Błony to niezwykle lepkie i jednocześnie plastyczne struktury otaczające wszystkie żywe komórki. Funkcje błony komórkowe:

1. Błona plazmatyczna jest barierą utrzymującą odmienny skład środowiska zewnątrz- i wewnątrzkomórkowego.

2.Błony tworzą wyspecjalizowane przedziały wewnątrz komórki, tj. liczne organelle - mitochondria, lizosomy, kompleks Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, błony jądrowe.

3. W błonach zlokalizowane są enzymy biorące udział w konwersji energii w procesach takich jak fosforylacja oksydacyjna i fotosynteza.

Struktura i skład membran

Podstawą błony jest podwójna warstwa lipidowa, w której tworzeniu biorą udział fosfolipidy i glikolipidy. Dwuwarstwę lipidową tworzą dwa rzędy lipidów, których rodniki hydrofobowe są ukryte do wewnątrz, a grupy hydrofilowe skierowane są na zewnątrz i stykają się ze środowiskiem wodnym. Cząsteczki białek są niejako „rozpuszczone” w dwuwarstwie lipidowej.

Struktura lipidów błonowych

Lipidy błonowe są cząsteczkami amfifilowymi, ponieważ cząsteczka ma zarówno obszar hydrofilowy (głowy polarne), jak i obszar hydrofobowy, reprezentowany przez rodniki węglowodorowe kwasów tłuszczowych, które samorzutnie tworzą dwuwarstwę. Błony zawierają trzy główne typy lipidów – fosfolipidy, glikolipidy i cholesterol.

Skład lipidów jest inny. Zawartość konkretnego lipidu jest najwyraźniej zdeterminowana różnorodnością funkcji pełnionych przez te lipidy w błonach.

Fosfolipidy. Wszystkie fosfolipidy można podzielić na dwie grupy – glicerofosfolipidy i sfingofosfolipidy. Glicerofosfolipidy zaliczane są do pochodnych kwasu fosfatydowego. Najbardziej powszechnymi glicerofosfolipidami są fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanoloaminy. Sfingofosfolipidy oparte są na sfingozynie aminoalkoholowej.

Glikolipidy. W glikolipidach część hydrofobowa jest reprezentowana przez ceramid alkoholowy, a część hydrofilowa jest reprezentowana przez resztę węglowodanową. W zależności od długości i budowy części węglowodanowej wyróżnia się cerebrozydy i gangliozydy. Polarne „głowy” glikolipidów znajdują się na zewnętrznej powierzchni błon plazmatycznych.

Cholesterol (CS). CS jest obecny we wszystkich błonach komórek zwierzęcych. Jego cząsteczka składa się ze sztywnego hydrofobowego rdzenia i elastycznego łańcucha węglowodorowego. Pojedyncza grupa hydroksylowa w pozycji 3 to „głowa polarna”. W komórce zwierzęcej średni stosunek molowy cholesterol/fosfolipidy wynosi 0,3-0,4, ale w błonie komórkowej ten stosunek jest znacznie wyższy (0,8-0,9). Obecność cholesterolu w błonach zmniejsza ruchliwość kwasów tłuszczowych, ogranicza boczną dyfuzję lipidów i dlatego może wpływać na funkcje białek błonowych.

Właściwości membrany:

1. Selektywna przepuszczalność. Zamknięta dwuwarstwa zapewnia jedną z głównych właściwości membrany: jest nieprzepuszczalna dla większości cząsteczek rozpuszczalnych w wodzie, ponieważ nie rozpuszczają się one w jej hydrofobowym rdzeniu. Gazy takie jak tlen, CO 2 i azot mają zdolność łatwego przenikania do komórek ze względu na mały rozmiar ich cząsteczek i słabe oddziaływanie z rozpuszczalnikami. Cząsteczki o charakterze lipidowym, takie jak hormony steroidowe, również łatwo przenikają przez dwuwarstwę.

2. Płynność. Błony charakteryzują się płynnością (płynnością), zdolnością lipidów i białek do poruszania się. Możliwe są dwa rodzaje ruchów fosfolipidów: salto (w literaturze naukowej zwane „flip-flop”) i dyfuzja boczna. W pierwszym przypadku przeciwstawne sobie cząsteczki fosfolipidów w warstwie dwucząsteczkowej przewracają się (lub wykonują salta) ku sobie i zamieniają miejscami w błonie, tj. to, co zewnętrzne staje się wnętrzem i odwrotnie. Takie skoki wiążą się ze zużyciem energii. Częściej obserwuje się rotacje wokół osi (rotację) i dyfuzję boczną - ruch w warstwie równoległej do powierzchni membrany. Szybkość ruchu cząsteczek zależy od mikrolepkości błon, która z kolei zależy od względnej zawartości nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych w składzie lipidów. Mikrolepkość jest mniejsza, jeśli w składzie lipidów dominują nienasycone kwasy tłuszczowe, a większa, jeśli zawartość nasyconych kwasów tłuszczowych jest wysoka.

3. Asymetria membrany. Powierzchnie tej samej błony różnią się składem lipidów, białek i węglowodanów (asymetria poprzeczna). Na przykład w warstwie zewnętrznej dominują fosfatydylocholiny, a w warstwie wewnętrznej dominują fosfatydyloetanoloaminy i fosfatydyloseryny. Składniki węglowodanowe glikoprotein i glikolipidów wydostają się na powierzchnię zewnętrzną, tworząc ciągłą strukturę zwaną glikokaliksem. Na wewnętrznej powierzchni nie ma węglowodanów. Białka - receptory hormonów znajdują się na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej, a enzymy, które regulują - cyklaza adenylanowa, fosfolipaza C - na wewnętrznej powierzchni itp.

Białka błonowe

Fosfolipidy błonowe pełnią funkcję rozpuszczalnika dla białek błonowych, tworząc mikrośrodowisko, w którym te ostatnie mogą funkcjonować. Białka stanowią od 30 do 70% masy błon. Liczba różnych białek w błonie waha się od 6-8 w siateczce sarkoplazmatycznej do ponad 100 w błonie komórkowej. Są to enzymy, białka transportowe, białka strukturalne, antygeny, w tym antygeny głównego układu zgodności tkankowej, receptory różnych cząsteczek.

Ze względu na lokalizację w błonie białka dzielimy na integralne (częściowo lub całkowicie zanurzone w błonie) i obwodowe (znajdujące się na jej powierzchni). Niektóre białka integralne przechodzą przez błonę jednokrotnie (glikoforyna), inne wielokrotnie. Na przykład fotoreceptor siatkówki i receptor β2-adrenergiczny przekraczają dwuwarstwę 7 razy.

Białka obwodowe i domeny białek integralnych, zlokalizowane na zewnętrznej powierzchni wszystkich błon, są prawie zawsze glikozylowane. Reszty oligosacharydowe chronią białko przed proteolizą i biorą także udział w rozpoznawaniu ligandów lub adhezji.

Nie jest tajemnicą, że wszystkie żywe istoty na naszej planecie składają się z komórek, tej niezliczonej „” materii organicznej. Komórki z kolei otoczone są specjalną powłoką ochronną – błoną, która odgrywa bardzo ważną rolę w życiu komórki, a funkcje błony komórkowej nie ograniczają się tylko do ochrony komórki, ale stanowią złożony mechanizm biorący udział w reprodukcji, odżywianiu i regeneracji komórki.

Co to jest błona komórkowa

Samo słowo „membrana” jest tłumaczone z łaciny jako „folia”, chociaż membrana to nie tylko rodzaj folii, w którą owinięta jest komórka, ale połączenie dwóch folii połączonych ze sobą i mających różne właściwości. W rzeczywistości błona komórkowa jest trójwarstwową membraną lipoproteinową (białko tłuszczowe), która oddziela każdą komórkę od sąsiednich komórek i środowiska i przeprowadza kontrolowaną wymianę między komórkami a środowiskiem. Jest to akademicka definicja tego, czym jest błona komórkowa Jest.

Znaczenie membrany jest po prostu ogromne, ponieważ nie tylko oddziela jedną komórkę od drugiej, ale także zapewnia interakcję komórki zarówno z innymi komórkami, jak i środowiskiem.

Historia badań błon komórkowych

Ważny wkład w badania błony komórkowej wnieśli dwaj niemieccy naukowcy Gorter i Grendel już w 1925 roku. Właśnie wtedy udało im się przeprowadzić złożony eksperyment biologiczny na czerwonych krwinkach – erytrocytach, podczas którego naukowcy uzyskali tzw. „cienie”, puste otoczki erytrocytów, które ułożyli w jeden stos i zmierzyli pole powierzchni, a także obliczono ilość zawartych w nich lipidów. Na podstawie ilości uzyskanych lipidów naukowcy doszli do wniosku, że znajdują się one dokładnie w podwójnej warstwie błony komórkowej.

W 1935 roku kolejna para badaczy błon komórkowych, tym razem Amerykanie Daniel i Dawson, po serii długich eksperymentów ustaliła zawartość białka w błonie komórkowej. Nie było innego sposobu wyjaśnienia, dlaczego membrana miała tak wysokie napięcie powierzchniowe. Naukowcy sprytnie zaprezentowali model błony komórkowej w formie kanapki, w której rolę chleba pełnią jednorodne warstwy lipidowo-białkowe, a pomiędzy nimi zamiast oleju znajduje się pustka.

W 1950 roku, wraz z pojawieniem się elektroniki, teoria Daniela i Dawsona została potwierdzona praktycznymi obserwacjami - na mikrofotografiach błony komórkowej wyraźnie widoczne były warstwy głów lipidowych i białkowych, a także pusta przestrzeń między nimi.

W 1960 roku amerykański biolog J. Robertson opracował teorię o trójwarstwowej budowie błon komórkowych, która przez długi czas była uważana za jedyną prawdziwą, jednak wraz z dalszym rozwojem nauki zaczęły pojawiać się wątpliwości co do jej nieomylności. Z punktu widzenia więc np. trudnego i pracochłonnego dla komórek byłoby przetransportowanie niezbędnych składników odżywczych przez całą „kanapkę”

Dopiero w 1972 roku amerykańscy biolodzy S. Singer i G. Nicholson byli w stanie wyjaśnić niespójności w teorii Robertsona, korzystając z nowego modelu błony komórkowej w formie płynnej mozaiki. W szczególności odkryli, że błona komórkowa nie jest jednorodna pod względem składu, ponadto jest asymetryczna i wypełniona cieczą. Ponadto komórki są w ciągłym ruchu. A słynne białka wchodzące w skład błony komórkowej mają różne struktury i funkcje.

Właściwości i funkcje błony komórkowej

Przyjrzyjmy się teraz, jakie funkcje pełni błona komórkowa:

Funkcją barierową błony komórkowej jest membrana pełniąca rolę prawdziwego strażnika granicznego, stojącego na straży granic komórki, opóźniającego i nie przepuszczającego szkodliwych lub po prostu niewłaściwych cząsteczek.

Funkcja transportowa błony komórkowej - błona pełni nie tylko funkcję straży granicznej na bramie celi, ale także swego rodzaju punkt kontroli celnej, za jej pośrednictwem następuje ciągła wymiana przydatnych substancji z innymi komórkami i środowiskiem.

Funkcja matrycy - to błona komórkowa określa położenie względem siebie i reguluje interakcję między nimi.

Funkcja mechaniczna - odpowiada za oddzielenie jednej komórki od drugiej i jednocześnie za prawidłowe łączenie komórek ze sobą, za uformowanie ich w jednorodną tkankę.

Funkcja ochronna błony komórkowej jest podstawą budowy tarczy ochronnej komórki. W naturze przykładem takiej funkcji może być twarde drewno, gęsta skórka, powłoka ochronna, a wszystko to za sprawą ochronnej funkcji membrany.

Funkcja enzymatyczna to kolejna ważna funkcja pełniona przez niektóre białka w komórce. Na przykład dzięki tej funkcji synteza enzymów trawiennych zachodzi w nabłonku jelitowym.

Oprócz tego przez błonę komórkową zachodzi wymiana komórkowa, która może zachodzić w trzech różnych reakcjach:

• Fagocytoza to wymiana komórkowa, podczas której osadzone w błonie komórki fagocytów wychwytują i trawią różne składniki odżywcze.
• Pinocytoza to proces wychwytywania przez błonę komórkową cząsteczek cieczy stykających się z nią. W tym celu na powierzchni membrany tworzą się specjalne wąsy, które zdają się otaczać kroplę płynu, tworząc pęcherzyk, który następnie jest „połykany” przez membranę.
• Egzocytoza jest procesem odwrotnym, gdy komórka uwalnia wydzielniczy płyn funkcjonalny na powierzchnię przez błonę.

Struktura błony komórkowej

W błonie komórkowej występują trzy klasy lipidów:

• fosfolipidy (będące połączeniem tłuszczów i fosforu),
• glikolipidy (połączenie tłuszczów i węglowodanów),
• cholesterolu

Z kolei fosfolipidy i glikolipidy składają się z hydrofilowej głowy, do której wystają dwa długie hydrofobowe ogony. Cholesterol zajmuje przestrzeń pomiędzy tymi ogonkami, zapobiegając ich zginaniu, co w niektórych przypadkach powoduje, że błona niektórych komórek jest bardzo sztywna. Oprócz tego cząsteczki cholesterolu organizują strukturę błony komórkowej.

Tak czy inaczej, najważniejszą częścią struktury błony komórkowej jest białko, a raczej różne białka, które odgrywają różne ważne role. Pomimo różnorodności białek zawartych w błonie, jest coś, co je łączy – wokół wszystkich białek błonowych rozmieszczone są lipidy pierścieniowe. Lipidy pierścieniowe to specjalne tłuszcze strukturyzowane, które służą jako rodzaj powłoki ochronnej dla białek, bez których po prostu nie działałyby.

Struktura błony komórkowej składa się z trzech warstw: podstawą błony komórkowej jest jednorodna ciekła warstwa bilipidowa. Białka pokrywają go z obu stron niczym mozaika. To właśnie białka, oprócz opisanych powyżej funkcji, pełnią także rolę swoistych kanałów, którymi przedostają się przez membranę substancje nie mogące przedostać się przez ciekłą warstwę membrany. Należą do nich na przykład jony potasu i sodu, dla ich przenikania przez błonę natura zapewnia specjalne kanały jonowe w błonach komórkowych. Innymi słowy, białka zapewniają przepuszczalność błon komórkowych.

Jeśli spojrzymy na błonę komórkową przez mikroskop, zobaczymy warstwę lipidów utworzoną przez małe kuliste cząsteczki, po których białka pływają jak po morzu. Teraz wiesz, jakie substancje tworzą błonę komórkową.

Film o błonie komórkowej

I na koniec film edukacyjny o błonie komórkowej.

Błona komórkowa to ultracienka warstwa na powierzchni komórki lub organelli komórkowej, składająca się z dwucząsteczkowej warstwy lipidów z osadzonymi białkami i polisacharydami.

Funkcje membrany:

• · Bariera – zapewnia regulowany, selektywny, pasywny i aktywny metabolizm z otoczeniem. Na przykład błona peroksysomowa chroni cytoplazmę przed nadtlenkami niebezpiecznymi dla komórki. Przepuszczalność selektywna oznacza, że ​​przepuszczalność membrany dla różnych atomów lub cząsteczek zależy od ich wielkości, ładunku elektrycznego i właściwości chemicznych. Selektywna przepuszczalność zapewnia, że ​​komórka i przedziały komórkowe są oddzielone od środowiska i zaopatrzone w niezbędne substancje.
• · Transport – transport substancji do i z komórki odbywa się poprzez błonę. Transport przez błony zapewnia: dostarczanie składników odżywczych, usuwanie końcowych produktów przemiany materii, wydzielanie różnych substancji, tworzenie gradientów jonowych, utrzymanie optymalnego pH i stężenia jonów w komórce, niezbędnych do funkcjonowania enzymów komórkowych. Cząsteczki, które z jakiegokolwiek powodu nie są w stanie przejść przez dwuwarstwę fosfolipidową (na przykład ze względu na właściwości hydrofilowe, ponieważ wewnętrzna błona jest hydrofobowa i nie przepuszcza substancji hydrofilowych lub ze względu na ich duży rozmiar), ale niezbędne dla komórki , mogą przenikać przez błonę poprzez specjalne białka nośnikowe (transportery) i białka kanałowe lub poprzez endocytozę. W transporcie pasywnym substancje przenikają przez dwuwarstwę lipidową bez wydatkowania energii zgodnie z gradientem stężeń w wyniku dyfuzji. Odmianą tego mechanizmu jest dyfuzja ułatwiona, w której określona cząsteczka pomaga substancji przejść przez membranę. Cząsteczka ta może mieć kanał, przez który przechodzi tylko jeden rodzaj substancji. Transport aktywny wymaga energii, ponieważ zachodzi wbrew gradientowi stężeń. Na błonie znajdują się specjalne białka pompujące, w tym ATPaza, która aktywnie pompuje jony potasu (K+) do komórki i wypompowuje z niej jony sodu (Na+).
• · matrix – zapewnia określone względne położenie i orientację białek błonowych, ich optymalne oddziaływanie.
• · mechaniczny – zapewnia komórce autonomię, jej struktury wewnątrzkomórkowe, a także połączenie z innymi komórkami (w tkankach). Ściany komórkowe odgrywają główną rolę w zapewnianiu funkcji mechanicznych, a u zwierząt – substancji międzykomórkowej.
• · energia – podczas fotosyntezy w chloroplastach i oddychania komórkowego w mitochondriach w ich błonach działają systemy przekazywania energii, w których uczestniczą także białka;
• · receptor – niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami (cząsteczkami, za pomocą których komórka odbiera określone sygnały). Na przykład hormony krążące we krwi działają tylko na komórki docelowe, które mają receptory odpowiadające tym hormonom. Neuroprzekaźniki (substancje chemiczne zapewniające przewodzenie impulsów nerwowych) wiążą się także ze specjalnymi białkami receptorowymi w komórkach docelowych.
• · enzymatyczny – białka błonowe są często enzymami. Na przykład błony plazmatyczne komórek nabłonkowych jelit zawierają enzymy trawienne.
• · realizacja wytwarzania i przewodzenia biopotencjałów. Za pomocą membrany w komórce utrzymuje się stałe stężenie jonów: stężenie jonu K + wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, a stężenie Na + jest znacznie niższe, co jest bardzo ważne, ponieważ zapewnia to utrzymanie różnicy potencjałów na błonie i wygenerowanie impulsu nerwowego.
• · znakowanie komórki – na błonie znajdują się antygeny, które pełnią rolę markerów – „etykiet” pozwalających na identyfikację komórki. Są to glikoproteiny (czyli białka z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów), które pełnią rolę „anten”. Ze względu na niezliczoną liczbę konfiguracji łańcuchów bocznych możliwe jest utworzenie specyficznego markera dla każdego typu komórki. Za pomocą markerów komórki mogą rozpoznawać inne komórki i współdziałać z nimi, na przykład przy tworzeniu narządów i tkanek. Umożliwia to również układowi odpornościowemu rozpoznawanie obcych antygenów.

Niektóre cząsteczki białka dyfundują swobodnie w płaszczyźnie warstwy lipidowej; w stanie normalnym części cząsteczek białka pojawiające się po różnych stronach błony komórkowej nie zmieniają swojego położenia.

Specjalna morfologia błon komórkowych determinuje ich właściwości elektryczne, wśród których najważniejsze to pojemność i przewodność.

O właściwościach pojemnościowych decyduje głównie dwuwarstwa fosfolipidowa, która jest nieprzepuszczalna dla uwodnionych jonów, a jednocześnie na tyle cienka (około 5 nm), aby umożliwić skuteczne oddzielanie i magazynowanie ładunków oraz elektrostatyczne oddziaływanie kationów i anionów. Ponadto właściwości pojemnościowe błon komórkowych są jedną z przyczyn determinujących charakterystykę czasową procesów elektrycznych zachodzących na błonach komórkowych.

Przewodność (g) jest odwrotnością oporu elektrycznego i jest równa stosunkowi całkowitego prądu transbłonowego dla danego jonu do wartości, która określiła jego transbłonową różnicę potencjałów.

Przez dwuwarstwę fosfolipidową mogą dyfundować różne substancje, a stopień przepuszczalności (P), czyli zdolność błony komórkowej do przepuszczania tych substancji, zależy od różnicy stężeń substancji dyfundującej po obu stronach membrany, jej rozpuszczalności w lipidach i właściwościach błony komórkowej. Szybkość dyfuzji naładowanych jonów w stałych warunkach pola w membranie jest określona przez ruchliwość jonów, grubość membrany i rozmieszczenie jonów w membranie. W przypadku nieelektrolitów przepuszczalność membrany nie wpływa na jej przewodność, ponieważ nieelektrolity nie przenoszą ładunków, tj. Nie mogą przewodzić prądu elektrycznego.

Przewodność membrany jest miarą jej przepuszczalności jonowej. Wzrost przewodności wskazuje na wzrost liczby jonów przechodzących przez membranę.

Ważną właściwością błon biologicznych jest płynność. Wszystkie błony komórkowe są ruchomymi strukturami płynnymi: większość tworzących je cząsteczek lipidów i białek jest zdolna do dość szybkiego poruszania się w płaszczyźnie błony

Ze względu na cechy funkcjonalne błonę komórkową można podzielić na 9 funkcji, które pełni.
Funkcje błony komórkowej:
1. Transport. Transportuje substancje z komórki do komórki;
2. Bariera. Ma selektywną przepuszczalność, zapewnia niezbędny metabolizm;
3. Receptor. Niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami;
4. Mechaniczne. Zapewnia autonomię komórki i jej struktur mechanicznych;
5. Matryca. Zapewnia optymalną interakcję i orientację białek macierzy;
6. Energia. Błony zawierają systemy przenoszenia energii podczas oddychania komórkowego w mitochondriach;
7. Enzymatyczny. Białka błonowe są czasami enzymami. Na przykład błony komórkowe jelit;
8. Znakowanie. Błona zawiera antygeny (glikoproteiny), które umożliwiają identyfikację komórki;
9. Generowanie. Zajmuje się wytwarzaniem i przewodzeniem biopotencjałów.

Jak wygląda błona komórkowa, można zobaczyć na przykładzie budowy komórki zwierzęcej lub komórki roślinnej.

Rysunek przedstawia budowę błony komórkowej.
Składniki błony komórkowej obejmują różne białka błony komórkowej (globulne, obwodowe, powierzchniowe), a także lipidy błony komórkowej (glikolipidy, fosfolipidy). Również w strukturze błony komórkowej znajdują się węglowodany, cholesterol, glikoproteina i białkowa helisa alfa.

Skład błony komórkowej

Główny skład błony komórkowej obejmuje:
1. Białka - odpowiedzialne za różne właściwości błony;
2. Trzy rodzaje lipidów (fosfolipidy, glikolipidy i cholesterol) odpowiedzialne za sztywność błony komórkowej.
Białka błony komórkowej:
1. Białko globularne;
2. Białko powierzchniowe;
3. Białko obwodowe.

Główny cel błony komórkowej

Główny cel błony komórkowej:
1. Regulują wymianę między komórką a środowiskiem;
2. Oddziel zawartość dowolnej komórki od środowiska zewnętrznego, zapewniając w ten sposób jej integralność;
3. Błony wewnątrzkomórkowe dzielą komórkę na wyspecjalizowane zamknięte przedziały - organelle lub przedziały, w których utrzymywane są określone warunki środowiskowe.

Struktura błony komórkowej

Struktura błony komórkowej jest dwuwymiarowym roztworem globularnych integralnych białek rozpuszczonych w ciekłej matrycy fosfolipidowej. Ten model struktury membrany został zaproponowany przez dwóch naukowców Nicholsona i Singera w 1972 roku. Zatem podstawą błon jest dwucząsteczkowa warstwa lipidowa, o uporządkowanym układzie cząsteczek, jak widać.

Błony komórkowe: ich budowa i funkcje

Błony to niezwykle lepkie i jednocześnie plastyczne struktury otaczające wszystkie żywe komórki. Funkcje błon komórkowych:

1. Błona plazmatyczna jest barierą utrzymującą odmienny skład środowiska zewnątrz- i wewnątrzkomórkowego.

2.Błony tworzą wyspecjalizowane przedziały wewnątrz komórki, tj. liczne organelle - mitochondria, lizosomy, kompleks Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, błony jądrowe.

3. W błonach zlokalizowane są enzymy biorące udział w konwersji energii w procesach takich jak fosforylacja oksydacyjna i fotosynteza.

Struktura membrany

W 1972 roku Singer i Nicholson zaproponowali model płynnej mozaiki struktury membranowej. Według tego modelu funkcjonujące błony są dwuwymiarowym roztworem globularnych integralnych białek rozpuszczonych w ciekłej matrycy fosfolipidowej. Zatem podstawą membran jest dwucząsteczkowa warstwa lipidowa o uporządkowanym układzie cząsteczek.

W tym przypadku warstwę hydrofilową tworzy polarna głowa fosfolipidów (reszta fosforanowa z przyłączoną do niej choliną, etanoloaminą lub seryną) oraz część węglowodanowa glikolipidów. A warstwa hydrofobowa składa się z rodników węglowodorowych kwasów tłuszczowych i sfingozyny, fosfolipidów i glikolipidów.

Właściwości membrany:

1. Selektywna przepuszczalność. Zamknięta dwuwarstwa zapewnia jedną z głównych właściwości membrany: jest nieprzepuszczalna dla większości cząsteczek rozpuszczalnych w wodzie, ponieważ nie rozpuszczają się one w jej hydrofobowym rdzeniu. Gazy takie jak tlen, CO 2 i azot mają zdolność łatwego przenikania do komórek ze względu na mały rozmiar ich cząsteczek i słabe oddziaływanie z rozpuszczalnikami. Cząsteczki o charakterze lipidowym, takie jak hormony steroidowe, również łatwo przenikają przez dwuwarstwę.

2. Płynność. Dwuwarstwa lipidowa ma strukturę ciekłokrystaliczną, ponieważ warstwa lipidowa jest na ogół ciekła, ale ma obszary zestalania, podobne do struktur krystalicznych. Chociaż pozycja cząsteczek lipidów jest uporządkowana, zachowują one zdolność do poruszania się. Możliwe są dwa rodzaje ruchów fosfolipidów: salto (w literaturze naukowej zwane „flip-flop”) i dyfuzja boczna. W pierwszym przypadku przeciwstawne sobie cząsteczki fosfolipidów w warstwie dwucząsteczkowej przewracają się (lub wykonują salta) ku sobie i zamieniają miejscami w błonie, tj. to, co zewnętrzne staje się wnętrzem i odwrotnie. Skoki takie wiążą się z wydatkiem energetycznym i zdarzają się bardzo rzadko. Częściej obserwuje się rotacje wokół osi (rotację) i dyfuzję boczną - ruch w warstwie równoległej do powierzchni membrany.

3. Asymetria membrany. Powierzchnie tej samej błony różnią się składem lipidów, białek i węglowodanów (asymetria poprzeczna). Na przykład w warstwie zewnętrznej dominują fosfatydylocholiny, a w warstwie wewnętrznej dominują fosfatydyloetanoloaminy i fosfatydyloseryny. Składniki węglowodanowe glikoprotein i glikolipidów wydostają się na powierzchnię zewnętrzną, tworząc ciągłą strukturę zwaną glikokaliksem. Na wewnętrznej powierzchni nie ma węglowodanów. Białka - receptory hormonów znajdują się na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej, a enzymy, które regulują - cyklaza adenylanowa, fosfolipaza C - na wewnętrznej powierzchni itp.

Białka błonowe

Fosfolipidy błonowe pełnią funkcję rozpuszczalnika dla białek błonowych, tworząc mikrośrodowisko, w którym te ostatnie mogą funkcjonować. Liczba różnych białek w błonie waha się od 6-8 w siateczce sarkoplazmatycznej do ponad 100 w błonie komórkowej. Są to enzymy, białka transportowe, białka strukturalne, antygeny, w tym antygeny głównego układu zgodności tkankowej, receptory różnych cząsteczek.

Ze względu na lokalizację w błonie białka dzielimy na integralne (częściowo lub całkowicie zanurzone w błonie) i obwodowe (znajdujące się na jej powierzchni). Niektóre białka integralne zszywają błonę wielokrotnie. Na przykład fotoreceptor siatkówki i receptor β2-adrenergiczny przekraczają dwuwarstwę 7 razy.

Transfer materii i informacji przez membrany

Błony komórkowe nie są szczelnie zamkniętymi przegrodami. Jedną z głównych funkcji membran jest regulacja przepływu substancji i informacji. Przezbłonowy ruch małych cząsteczek zachodzi 1) na drodze dyfuzji, biernej lub ułatwionej, oraz 2) na drodze transportu aktywnego. Ruch przezbłonowy dużych cząsteczek odbywa się 1) na drodze endocytozy i 2) na drodze egzocytozy. Transmisja sygnału przez błony odbywa się za pomocą receptorów zlokalizowanych na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej. W tym przypadku sygnał albo ulega transformacji (na przykład glukagon cAMP), albo jest internalizowany, w połączeniu z endocytozą (na przykład LDL - receptor LDL).

Prosta dyfuzja to przenikanie substancji do wnętrza komórki zgodnie z gradientem elektrochemicznym. W tym przypadku nie są wymagane żadne koszty energii. Szybkość dyfuzji prostej zależy od 1) transbłonowego gradientu stężenia substancji oraz 2) jej rozpuszczalności w hydrofobowej warstwie membrany.

Przy ułatwionej dyfuzji substancje są transportowane przez membranę również zgodnie z gradientem stężeń, bez wydatku energetycznego, ale za pomocą specjalnych białek nośnikowych błony. Dlatego dyfuzja ułatwiona różni się od dyfuzji pasywnej wieloma parametrami: 1) dyfuzja ułatwiona charakteryzuje się dużą selektywnością, ponieważ białko nośnikowe ma centrum aktywne komplementarne do transportowanej substancji; 2) tempo ułatwionej dyfuzji może osiągnąć plateau, ponieważ liczba cząsteczek nośnika jest ograniczona.

Niektóre białka transportowe po prostu przenoszą substancję z jednej strony membrany na drugą. Ten prosty transfer nazywa się pasywnym uniportem. Przykładem uniportu jest GLUT – transportery glukozy, które transportują glukozę przez błony komórkowe. Inne białka pełnią funkcję systemów współtransportu, w których transport jednej substancji zależy od jednoczesnego lub sekwencyjnego transportu innej substancji, albo w tym samym kierunku, zwanym pasywnym symportem, albo w przeciwnym kierunku, zwanym pasywnym antyportem. Translokazy wewnętrznej błony mitochondrialnej, w szczególności translokaza ADP/ATP, działają poprzez pasywny mechanizm antyportowy.

Podczas transportu aktywnego transfer substancji odbywa się wbrew gradientowi stężeń i dlatego wiąże się z kosztami energii. Jeśli transfer ligandów przez błonę wiąże się z wydatkowaniem energii ATP, wówczas taki transfer nazywa się pierwotnym transportem aktywnym. Przykładem jest Na + K + -ATPaza i Ca 2+ -ATPaza, zlokalizowane w błonie komórkowej komórek ludzkich oraz H +, K + -ATPaza błony śluzowej żołądka.

Wtórny transport aktywny. Transport niektórych substancji wbrew gradientowi stężeń polega na jednoczesnym lub sekwencyjnym transporcie Na + (jonów sodu) wzdłuż gradientu stężeń. Ponadto, jeśli ligand jest przenoszony w tym samym kierunku co Na +, proces nazywa się aktywnym symportem. Zgodnie z mechanizmem aktywnego symportu glukoza wchłaniana jest ze światła jelita, gdzie jej stężenie jest niskie. Jeśli ligand jest przenoszony w kierunku przeciwnym do jonów sodu, wówczas proces ten nazywa się aktywnym antyportem. Przykładem jest wymiennik Na+,Ca2+ błony komórkowej.