gorodenkoff/iStock/GettyImages
Eukaryota celler är inneslutna i ett plasmamembran som skyddar cellens inre. Även om denna barriär är selektivt permeabel, tillåter den passage av vissa ämnen som är nödvändiga för cellulär funktion.
Plasmamembranet består av ett fosfolipiddubbelskikt som balanserar hydrofila yttre ytor med en hydrofob kärna. Inbäddade i detta dubbelskikt finns proteiner som reglerar flödet av molekyler in i och ut ur cellen.
Proteiner delas in i två kategorier:extrinsiska proteiner som spänner över endast en del av dubbelskiktet, och intrinsiska eller transmembrana proteiner som korsar hela lagret. Tillsammans står dessa proteiner för ungefär hälften av ett membrans massa och kan antingen röra sig fritt eller förbli förankrade, beroende på deras roll.
Celler är beroende av ett spektrum av transportmekanismer - osmos, passiv diffusion, underlättad diffusion och aktiv transport - för att skaffa näringsämnen och driva ut avfall. Dessa processer förmedlas av membranproteiner som fungerar som kanaler, bärare eller pumpar.
Passiv transport kräver inte cellulär energi. Små molekyler som vatten, joner, syre och koldioxid kan röra sig längs koncentrationsgradienter genom enkel diffusion eller osmos. Underlättad diffusion använder bärarproteiner som binder specifika molekyler, genomgår konformationsförändringar och frigör sin last på motsatta sidan av membranet.
När molekyler måste röra sig mot en koncentrationsgradient eller ha stor laddning, använder celler aktiv transport. Bärarproteiner eller ATP-drivna pumpar binder substratet, utnyttjar energi och transporterar molekylen över membranet.
Utöver membranproteiner orkestrerar flera organeller rörelsen av molekyler i cellen. Dessa organeller – en del av endomembransystemet – använder vesikulär trafik och specialiserade transportmaskiner.
Endoplasmatiskt retikulum (ER) producerar och integrerar membran- och sekretoriska proteiner. ER-translokoner, såsom Sec61, bildar kanaler som leder begynnande polypeptider in i eller över ER-membranet. Väl inne viks proteiner och modifieras innan de förpackas i vesiklar för transport till andra organeller eller till plasmamembranet.
Golgi-apparat förfinar proteiner som tas emot från akuten genom att lägga till kolhydratgrupper och sortera dem i vesiklar. Pälsproteiner som clathrin formar dessa vesiklar, vilket säkerställer exakt leverans till cellytan eller till lysosomer.
Mitokondrier har ett dubbelmembransystem. Medan det yttre membranet är permeabelt för små molekyler, rymmer det inre membranet många proteiner som förmedlar importen av viktiga metaboliter och exporten av ATP, vilket möjliggör energiproduktion.
Peroxisomer specialiserat sig på fettsyra-β‑oxidation och avgiftning av väteperoxid. Nyligen genomförda studier har avslöjat stora porer som tillåter veckade proteiner att komma in i peroxisomer, styrda av specifika peroxisomala målsignaler.
Att förstå dessa komplicerade transportvägar belyser den cellulära basen för många sjukdomar kopplade till proteinfelveckning eller transportdefekter, och det erbjuder vägar för terapeutisk intervention.
