Neviditelný čert

V předchozí sérii z knížky Biologie víry - … bylo ukázáno, že jádro není mozkem buněčných operací, a jakou roli v činnosti buňky hraje prostředí. Nyní již přišel čas přestavit jednoho kandidáta na funkci skutečného mozku, který řídí buněčný život – membránu. Skutečné tajemství života tedy netkví v té slavné dvojité šroubovici, ale spočívá v pochopení elegantně jednoduchých mechanismů kouzelné membrány – těch mechanismů, jimiž vaše tělo překládá signály z prostředí do svého chování.

Lucifer

Membrány jsou silné jen sedm miliontin milimetru. Jsou tak tenké, že je lze pozorovat jen elektronovým mikroskopem, který se objevil až po druhé světové válce. Tedy až v padesátých letech 20. století mohli vědci existenci buněčné membrány potvrdit. Až do té doby se řada biologů domnívala, že buněčná cytoplazma drží pohromadě, protože je rosolovitá. S pomocí mikroskopů biologové zjistili, že všechny živé buňky mají membránu a že všechny buněčné membrány mají stejnou základní trojvrstvovou strukturu. Ovšem jednoduchost této struktury neodpovídá její funkční složitosti.

Buněční biologové se poučili o úžasných schopnostech buněčné membrány studiem nejprimitivnějších organismů na naší planetě, prokaryot. Prokaryoty, k nimž patří bakterie a další mikrobi, se skládají jen z buněčné membrány, která obklopuje kapku polévkovité cytoplazmy. Ačkoliv prokaryoty představují život v jeho nejprimitivnější formě, mají svůj účel. Bakterie neposkakuje na tomto světě jako nějaká pinballová kulička, vykonává základní fyziologické životní procesy stejně jako složité buňky a dokonce vykazuje i jakési "neurologické" procesy. Bakterie dokáže rozpoznat, kde je potrava, a pohybuje se oním směrem, dokáže také rozpoznat toxiny a predátory a záměrně využívá únikových manévrů, aby si zachránila život. Jinými slovy, prokaryoty ukazují inteligenci. Který útvar prokaryotní buňky jí dává onu "inteligenci"? V cytoplazmě prokaryot nejsou žádné prokazatelné organely, např. jádro či mitochondrie, které nalézáme běžně u vyspělejších, eukaryotických buněk. Jedinou organizovanou buněčnou strukturou, kterou lze považovat za možný mozek prokaryoty, je buněčná membrána.

Jak funguje zdánlivě jednoduchá trojvrstvová struktura lze názorně popsat s pomocí sendviče, který se skládá ze dvou plátků chleba, mezi nimiž je tlustá vrstva másla. Sendvič, který přestavuje buněčnou membránu, položíme na talířek, který přestavuje vnitřek buňky vyplněný cytoplazmou. Když zalijeme vrchní část sendviče čajovou lžičkou barviva, barvivo prosákne chlebem, ale když narazí na máslo, prosakování se zastaví, protože olejovitá hmota uprostřed sendviče je účinnou bariérou. Tato konfigurace pro správnou funkci membrány nestačí, je třeba dodat ještě další ingredienci. V případě sendviče se jedná o vypeckované olivy, z nichž některé jsou plněné papričkou, a které jsou vnořeny do vrstvy másla tak, že jí procházejí. Když se barvivo dostane k olivě s papričkou, zastaví se stejně, jako když narazí na máslo. Ale když se dostane k prázdné olivě, oliva se stane kanálkem, kterým barvivo volně proteče středem sendviče a dalším plátkem chleba až na talíř, tedy dovnitř buňky. Když dodáme vypeckované a prázdné olivy, které umožní průnik informací a potravy do buňky, stane se membrána životně důležitým a důmyslným mechanismem, který dovoluje vybraným živinám proniknout do nitra buňky, stejně jako kávová lžička barviva pronikne až na talíř.

V reálné buněčné biologii představuje porce sendviče s máslem membránové fosfolipidy, které tvoří jednu ze dvou hlavních součástí membrány. Tou druhou hlavní součástí jsou "olivy", proteiny. Fosfolipidy obsahují jak polární, tak nepolární molekuly. Vazby mezi polárními molekulami mají kladné a/nebo záporné náboje, které mají za následek, že tyto molekuly přitahují či odpuzují ostatní nabité molekuly. Polární molekuly obsahují vodu a materiály ve vodě rozpustné. Nepolární molekuly obsahují olej a látky rozpustné v oleji, a mezi jejich atomy nejsou kladné ani záporné náboje. Rčení, že "voda se s olejem nemísí", platí i pro olejové nepolární a vodní polární molekuly. Pro svou stabilitu vyhledávají polární molekuly vodní polarizované prostředí a nepolární molekuly zase olejové nepolární prostředí. Molekuly fosfolipidů, které obsahují oblasti jak s polárními, tak nepolárními lipidy, mají s hledáním stability problémy. Fosfátová část této molekuly má snahu hledat vodu, zatímco ta lipidová část se vodě vyhýbá a hledá stabilitu tím, že se rozpouští v oleji.

Membránové fosfolipidy si můžeme představit jako činku se dvěma tyčemi. Kulaté části činky mají mezi atomy polární náboje a odpovídají plátkům chleba v našem sendviči. Dva tyčovité útvary molekuly jsou nepolární a odpovídají vrstvě másla. Protože "máslová" část membrány je nepolární, neumožňuje, aby jí procházely kladně či záporně nabité atomy a molekuly. V důsledku toho působí lipidové jádro jako elektrická izolace, což je úžasná vlastnost pro membránu, která má chránit buňku před tím, aby ji přemohla každá molekula v jejím okolí. Ovšem buňka by nemohla přežít, pokud by membrána byla skutečně oním jednoduchým ekvivalentem našeho sendviče s máslem. Většina buněčných živin obsahuje nabité polární molekuly, které by nedokázaly projít ohromnou bariérou z nepolárních lipidů. Buňka by nemohla ani vylučovat polarizované odpadní látky.

Olivy v našem sendviči, tedy proteiny, jsou vpravdě důmyslnou částí membrány. Tyto proteiny umožňují transport živin, odpadních materiálů a dalších forem "informací" membránou. Proteinové "olivy", integrální membránové proteiny (IMP), neumožňují, aby se do buňky dostala jakákoliv molekula, ale pouze ty molekuly, jež jsou nezbytné pro hladké fungování cytoplazmy. Jak dochází k zabudování IMP do trojvrstvové struktury membrány? Proteiny mají lineární páteř (viz Nadřazenost prostředí I - Proteinový stroj života), která je složená ze spojených aminokyselin. Ve dvaceti různých aminokyselinách jsou některé molekuly polární, "vodomilné", a jiné nepolární, hydrofobní. Pokud je část páteře proteinu sestavena ze spojených hydrofobních aminokyselin, tento segment proteinu hledá stabilitu v olejovitém prostředí, jakým je lipidové jádro membrány, segment sestavený z nepolárních molekul pak vyhledává fosfátové části membrány. Proteinové vlákno se tak proplétá dovnitř a vně onoho sendviče s máslem.

Existuje řada IMP s mnoha různými jmény, ale v podstatě je lze rozdělit do dvou funkčních tříd: receptorové proteiny a efektorové proteiny. Receptorové IMP jsou smyslovými orgány buňky, jsou obdobou našich očí, uší, nosu, chuťových pohárků atd. Receptory fungují jako jakési "nanoantény" naladěné tak, aby reagovaly na specifické signály přicházející z prostředí. Některé receptory vedou z povrchu membrány do nitra buňky a monitorují její vnitřní prostředí. Jiné receptorové proteiny vycházejí z vnějšího povrchu buňky a monitorují signály přicházející zvnějšku.

A tomu, jak IMP celý tento proces řídí, jak přepravují potřebné molekuly a informace, jak ty nepotřebné molekuly blokují a jak celý ten mozek buňky funguje, bude věnována druhá část této série o kouzelné membráně.

Zdroj: Bruce H. Lipton, Biologie víry - Jak uvolnit sílu vědomí, hmoty a zázraků

14.04.2013, 00:08:58   Publikoval Luciferkomentářů: 0