περιοχή σύνδεσης με τα Na+ δεν ταιριάζει πια με αυτά. Αντίθετα, η περιοχή σύνδεσης με τα Κ+ διαμορφώνεται έτσι, ώστε να ταιριάζει μαζί τους. Στη φάση Γ η πρωτεΐνη έχει συνδεθεί με 2 εξωκυτταρικά Κ+ και έχει απελευθερώσει τα 3Na+ στο εξωκυττάριο υγρό. Στη φάση Δ η πρωτεΐνη επανέρχεται στην αρχική της διάταξη στο χώρο, ελευθερώνει τα Κ+ στο εσωτερικό του κυττάρου και είναι πάλι ικανή να συνδεθεί εκ νέου με Na+ και να επαναλάβει τον παραπάνω κύκλο, χάρη στον οποίο για κάθε 3Na+, που εξέρχονται, εισέρχονται 2Κ+. |
MIA... ΑΚΡΑΙΑ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ
|
Χαρακτηριστικά ομάδων αίματος με βάση το σύστημα ΑΒΟ ΟΜΑΔΕΣ ΑΙΜΑΤΟΣ - ΠΑΡΑΓΟΝΤΑΣ ΡΕΖΟΥΣ (RHESUS) ΑΝΤΙΓΟΝΑ ΙΣΤΟΣΥΜΒΑΤΟΤΗΤΑΣΟμάδες αίματος: Είναι γνωστό ότι κάθε άτομο που έχει ανάγκη αίματος μπορεί να δεχτεί αίμα της ίδιας ομάδας ή μιας άλλης που, όπως λέγεται, «είναι συμβατό» με τη δική του. Με βάση το σύστημα ΑΒΟ διακρίνουμε τέσσερις ομάδες αίματος, τις Α, Β, ΑΒ και Ο. Ο διαχωρισμός σε ομάδες γίνεται ανάλογα με την παρουσία ή την απουσία των πρωτεϊνών Α ή Β στην επιφάνεια των ερυθροκυττάρων. Οι πρωτεΐνες Α και Β δρουν ως αντιγόνα (συγκολλητινογόνα). Έχει διαπιστωθεί ότι τα άτομα με ομάδα αίματος Α έχουν στο αίμα τους συγκολλητίνες (αντισώματα) έναντι των συγκολλητινογόνων Β (αντί-Β). Τα άτομα με ομάδα αίματος Β έχουν συγκολλητίνες αντί-Α, τα άτομα ομάδας αίματος ΑΒ δεν έχουν καθόλου συγκολλητίνες, ενώ τα άτομα ομάδας αίματος 0 έχουν και τα δύο είδη συγκολλητινών. Στον ελληνικό πληθυσμό η συχνότητα των ομάδων αίματος είναι περίπου 40% για την Α, 14% για τη Β, 4% για την ΑΒ και 42% για την Ο. Αν σ' ένα άτομο ενεθεί αίμα ομάδας που δε «συμφωνεί» με τη δική του, δηλαδή τα συγκολλητινογόνα που έχει είναι διαφορετικά από τα δικά του, τότε οι συγκολλητίνες που διαθέτει συγκολλούν τα «ξένα» ερυθρά, με αποτέλεσμα τη δημιουργία θρόμβων, που μπορεί να προκαλέσουν σοβαρά προβλήματα στην υγεία του δέκτη. Οι συγκολλητίνες του δότη δε δημιουργούν συνήθως προβλήματα, γιατί είναι σε μικρή ποσότητα και αραιώνονται στο αίμα του δέκτη. Στο σχήμα φαίνονται οι δυνατές περιπτώσεις μετάγγισης αίματος. Η ομάδα Ο δίνει σε όλες τις ομάδες (πανδότης), η ΑΒ δίνει μόνο σε ΑΒ, ενώ δέχεται από όλες (πανδέκτης).
|
Παράγοντας Ρέζους: Στην επιφάνεια των ερυθροκυττάρων υπάρχει ένα άλλο αντιγόνο, που παρουσιάζει ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τον άνθρωπο. Είναι η πρωτεΐνη Ρέζους (Rhesus), που πήρε το όνομά της από τους πιθήκους Ρέζους (Rhesus), στους οποίους απομονώθηκε αρχικά. Τα άτομα που έχουν στην επιφάνεια των ερυθρών τους αιμοσφαιρίων τον παράγοντα Ρέζους χαρακτηρίζονται ως Ρέζους θετικά (Rh+) και είναι περίπου το 85%. Τα άτομα που δε διαθέτουν αυτόν τον παράγοντα χαρακτηρίζονται ως Ρέζους αρνητικά (Rh -). Τα Rh - άτομα αντιμετωπίζουν πρόβλημα σε περίπτωση μετάγγισης αίματος από Rh+ άτομο ή, σε περίπτωση εγκυμοσύνης, όταν η μητέρα είναι Rh - και το έμβρυο Rh+. Στην περίπτωση αυτή δημιουργούνται στο σώμα των Rh - ατόμων αντισώματα έναντι του παράγοντα Ρέζους του δότη ή του εμβρύου. Αυτά μπορεί να προκαλέσουν συγκόλληση ερυθρών με απρόβλεπτες συνέπειες για την υγεία, κυρίως του εμβρύου. Στην περίπτωση της Rh - μητέρας αποφεύγουμε τα προβλήματα με τη χορήγηση αντισωμάτων έναντι του παράγοντα Ρέζους αμέσως μετά τον τοκετό, αν το έμβρυο είναι Rh+. Αυτά εξουδετερώνουν τα αντιγόνα των ερυθρών αιμοσφαιρίων του εμβρύου που έχουν εισέλθει στην κυκλοφορία του αίματος της μητέρας. Για τον παράγοντα Ρέζους δεν υπάρχουν ουσίες αντίστοιχες των συγκολλητινών (αντισώματα), που να περιέχονται φυσιολογικά στο αίμα. Αντισώματα παράγονται μόνο ύστερα από έκθεση του ατόμου σε ερυθρά αιμοσφαίρια που φέρουν το αντιγόνο. Αντιγόνα ιστοσυμβατότητας (HLA σύστημα): Σε διάφορα εμπύρηνα είδη κυττάρων του ανθρώπινου οργανισμού, π.χ. λεμφοκύτταρα, υπάρχουν πρωτεΐνες χαρακτηριστικές του ατόμου. Αν αυτές ενωθούν σε άλλο άτομο, δρουν σαν αντιγόνα και προκαλούν την παραγωγή αντισωμάτων. Αποτέλεσμα είναι το μπλοκάρισμα και η καταστροφή των κυττάρων που τις φέρουν. Τις πρωτεΐνες αυτές τις ονομάζουμε αντιγόνα ιστοσυμβατότητας. Αυτά τα αντιγόνα αποτελούν τη βάση του προβλήματος των ατόμων που πρόκειται, για κάποιο λόγο, να δεχτούν μόσχευμα. Γιατί, αν τα αντιγόνα ιστοσυμβατότητας των κυττάρων του μοσχεύματος είναι διαφορετικά από εκείνα του δέκτη, τότε ο οργανισμός του τα αναγνωρίζει ως ξένα και ενεργοποιείται ο ανοσοποιητικός μηχανισμός. Αποτέλεσμα αυτού είναι τα κύτταρα που τα φέρουν (και επομένως ολόκληρο το μόσχευμα) να απομονώνονται από την κυκλοφορία του αίματος, να νεκρώνονται και τελικά το μόσχευμα να αποβάλλεται. Από τη συμβατότητα (ομοιότητα) των συγκεκριμένων αντιγόνων δότη και δέκτη εκτιμάται η πιθανότητα αποδοχής ενός μοσχεύματος από τον οργανισμό του δεύτερου.
ΑΣ ΣΚΕΦΤΟΥΜΕ...Με ποια παραδείγματα θα μπορούσαμε να αιτιολογήσουμε το ότι οι διαφορές που υπάρχουν στα επιμέρους χαρακτηριστικά της πλασματικής μεμβράνης των διαφορετικών ειδών κυττάρων του ανθρώπινου οργανισμού εξυπηρετούν τη δομή και τη λειτουργία του κυττάρου;
|