cellemembraner

Cellemembranen er såkalt selektivt permeabel eller semipermeabel. Det vil si at den kun er gjennomtrengelig for visse molekyler. Membranen er for eksempel gjennomtrengelig for vann og enkelte små molekyler som hormonene østrogen og testosteron, men er ikke gjennomtrengelig for ioner (som Na+, Ca2+, K+ og Cl-), og større molekyler som for eksempel glukose og insulin. Ioner og større molekyler må derfor fraktes over membranen ved hjelp av proteinene i membranen – såkalte transportproteiner.

Kanaler

En type transportprotein er kanaler. Dette er rør tvers gjennom membranen som tillater for eksempel ioner å passere membranen ved hjelp av diffusjon. Kanalene er sjeldent åpne hele tiden, men kan åpnes og lukkes avhengig av hvilke signaler cellen mottar. Når en kanal åpnes, kan ioner passere membranen med sin konsentrasjonsgradient. For eksempel, hvis det er mye Na+ på utsiden av cellen og lite på innsiden vil en åpen Na+-kanal føre til at Na+ strømmer inn i cellen. Når ioner eller molekyler transporteres med sin konsentrasjonsgradient er transporten passiv, det vil si, det er ikke nødvendig å bruke energi i form av ATP for at transporten skal gå. Denne formen for transport over membranen kalles passiv transport.

Pumper

En annen type transportprotein er pumper. Dette er proteiner i membranen som pumper stoffer mot sin konsentrasjonsgradient. For eksempel, etter at Na+ har strømmet inn i cellen må Na+ ut igjen for å opprette balanse i cellen. Siden det fremdeles er høyere konsentrasjon av Na+ på utsiden av cellen enn på innsiden vil ikke Na+ kunne strømme fritt tilbake via kanalen. Det må pumpes tilbake. Til dette trengs det energi i form av ATP. Denne formen for transport over membranen kalles aktiv transport.

Endocytose og eksocytose

Store molekyler må fraktes over membranen ved hjelp av andre mekanismer som i enkelte tilfeller samarbeider med membranproteiner. Et eksempel er LDL – low density lipoprotein – som blant annet frakter kolesterol i blodet. LDL tas opp av leverceller ved at membranproteiner i cellemembranen kan bindes til LDL. Membranproteinene fungerer som LDL-reseptor. Binding av LDL til LDL-reseptoren fører til at membranen rundt reseptoren bukter innover og danner en blære rundt reseptoren med LDL. Denne måten å ta opp LDL på kalles endocytose.

Store molekyler som skal ut av cellen, fraktes ut ved hjelp av eksocytose. Hormonet insulin er et eksempel. Insulin produseres i cellens endoplasmatiske retikulum (ER) og fraktes med små blærer (vesikler) fra ER via Golgi til cellemembranen. Her smelter blæren med cellemembranen og insulin slippes ut av cellen.

Proteiner i membranen kan også fungere som mottakere for informasjon, enten ved at de kan binde signalstoffer andre celler skiller ut, eller at de binder seg til andre celler.

Cellesignalering

Funksjonen til en celle er ofte regulert av hvilken informasjon den mottar til enhver tid. For eksempel må en muskelcelle som tar opp glukose fra blodet få signal fra insulin. Insulin binder seg da til bestemte proteiner i membranen på muskelcellene og gir cellen beskjed om å ta opp glukose. På samme måte kan andre signalstoffer binde seg til andre proteiner og gi cellen informasjon om at den skal dele seg. Slik cellesignalering er viktig for å opprettholde cellenes funksjon i kroppen.

Celle-celle-kontakt

Celler innad i vev og organer må ha kontakt med hverandre for å holde sammen. Denne kontakten opprettholdes av proteiner i membranen på de ulike cellene. Når proteinene binder til hverandre, holdes cellene sammen. I tarmen kan slike kontakter mellom tarmceller danne åpne rør, eller kanaler, mellom cellene slik at cellene kan utveksle informasjon.

Celle-celle-kontakt er ikke bare viktig i vev og organer. Cellene i immunforsvaret vårt er avhengig av å kunne kjenne igjen celler som for eksempel er infisert av virus eller bakterier, slik at den infiserte cellen kan drepes.

Fosfolipider er de mest vanlige lipidene i plasmamembranen. Fosfolipidene er amfipatiske molekyler med et hydrofilt (vannelskende) hode og en hydrofob (vannhatende) hale. Det hydrofile hodet består av glycerol og fosfat, mens den hydrofobe halen består av to fettsyrekjeder. Fettsyrekjedene kan være mettet eller umettet.

Fosfolipider danner spontant et dobbeltlag der to fosfolipider vender sine hydrofobe haler mot hverandre slik at de hydrofile hodene vender fra hverandre. På denne måten vil den siden av membranen som vender mot utsiden av cellen og den delen som vender mot innsiden av cellen være hydrofil, mens membranens indre vil være hydrofob.

På det hydrofile hodet er det koplet ulike molekyler til fosfatgruppen, og dette danner grunnlaget for ulike typer fosfolipider. For eksempel vil molekylene etanolamin, kolin og serin henholdsvis danne fosfatidyletanolamin, fosfatidylcholin og fosfatidylserin. Sfingomyelin er en fjerde type fosfolipid, men i stedet for glycerol i det hydrofile hodet har de sfingosin.

De ulike fosfolipidtypene fordeler seg ulikt i membranen. Mens fosfatidylcholin og sfingomyelin hovedsakelig vender ut mot det ekstracellulære miljøet, vender fosfatidylserin og fosfatidyletanolamin inn mot cytoplasma. Denne fordelingen av fosfolipidene gjør at membranen får ulike egenskaper på utsiden og innsiden. Fosfatidylserin har for eksempel en negativ ladning, dette gjør at membranen er svakt negativ på cytoplasmatisk side.

Noen av de typiske fosfolipidene som finnes hos bakterier finnes ikke i cellemembranen hos verken dyreceller eller planteceller, men de finnes i mitokondrier, noe som støtter endosymbioseteorien.

Signal for celledød

Syke celler må drepes og/eller fjernes, hvis ikke kan de gjøre stor skade på organismen. Her spiller cellemembranens fosfolipider en sentral rolle. Siden fosfolipidene har en bestemt plass – enten pekende utover eller innover – vil de svært sjelden flippe over på feil side. Men dersom cellen av ulike grunner er ødelagt, infisert av virus eller på annen måte ikke fungerer som den skal, vil fosfolipidene begynne å flippe. Fosfatidylserin, som normalt peker innover mot cytosol, vil flippe og befinne seg ut mot ekstracellulært miljø. Dette er et signal til cellen om at den skal gå i apoptose– selvmord. Slike celler oppfattes av celler i immunforsvaret, makrofager, som i sin tur spiser og tilintetgjør den døende cellen.

En rekke ulike proteiner inngår i cellemembranen. Noen proteiner kan gå tvers gjennom membranen, da kalles de transmembrane proteiner. Disse proteinene er en integrert del av membranen og kan ikke frigjøres fra membranen uten at membranen ødelegges. Andre proteiner kalles perifere proteiner og finnes kun på membranens innside. Disse proteinene kan veksle mellom å være assosiert med membranens innside eller være fritt i cytoplasma.

Membranproteinene har mange ulike funksjoner knyttet til transport over membranen, kontakt mellom celler, signaloverføring eller enzymaktivitet. Membranproteiner kan også utnyttes av bakterier og virus for å få tilgang til vertsceller, og de er viktige i forbindelse med immunresponser.

Et annet fettstoff i cellemembraner er kolesterol, som utgjør opptil 30 prosent av membranen. Kolesterol dannes i leveren, men fås også via kosten. Kolesterol spiller en viktig rolle i å stabilisere membranen ved å fylle områder i membranen som består av mye umettede fettsyrer.

Kolesterol gjør membranen stabil ved moderate temperaturer, samtidig som den også gjør membranen mindre stiv ved lave temperaturer (for eksempel hos dyr som lever i Arktis). Kolesterol finnes kun i dyreceller.

Fosfolipidene, kolesterol og proteinene forflytter seg hele tiden i forhold til hverandre i membranen, men de beveger seg kun sidelengs. Denne bevegelsen kalles for lateral diffusjon, og gjør at membranen hele tiden er i bevegelse. Membranen betegnes derfor ofte som en flytende mosaikk av molekyler. Disse bevegelsene er viktig for membranens funksjon. Når nye membranproteiner dannes i cellen og settes inn i membranen, er det viktig at proteinene fordeles jevnt utover membranen. Også under celledeling er det viktig at dattercellene får omtrent den samme fordelingen av membranmolekyler som morcellen. I tilfeller der celler har kontakt med hverandre, vil ulike lipider og proteiner samles i kontaktpunktene. Når kontakten opphører er det viktig at molekylene igjen fordeles utover.