Нобелова награда за медицину 2013. додељена је за рад на механизму транспорта ћелијске материје
Текст: Тијана Марковић
„Замислите стотине хиљада људи који путују око стотину миља дугим улицама; како ће они пронаћи прави пут? Где аутобус треба да стане и отвори врата тако да људи могу да изађу? Постоје слични проблеми и у ћелији“, рекао је новинарима секретар Нобеловог комитета Горан Хансон.
Овогодишња Нобелова награда за медицину додељена је тројици научника са америчких универзитета, Рендију Шекману, Томасу Зидхофу и Џејмсу Ротману. Проналаском редом, сета гена потребних за кретање везикула, начина на који сигнали дају инструкције везикулама да прецизно ослободе своју материју, разрешавањем протеинског механизма којим везикуле омогућавају пролаз ћелијског материјала, открили су јако прецизан контролни систем за транспорт и испоруку ћелијске материје.
Већина људи је мање или више упозната са појмом ћелије, њеном дефиницијом. Самим упознавањем са њеном улогом и функционисањем, човек остаје изненађен, али и збуњен целим тим механизмом. Мада је ћелија јако мала (њена величина се изражава у микрометрима) дефинише се као фабрика која производи и преноси молекуле. Ова дефиниција грубо описује улогу ћелије изостављајући начине на које то чини, али да бисте их разлучили, морате заћи дубље и боље се упознати са цитологијом.
Речено је да је ћелија фабрика, али како она ради? Замислите сада фабрику коју никада нисте видели, а занима вас да је упознате и научите нешто о њој. Ако желите да је истражите, морате пре свега ући у њу, видети шта се то крије унутар њених зидова, које машине се тамо налазе и на који начин раде…
При самом уласку у „ћелијску фабрику“ примећује се њена сложеност и прецизност, јер функционисање ћелија у људском организму и зависи од тога да ли су прави молекули послати на право место. Прво на шта се наилази је ћелијска мембрана, фосфодно липидни двослој који је штити и све елементе у њеној унутрашњости држи на окупу. То је танак (7,5 – 10nm), метаболички активан омотач који одваја цитоплазму од екстрацелуларног простора. Изграђена је од липида и протеина који су у таквом међусобном односу да граде тзв. течни мозаик (течно-мозаични модел грађе). Главна особина јој је полупропустљивост. Кроз њу пролази сав онај материјал који ће се обрађивати у другим деловима ћелијске фабрике.
Транспорт материје кроз мембрану може бити пасиван и активан. Главна разлика између ова два начина преноса материје је у томе што се први врши без утрошка, а други са утрошком енергије.
При пасивном транспорту материја се креће кроз средину са већом у средину са мањом концентрацијом, при чему се енергија не троши. Тиме долази до усмереног кретања. Осмоза, дифузија и олакшана дифузија су типови пасивног транспорта.
Активан транспорт се врши насупрот хемијском градијенту, материја се преноси из средине са мањом у средину са већом концентрацијом помоћу активних транспортера носача, али се при том процесу троши одређена количина енергије. Енергија за обављање активног транспорта се добија хидролизом АTP-а (аденозинтрифосфат) у АDP (аденозиндифосфат). У том процесу транспортери носачи раде као пумпе у нашој фабрици, испумпавајући и упумпавајући одређене микромолекуле.
Макромолекули и крупни молекули не могу пролазити кроз мембрану претходно наведеним процесима, већ се то одвија активним учешћем мембране при чему она образује везикуле. Везикула припада унутарћелијском мембранском систему. То је кесица релативно мале величине обавијена двослојном фосфолипидном мембраном. Функција јој је транспортовање и складиштење материје, а омогућава се способношћу мембрана да пупе и спајају се. Настају пупљењем или евагинацијом (набирањем) дела мембране неке органеле или инвагинацијом (увлачењем) ћелијске мембране. Слободно речено, то су радници који уносе, износе, преносе и складиште материју у ћелијској фабрици. Овогодишњи нобеловци су објаснили како ови радници успевају да са великом прецизношћу испоруче сав материјал.
Процес уношења макромолекула у фабрику назива се ендоцитоза, док се њихово излучивање у ванћелијски простор зове егзоцитоза.
При ендоцитози долази до удубљења на мембрани у које улази материја која се касније уноси у ћелију. Затим се удубљење спушта у унутрашњост ћелије, а ивице мембране се спајају, док се око материје образује везикула. Ендоцитоза обухвата процес фагоцитозе (уношење крупних честица) и пиноцитозе (уношење растворених честица).
Процес егзоцитозе обухвата избацивање материје из ћелије, нпр. излучивање инсулина из ћелија панкреаса. Око материје коју треба избацити образује се везикула. Она се креће ка површини ћелије и њена мембрана се уједињује са ћелијском мембраном, затим јој се избацује садржај.
Сматра се да су у већини ћелија ови процеси међусобно повезани и да на тај начин уграђивање мембране везикуле не доводи до повећања површине ћелијске мембрне. Везикуле представљају транспортни систем у самој ћелији тако што се преносе између различитих органела.
Транспортни системи имају неколико важних улога: 1. омогућавање регулације волумена ћелије и одржавање интрацелуларне pH вредности, као и уског опсега концентрације јона да би се обезбедили оптимални услови за функционисање ензима. Овај ефекат транспортних система је веома важан, јер постоји битна разлика у концентацијама јона у ћелији и њеној околини; 2. омогућавају уношење биоенергетских молекула и градивних блокова из спољашње средине у ћелију и избацивање токсичних супстанци из ћелије у околину; 3. омогућавају успостављање градијента јона који је неопходан за многе функције ћелије, а између осталог и за ексцитацију (надраживање) нервних ћелија и мишића.
НОБЕЛ ЗА МЕДИЦИНУ 2013
Овогодишњи лауерати Рендију Шекману, Томасу Зидхофу и Џејмсу Ротману су задужили науку решавањем мистерије организације овог транспортног система. „Паковање“ молекула и њихова транслокација из једног ћелијског одељка у други, затим стварање ендосекретских везикула које пролазе кроз стање пупљења, затим фузије са следећим ћелијским одељком су пажљиво окарактерисане и регулисане фазе. Када овај саобраћај не би функионисао, јавиле би се неуролошке болести, дијбетес и поремећаји имунолошког система. Без овако прецизне организације ћелија би упала у хаос, тиме би и наша ћелијска фабрика јако брзо престала да функционише јер би њена производња, а самим тим увоз и извоз заказали.
