Bunková membrána je pomerne silnou prekážkou pre väčšinu molekúl. Príliš veľké, nabité, či v tukoch nerozpustné molekuly majú dosť veľký problém voľne ňou prechádzať. Preto musia byť dopravované do a z bunky špeciálnymi „hraničnými priechodmi“ vo forme kanálov. Tak ako máme hraničné prechody pre chodcov, osobné autá, nákladné autá, autobusy, vlaky, obdobne aj na hranici bunky leží mnoho druhov prechodov pre špecifické molekuly. Majú rôzne podoby od jednoduchých štrbín až po oveľa komplikovanejšie chemicky, či elektricky regulovateľné kanály, pumpy a motory.
V minulom článku sme hovorili o bunkovom vodohospodárstve a špeciálne o úlohe Akvaporínov – jednoduchých, no životne dôležitých kanálikov vo vonkajšej bunkovej membráne, cez ktoré voda voľne prechádza. Tento tok je obojsmerný a je len vecou koncentrácie roztoku (tonicity), ktorým smerom bude voda cez ne prechádzať. Dnes si povieme o takých, ktoré udržujú konštantné elektrické napätie nazývané kľudový membránový potenciál.
Asi vám hneď napadne otázka, načo vlastne niečo ako trvalé konštantné elektrické napätie na povrchu bunky slúži. Jednak je potrebné, aby bunka mohla fungovať ako batéria, teda aby mala v zásobe energiu (potenciál) na pohon ďalších procesov odohrávajúcich sa na jej povrchu. Podobne, ako napätie 230V v zásuvkách slúži ako zdroj energie pre pohon rôznych domácich spotrebičov. Ďalším dôvodom je, že je základnou hladinou, ktorá umožňuje šírenie vzruchov v excitovateľných bunkách, akými sú neuróny, alebo srdcový sval. Keby bola membrána elektricky neutrálna bola by nepoužiteľná, podobná vybitej batérii. V neposlednom rade elektrický náboj membrány slúži na elektrochemickú signalizáciu medzi bunkami a zapája sa aj do takých delikátnych procesov, ako je zmena štruktúry povrchu práve oplodneného vajíčka (fyzická zmena povrchových proteínov aj elektrická polarita).
Ako teda dokáže napríklad neurón udržiavať na svojom povrchu elektrostatické napätie s hodnotou -70mV? Ako všetky ostatné bunky potrebuje dva nástroje zabudované priamo do bunkovej membrány. Prvým nástrojom je sodno-draselná pumpa tvorená komplexnou bielkovinou, ktorá vytvára rozdielny počet elektricky nabitých atómov (iónov) vonku a vnútri bunky. Na začiatku pumpovania sa 3 ióny sodíka (Na+) z vnútra bunky naviažu na pumpu. Priletí palivo v podobe molekuly ATP, čo spôsobí zmenu tvaru pumpy a tá vytlačí naviazané ióny Na+ z bunky. Zrkadlovo obráteným postupom sa dostávajú tým istým kanálom draslíkové ióny K+ zvonka dnu. Jeden cyklus pumpy prenesie 2 ióny draslíka dnu a 3 ióny sodíka von. Pripomína to prečerpávacie vodné elektrárne, ktoré musia pumpami tlačiť vodu do kopca, lebo prirodzene by ju tam určite nenapadlo tiecť. Takéto pumpy sú prítomné vo väčšine typov buniek.
Druhým nástrojom je Draslíkový kanál (Leaky potassium channel), čo je jednoduchý kanál umožňujúci iónom draslíka dostať sa podľa potreby voľne znova von z bunky. Narába iba s draslíkom, dokáže ho od sodíka odlíšiť aj napriek rozdielu v priemere iónu menšiemu ako desatina nanometra. Účel je jednoduchý, no stavba tejto bielkoviny až taká triviálna nie je - pozrite:
Po pumpovaní sodíka von a draslíka obojsmerne je vonkajší povrch membrány o čosi viac kladne elektricky nabitý ako vnútorný, a tak sa nevyhnutne generuje elektrické napätie, spomínaný kľudový membránový potenciál. Prispievajú k nemu však aj iné mechanizmy, napr. výskyt iných iónov (životne dôležitý je okrem iných Cl-), protónov na vonkajšej strane membrán a záporne nabité bielkoviny, ktoré sú priveľké na prechod von z bunky.
Nabudúce si povieme o tom, ako sa membránový elektrický potenciál bleskurýchle mení a umožňuje tak šírenie nervových vzruchov a tiež koordinované sťahy srdca. Nikoho asi neprekvapí, že za tým stoja ďalšie, šokujúco zložité a zosynchronizované bielkoviny zasadené do bunkovej membrány.
Eukaryotická bunka akéhokoľvek mnohobunkovca, teda pavúka na terase, trávy ktorú kosíte aj lišajníka na starej hruške, je nepredstaviteľne zložitá a neopísateľne komplexná biochemická fabrika. Napriek tomu, že sme sa iba nedávno ponorili do vĺn jej hlbšieho poznania, plávať v nesmiernom mori neznámeho je nádherné, veď pri každom zábere narazíme na udivujúcu krásu života. Nášho života.
