Kāda ir šūnas membrānas funkcija?

Membrānas pirmā funkcija ir norobežot. Taukainā kārta neļauj cauri joniem, cukuriem, aminoskābēm un lielām molekulām, bet brīvi laiž cauri nelielas, nepolāras molekulas, tostarp skābekli un ogļskābo gāzi, kā arī tauki šķīstošas vielas.

Otrā funkcija ir tieši pretēja pirmajai: kontrolēti ielaist to, kas šūnai vajadzīgs. Tas notiek ar olbaltumvielu palīdzību, un dažādiem transporta veidiem ir dažāda enerģijas cena.

Visā organismā vissvarīgākais membrānas sūknis izsūknē nātriju no šūnas un ievelk kāliju tajā, turklāt nevienādās proporcijās: uz āru trīs nātrija jonus, uz iekšu divus kālija jonus. Tas darbojas pastāvīgi un patērē ievērojamu daļu no visas šūnas enerģijas.

No šī darba izriet divas lietas. Pirmkārt, šūnā uzturas augsta kālija un zema nātrija koncentrācija, kas kopā ar membrānas nevienādo caurlaidību rada elektrisku spriegumu starp iekšpusi un ārpusi. To sauc par miera membrānas potenciālu, un šūnas iekšpuse ir negatīvāka par ārpusi.

Otrkārt, radītais nātrija gradients kalpo kā enerģijas krājums citiem uzdevumiem. Zarnā un nierēs tieši uz tā rēķina notiek glikozes un aminoskābju uzsūkšana. Nervu un muskuļu šūnās membrānas potenciāla straujas pārmaiņas veido darbības potenciālu, kas ir visas nervu signālu pārraides un muskuļu saraušanās pamatā.

Membrānā sēž receptori, kas uztver hormonus, neirotransmiterus un citus signālus. Lielākā daļa no tiem nelaiž signāla molekulu šūnā, bet, to pieņemot, maina savu formu un iedarbina ķēdi šūnas iekšienē. Tieši šādi darbojas, piemēram, adrenalīna un daudzu zāļu iedarbība.

Membrānas ārējo virsmu klāj ogļhidrātu ķēdes, kas piestiprinātas olbaltumvielām un lipīdiem. Šo pārklājumu sauc par glikokaliksu, un tas darbojas kā šūnas identitātes zīme. Tieši uz eritrocītu membrānas esošās ogļhidrātu struktūras nosaka ABO asinsgrupu, un tieši tāpēc nesaderīgu asiņu pārliešana izraisa smagu imūno reakciju.

Membrānā ir arī saķeres olbaltumvielas, ar kurām šūnas pieķeras kaimiņiem un starpšūnu vielai. To zaudēšana ir viena no īpašībām, kas ļauj audzēja šūnām atdalīties no pamataudiem un izplatīties.

• Receptori: uztver hormonus, neirotransmiterus un augšanas faktorus.
• Kanāli un pārnesēji: nodrošina vielu pāreju abos virzienos.
• Sūkņi: pārvieto vielas pret koncentrācijas gradientu, tērējot enerģiju.
• Saķeres olbaltumvielas: satur šūnas kopā audos.
• Atpazīšanas molekulas: ļauj imūnsistēmai atšķirt savu šūnu no svešas.

Kanāli un sūkņi der tikai atsevišķām molekulām. Lielākas daļiņas membrāna uzņem, ietinot tās burbulī, un izdala pretējā veidā. Abi procesi kopā uztur membrānas laukumu aptuveni nemainīgu.

Šie mehānismi nav tikai šūnas iekšējā saimniecība. Uz tiem balstās gan imūnsistēmas darbs, gan neirotransmiteru izdalīšana sinapsē, gan holesterīna uzņemšana no asinīm.

1. Fagocitoze: šūna apņem un norij lielu daļiņu, piemēram, baktēriju; to dara galvenokārt imūnsistēmas šūnas.
2. Pinocitoze: šūna uzņem nelielu apkārtējā šķidruma daudzumu kopā ar tajā izšķīdušajām vielām.
3. Receptoru starpniecības endocitoze: molekula vispirms piesaistās savam receptoram, un tikai tad membrāna ieliecas un veido burbuli.
4. Burbuļa apstrāde šūnā: saturs tiek sašķelts vai nogādāts vajadzīgajā vietā.
5. Eksocitoze: iekšējais burbulis saplūst ar membrānu un izmet saturu ārpusē, vienlaikus atdodot membrānai savu materiālu.

Abas lipīdu kārtas nav vienādas. Noteikti fosfolipīdi, tostarp fosfatidilserīns, normālā šūnā atrodas gandrīz tikai iekšējā kārtā, un šo sadalījumu uztur īpaši fermenti, kas molekulas pārceļ no vienas puses uz otru.

Kad šūna sāk ieprogrammētu bojāeju, šī kārtība sabrūk, un fosfatidilserīns parādās ārējā pusē. Tas kalpo kā signāls, pēc kura organisma tīrītājšūnas atpazīst bojā gājušo šūnu un to aizvāc, nesaceļot iekaisumu.

Tas pats mehānisms darbojas asins recēšanā: aktivējoties trombocītam, fosfatidilserīns nonāk uz virsmas un kļūst par laukumu, uz kura salasās recēšanas faktori. Viena un tā pati asimetrijas maiņa vienā gadījumā nozīmē „mani var aizvākt“, otrā „šeit jāveidojas receklim“.

Tā kā gandrīz katra membrānas funkcija ir konkrētas olbaltumvielas darbs, iedzimts šīs olbaltumvielas defekts rada ļoti precīzi definētu slimību. Šīs slimības labi parāda, cik daudz atkarīgs no viena membrānas komponenta.

Diagnostiku un ārstēšanu vada atbilstošais speciālists: asins šūnu membrānas slimībām hematologs, cistiskajai fibrozei pulmonologs un gastroenterologs specializētā centrā, muskuļu slimībām neirologs, lipīdu vielmaiņas traucējumiem kardiologs vai endokrinologs. Iedzimtu slimību gadījumā pievienojas ģenētiķis un ģenētiskā konsultēšana.

• Cistiskā fibroze: bojāts hlorīda kanāls, sekrēts kļūst pārāk biezs elpceļos un aizkuņģa dziedzerī.
• Iedzimta sferocitoze: bojātas eritrocīta membrānas skeleta olbaltumvielas, šūnas kļūst apaļas un tiek priekšlaicīgi noārdītas liesā.
• Ģimenes hiperholesterinēmija: nepietiekami darbojas receptors, kas izvāc holesterīnu no asinīm.
• Dišēna muskuļu distrofija: trūkst olbaltumvielas, kas savieno muskuļa šūnas membrānu ar iekšējo karkasu, un membrāna plīst slodzē.
• Iedzimtas jonu kanālu slimības: izmainīti sirds vai nervu kanāli, kas var izpausties ar ritma traucējumiem vai krampjiem.

Neviens klīniskais attēldiagnostikas izmeklējums šūnas membrānu neparāda: tā ir vairākas kārtas sīkāka par to, ko spēj izšķirt magnētiskā rezonanse vai datortomogrāfija. Tāpēc membrānu vērtē netieši, pēc tās funkcijas.

Praksē to nozīmē vairākas ļoti dažādas metodes. Eritrocītu membrānas defektus hematologs izvērtē pēc asins uztriepes attēla un ar īpašiem plūsmas citometrijas testiem. Hlorīda kanāla darbību sviedru dziedzerī pārbauda ar sviedru testu. Recēšanas un imūnfunkciju vērtē ar attiecīgām laboratorijas metodēm. Uzbūves līmenī membrānu pēta ar elektronmikroskopiju, bet atsevišķu kanālu darbību zinātnē mēra ar metodi, kurā mikroskopiskai membrānas laukumiņai pieslēdz elektrodu.

Tāpēc uz jautājumu „vai var pārbaudīt manu šūnu membrānu veselību“ godīgā atbilde ir, ka vispārējs tāda veida izmeklējums neeksistē. Pastāv konkrētu membrānas olbaltumvielu un funkciju pārbaudes, un tās nozīmē tad, kad ir konkrētas aizdomas.

Pirmā sajaukšana Latvijā ir īpaši bieža valodas dēļ: šūnas membrāna un bazālā membrāna nav viens un tas pats. Bazālā membrāna nav nevienas šūnas apvalks, bet gan plāna starpšūnu vielas kārtiņa, uz kuras epitēlijs stāv. Vārds ir kopīgs, jēdziens pilnīgi atšķirīgs.

Otrā ir šūnas membrāna un šūnas siena. Šūnas siena ir stingra, celulozi vai peptidoglikānu saturoša struktūra, kas ir augiem, sēnēm un baktērijām, bet cilvēka šūnām tās nav. Tieši šī atšķirība ļauj daļai antibiotiku darboties selektīvi: tās bojā baktērijas sienu, kuras cilvēka šūnā vienkārši nav.

Trešā ir šūnas membrāna un kodola apvalks. Kodola apvalks ir atsevišķa divkārša membrāna ap kodolu ar savām porām, un tā funkcijas atšķiras. Visbeidzot, sarunvalodā izplatītais apgalvojums, ka kādi uztura bagātinātāji „stiprina šūnu membrānas“, nav pārbaudāms apgalvojums: membrānas sastāvu organisms regulē pats, un vispārēja „membrānu stiprināšana“ nav medicīnisks jēdziens.