Nobelova nagrada za medicinu 2013. dodeljena je za rad na mehanizmu transporta ćelijske materije
Tekst: Tijana Marković
„Zamislite stotine hiljada ljudi koji putuju oko stotinu milja dugim ulicama; kako će oni pronaći pravi put? Gde autobus treba da stane i otvori vrata tako da ljudi mogu da izađu? Postoje slični problemi i u ćeliji“, rekao je novinarima sekretar Nobelovog komiteta Goran Hanson.
Ovogodišnja Nobelova nagrada za medicinu dodeljena je trojici naučnika sa američkih univerziteta, Rendiju Šekmanu, Tomasu Zidhofu i Džejmsu Rotmanu. Pronalaskom redom, seta gena potrebnih za kretanje vezikula, načina na koji signali daju instrukcije vezikulama da precizno oslobode svoju materiju, razrešavanjem proteinskog mehanizma kojim vezikule omogućavaju prolaz ćelijskog materijala, otkrili su jako precizan kontrolni sistem za transport i isporuku ćelijske materije.
Većina ljudi je manje ili više upoznata sa pojmom ćelije, njenom definicijom. Samim upoznavanjem sa njenom ulogom i funkcionisanjem, čovek ostaje iznenađen, ali i zbunjen celim tim mehanizmom. Mada je ćelija jako mala (njena veličina se izražava u mikrometrima) definiše se kao fabrika koja proizvodi i prenosi molekule. Ova definicija grubo opisuje ulogu ćelije izostavljajući načine na koje to čini, ali da biste ih razlučili, morate zaći dublje i bolje se upoznati sa citologijom.
Rečeno je da je ćelija fabrika, ali kako ona radi? Zamislite sada fabriku koju nikada niste videli, a zanima vas da je upoznate i naučite nešto o njoj. Ako želite da je istražite, morate pre svega ući u nju, videti šta se to krije unutar njenih zidova, koje mašine se tamo nalaze i na koji način rade…
Pri samom ulasku u „ćelijsku fabriku“ primećuje se njena složenost i preciznost, jer funkcionisanje ćelija u ljudskom organizmu i zavisi od toga da li su pravi molekuli poslati na pravo mesto. Prvo na šta se nailazi je ćelijska membrana, fosfodno lipidni dvosloj koji je štiti i sve elemente u njenoj unutrašnjosti drži na okupu. To je tanak (7,5 – 10nm), metabolički aktivan omotač koji odvaja citoplazmu od ekstracelularnog prostora. Izgrađena je od lipida i proteina koji su u takvom međusobnom odnosu da grade tzv. tečni mozaik (tečno-mozaični model građe). Glavna osobina joj je polupropustljivost. Kroz nju prolazi sav onaj materijal koji će se obrađivati u drugim delovima ćelijske fabrike.
Transport materije kroz membranu može biti pasivan i aktivan. Glavna razlika između ova dva načina prenosa materije je u tome što se prvi vrši bez utroška, a drugi sa utroškom energije.
Pri pasivnom transportu materija se kreće kroz sredinu sa većom u sredinu sa manjom koncentracijom, pri čemu se energija ne troši. Time dolazi do usmerenog kretanja. Osmoza, difuzija i olakšana difuzija su tipovi pasivnog transporta.
Aktivan transport se vrši nasuprot hemijskom gradijentu, materija se prenosi iz sredine sa manjom u sredinu sa većom koncentracijom pomoću aktivnih transportera nosača, ali se pri tom procesu troši određena količina energije. Energija za obavljanje aktivnog transporta se dobija hidrolizom ATP-a (adenozintrifosfat) u ADP (adenozindifosfat). U tom procesu transporteri nosači rade kao pumpe u našoj fabrici, ispumpavajući i upumpavajući određene mikromolekule.
Makromolekuli i krupni molekuli ne mogu prolaziti kroz membranu prethodno navedenim procesima, već se to odvija aktivnim učešćem membrane pri čemu ona obrazuje vezikule. Vezikula pripada unutarćelijskom membranskom sistemu. To je kesica relativno male veličine obavijena dvoslojnom fosfolipidnom membranom. Funkcija joj je transportovanje i skladištenje materije, a omogućava se sposobnošću membrana da pupe i spajaju se. Nastaju pupljenjem ili evaginacijom (nabiranjem) dela membrane neke organele ili invaginacijom (uvlačenjem) ćelijske membrane. Slobodno rečeno, to su radnici koji unose, iznose, prenose i skladište materiju u ćelijskoj fabrici. Ovogodišnji nobelovci su objasnili kako ovi radnici uspevaju da sa velikom preciznošću isporuče sav materijal.
Proces unošenja makromolekula u fabriku naziva se endocitoza, dok se njihovo izlučivanje u vanćelijski prostor zove egzocitoza.
Pri endocitozi dolazi do udubljenja na membrani u koje ulazi materija koja se kasnije unosi u ćeliju. Zatim se udubljenje spušta u unutrašnjost ćelije, a ivice membrane se spajaju, dok se oko materije obrazuje vezikula. Endocitoza obuhvata proces fagocitoze (unošenje krupnih čestica) i pinocitoze (unošenje rastvorenih čestica).
Proces egzocitoze obuhvata izbacivanje materije iz ćelije, npr. izlučivanje insulina iz ćelija pankreasa. Oko materije koju treba izbaciti obrazuje se vezikula. Ona se kreće ka površini ćelije i njena membrana se ujedinjuje sa ćelijskom membranom, zatim joj se izbacuje sadržaj.
Smatra se da su u većini ćelija ovi procesi međusobno povezani i da na taj način ugrađivanje membrane vezikule ne dovodi do povećanja površine ćelijske membrne. Vezikule predstavljaju transportni sistem u samoj ćeliji tako što se prenose između različitih organela.
Transportni sistemi imaju nekoliko važnih uloga: 1. omogućavanje regulacije volumena ćelije i održavanje intracelularne pH vrednosti, kao i uskog opsega koncentracije jona da bi se obezbedili optimalni uslovi za funkcionisanje enzima. Ovaj efekat transportnih sistema je veoma važan, jer postoji bitna razlika u koncentacijama jona u ćeliji i njenoj okolini; 2. omogućavaju unošenje bioenergetskih molekula i gradivnih blokova iz spoljašnje sredine u ćeliju i izbacivanje toksičnih supstanci iz ćelije u okolinu; 3. omogućavaju uspostavljanje gradijenta jona koji je neophodan za mnoge funkcije ćelije, a između ostalog i za ekscitaciju (nadraživanje) nervnih ćelija i mišića.
NOBEL ZA MEDICINU 2013
Ovogodišnji lauerati Rendiju Šekmanu, Tomasu Zidhofu i Džejmsu Rotmanu su zadužili nauku rešavanjem misterije organizacije ovog transportnog sistema. „Pakovanje“ molekula i njihova translokacija iz jednog ćelijskog odeljka u drugi, zatim stvaranje endosekretskih vezikula koje prolaze kroz stanje pupljenja, zatim fuzije sa sledećim ćelijskim odeljkom su pažljivo okarakterisane i regulisane faze. Kada ovaj saobraćaj ne bi funkionisao, javile bi se neurološke bolesti, dijbetes i poremećaji imunološkog sistema. Bez ovako precizne organizacije ćelija bi upala u haos, time bi i naša ćelijska fabrika jako brzo prestala da funkcioniše jer bi njena proizvodnja, a samim tim uvoz i izvoz zakazali.
