VESELĪBAS PAMATI

Struktūra

Bioloģiskās membrānas ir strukturēti, no daudziem komponentiem sastāvoši slēgti veidojumi, kas veido šūnu, izveido kodolu, mitohondrijus, lizosomas, endoplazmatisko retikulumu un nodrošina svarīgāko šūnas dzīvības funkciju norisi. Tāpēc bioloģiskās membrānas nav vienkārši plēvītes, kas atdala vienu šūnu no otras (kā tās izskatījās mikroskopā skolas bioloģijas kursā), bet gan ļoti sarežģītas struktūras. Tās ir tik sarežģītas, ka tās pēta patstāvīga zinātne – membranoloģija.

Bioloģisko membrānu strukturveidojošie komponenti ir molekulas, kuru uzbūvē ir gan hidrofobas (t. i., tiecas turēties tālāk no ūdens), gan hidrofilas (t. i., gluži pretēji – viegli saistās ar ūdeni) grupas. Šādus savienojumus sauc par amfifīliem. Ikdienā ar šāda tipa struktūrām sastopamies mazgāšanas līdzekļos – tās ir virsmaktīvās vielas.

Amfifīlo savienojumu unikālā īpašība ir spēja spontāni veidot slēgtu lipīdu dubultslāni.

Šajā diezgan plašajā vielu grupā (ar nesarežģītiem nosaukumiem un struktūrām, kas šeit vienkāršības labad nav detalizēti aplūkotas) kā tipisku komponentu minēsim visiem zināmo lecitīnu un tā analogus (plaši lietotus atmiņas uzlabošanai, holesterīna līmeņa pazemināšanai asinīs un tamlīdzīgi). Tie ir fosfolipīdu klases savienojumi, t. i., taukveida vielas (nejaukt ar taukiem).

Membrānu struktūrā ietilpst arī holesterīns, kam mēdz būt slikta reputācija, taču tas ir nozīmīgs bioloģisko membrānu komponents, tostarp smadzeņu šūnu membrānās.

Lipīdu dubultslānī molekulu hidrofobie posmi ("astes") savstarpēji pievelkas hidrofobo mijiedarbību dēļ, bet hidrofīlie posmi, kurus apņem ūdens molekulas, ir vērsti uz ūdens vidi (tāpēc "astes" ir vērstas viena otrai pretī). Tieši šādā veidā spontāni izveidojas lipīdu dubultslānis.

Šāds dubultslānis veido relatīvi necaurlaidīgu barjeru lielākajai daļai ūdenī šķīstošo molekulu un aizsargā šūnas no bīstamu vielu iekļūšanas. Tomēr šūnai nepieciešamie savienojumi tik un tā nonāk šūnas iekšienē; šī procesa mehānisms tiks aplūkots tālāk.

Tātad svarīgākie bioloģisko membrānu komponenti ir: polārie fosfolipīdi (t. i., polāras taukveida vielas, bet ne tauki), membrānu olbaltumvielas, oligosaharīdi un to kombinācijas.

Visas fosfolipīdu molekulas, tostarp lecitīns un tā analogi, ir veidotas pēc līdzīga principa. Fosfolipīdu struktūrā izšķir tā dēvēto polāro galviņu un divas hidrofobas "astes".

Lecitīna un tā analogu sastāvā ietilpst divi taukskābju atlikumi ar gariem "astēm" (tos dēvē par "augstākajām taukskābēm"), kas pievienoti glicerīnam; turklāt pirmajā pozīcijā atrodas piesātinātās augstāko taukskābju atlikums, bet otrajā – obligāti mononepiesātinātās (viena dubultsaite) vai polinepiesātinātās (2–6 dubultsaites) taukskābes atlikums. Citu lipīdu sastāvā var būt arī divi piesātināto taukskābju atlikumi.

Lecitīna vai tā analogu molekulas augšējā daļa satur lādētas un/vai polāras grupas – fosforskābes atlikumu, kas saistīts ar holīnu (to dažkārt dēvē par B₄ vitamīnu) vai aminoskābi serīnu; šīs grupas aktīvi mijiedarbojas ar ūdens molekulām (hidrofīlā daļa). Apakšējā daļa sastāv no taukskābju ogļūdeņražu ķēdēm un atgrūž ūdeni (hidrofobā daļa).

Ja otrajā pozīcijā atrodas PNTK (polinepiesātinātās taukskābes), šajā vietā veidojas "leņķis", kas rada telpu starp taukskābju "astēm" pirmajā un otrajā pozīcijā un palielina membrānas šķidrumainību. Jo vairāk dubultsaišu taukskābē, jo lielāka ir šķidrumainība, t. i., jo mazāka ir membrānas mikroviskozitāte. Tieši tāpēc omega-3 PNTK ar piecām un sešām dubultsaitēm (eikozapentaēnskābe un dokozaheksaēnskābe) visefektīvāk "atšķaida" bioloģisko membrānu, piešķirot tai elastību un aktīvi ietekmējot caurlaidību.

Holesterīns (holesterols) ir normāls un svarīgs membrānas komponents, kas lokalizēts tās ārējā monoslānī. Tas, tāpat kā piesātinātās augstākā taukskābes, veicina dubultslāņa mikroviskozitātes palielināšanos, /samazina caurlaidību, palielina membrānas atsperīgumu un mehānisko izturību.

Membrānu lipīdu komponentiem var būt pievienoti dažādi cukuru atlikumi; šādus komponentus sauc par glikolipīdiem. Tie nosaka šūnu imūnās īpašības, kā arī asins grupas piederību.

Vēl viens svarīgs bioloģisko membrānu komponents ir membrānu olbaltumvielas.

Tās iedala šādās grupās.

🧬 Perifērās olbaltumvielas atrodas uz membrānas ārējās vai iekšējās virsmas – kā ledus gabaliņi uz ūdens ledus iešanas laikā. Tās ir kustīgas olbaltumvielas.

🧬 Integrālās olbaltumvielas caururbj membrānu cauri un bieži vien – ne vienu reizi. Tie ir transmembrānie kanāli, kanālu veidojošās un receptoru olbaltumvielas. Integrālās olbaltumvielas ir fiksētas noteiktā vietā.

Pie integrālajām olbaltumvielām, tāpat kā pie membrānas lipīdiem, var būt pievienoti cukuru atlikumi, un tad šādas olbaltumvielas sauc par glikoproteīniem. Tie arī nosaka šūnu imūnās īpašības, asins grupas piederību, kā arī starpšūnu kontaktus.

Membrānas iekšējā pusē, t. i., no citozola puses, tai piekļaujas citoskeleta olbaltumvielas – mikrotubuli un mikrofilamenti.

Šīs olbaltumvielas pilda šādas funkcijas.

📈 Mehāniskā. Tās piešķir šķidrajai membrānai izturību, saglabājot elastību. Tieši tāpēc eritrocīts spēj izspiesties cauri kapilāram, kura diametrs ir mazāks nekā eritrocīta diametrs, saglabājot integritāti.

📈 Transporta. Pa mikrotubuliem dažādas vielas tiek transportētas no vienas šūnas daļas uz citu.

📈 Strukturālā. Tās kalpo kā matrica, lai kompakti izvietotu citozola enzīmus (piemēram, glikolīzes enzīmus).

Saskaņā ar mūsdienu bioloģisko membrānu uzbūves teoriju membrānas struktūra ir šķidrumaini mozaīkveida. Tas nozīmē, ka bioloģiskā membrāna ir divslāņu slēgta lipīdu struktūra, kuras īpašības nosaka, no vienas puses, piesātināto taukskābju un ārējā slānī iestrādātā holesterīna attiecība, bet, no otras puses, – nepiesātināto taukskābju daudzums membrānas lipīdu molekulās. Šajā dubultslānī ir iestrādātas dažādas membrānu olbaltumvielas: gan kustīgās virsmas, gan fiksētās integrālās (tostarp ar cukuriem saistītās), kā arī (no citoplazmas puses) citoskeleta olbaltumvielas.

Bioloģiskās membrānas olbaltumvielas veic šādas funkcijas.

 ⚡ Strukturālā. Citoskeleta olbaltumvielas nosaka šūnas apvalka izturību, saglabājot šūnas šķidrumainību, un nosaka tās formu. Tā, piemēram, eritrocīts var iziet (burtiski – izplūst) cauri kapilāram, kura diametrs ir mazāks nekā pašam eritrocītam.

⚡ Receptoru un signālu. Organisma signālmolekulas, pie kurām pieskaita visus hormonus (tos dēvē par primārajiem signāliem), mijiedarbojas ar membrānu receptoriem (receptori ir specifiskas membrānu olbaltumvielas, kas uztver signālmolekulas iedarbību un pārraida šo signālu šūnas iekšienē). Šīs membrānu olbaltumvielas veido īpašas molekulas, ko sauc par sekundārajiem starpniekiem, kas nodrošina intracelulāro procesu regulāciju.

⚡ Aizsargfunkcija. Citoplazmatiskās membrānas receptori piedalās šūnu un humorālajā imunitātē.

⚡ Starpšūnu mijiedarbība. Dažādu šūnu citoplazmatiskās membrānas mijiedarbojas ar glikolipīdu un glikoproteīnu līdzdalību, kas ļauj šūnām funkcionēt kā vienotam veselumam. Šīs mijiedarbības pavājināšanās ir viens no faktoriem, kas veicina vēža audzēja rašanos.

⚡ Transporta. Nesējolbaltumvielas nodrošina nepieciešamo vielu iekļūšanu šūnā, vielmaiņas gala produktu izvadīšanu, kā arī šūnas jonu homeostāzes uzturēšanu.

⚡ Metaboliskā. Membrānu enzīmi nodrošina svarīgāko bioķīmisko procesu norisi šūnā.

Bioloģisko membrānu metaboliskās funkcijas

Bioloģiskajās membrānās lokalizētas daudzas dažādas galvenās enzīmu sistēmas, un tajās norit atbilstošie bioķīmiskie procesi.

🧬 Enerģētiskās vielmaiņas enzīmi, kas lokalizēti mitohondriju membrānā:

🧫 enzīmi, kas nodrošina pāreju no glikozes oksidēšanas anaerobā posma uz aerobo;

🧫 augstāko taukskābju (AT) enzīmi beta-oksidēšanai ar acetil~S-CoA (acetil-koenzīms A; CoA – koenzīms A) veidošanos;

🧫 enzīmi enerģētiskajam šūnas ciklam (Krebsa ciklam);

🧫 elpošanas ķēdes un ATP sintēzes enzīmi.

🧬 Enzīmi amonjaka detoksikācijai un slāpekļa vielmaiņas gala produkta – urīnvielas – veidošanai.

🧬 Endoplazmatiskā retikuluma enzīmi, kas piedalās hidrofobu svešvielu (ksenobiotiku), zāļu un narkotisko vielu detoksikācijas reakcijās; to saskaņota darbība noved pie ūdenī šķīstošu, drošu produktu veidošanās.

🧬 Antioksidantu un antiperoksidācijas sistēmas enzīmi.

🧬 Endoplazmatiskā retikuluma enzīmi, kas kontrolē vitamīnu D un A aktīvo formu veidošanos, steroīdu biotransformācijas produktus, omega-3 taukskābju produktus un tamlīdzīgi.

Tālāk aplūkosim vielmaiņu, pirmkārt, uztura pamatkomponentu – ogļhidrātu, tauku un olbaltumvielu (aminoskābju) – enerģētisko vielmaiņu, kas pieder pie makrouzturvielām, tas ir, uzturvielām, kuru diennakts patēriņa daudzumi ir desmiti un simti gramu.