Budowa komórki eukariotycznej

cz. II

Błony biologiczne

Błona komórkowa (plazmalemma) (1) występuje we

wszystkich żywych komórkach oddzielając je od
środowiska

zewnętrznego.

Najprostsze

formy

komórkowe – bakterie mają tylko jedną błonę - błonę
komórkową. Jednak komórki eukariotyczne zawierają
dodatkowo wielką ilość błon wewnętrznych (błony ER
(2), aparatu Golgiego (3), mitochondriów (4) i in.). Te
dalsze błony zbudowane są na tych samych zasadach
co błona komórkowa i podobnie jak ta ostatnia służą
jako selektywne bariery pomiędzy przestrzeniami
zawierającymi odrębne zbiory cząsteczek.

1

2

3

4

SYSTEM BŁON W KOMÓRCE

Budowa błon

Wszystkie błony w komórce są zbudowane z lipidów oraz

białek (1) i mają wspólny plan budowy ogólnej.
Komponent lipidowy stanowią miliony cząsteczek
lipidów ułożonych w dwie ściśle do siebie przylegające,
przeciwstawnie

zorientowane

warstwy

tworzące

dwuwarstwę lipidową (2). Stanowi ona istotę struktury
błony i działa jako bariera przepuszczalności. Cząsteczki
białek umożliwiają pozostałe funkcje błony i nadają
różnym błonom indywidualne właściwości.

2

1

Materiały pochodzą z Platformy

Edukacyjnej Portalu

www.szkolnictwo.pl

Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego
Użytkowników

wyłącznie

w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian,
przesyłanie,

publiczne

odtwarzanie

i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby
własne

oraz

do

wykorzystania

w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Lipidy błonowe

Lipidy błonowe zbudowane są z hydrofilowej („lubiącej wodę”)

głowy (1) oraz z jednego lub dwóch hydrofobowych
(„nielubiących wody”) ogonów węglowodorowych (2).
Cząsteczki o właściwościach zarówno hydrofilowych, jak i
hydrofobowych określa się jako amfipatyczne. Cechę tę
posiadają wszystkie rozdaje lipidów błonowych:

- fosfolipidy, które są najliczniej występującymi lipidami w

błonie

- sterole, takie jak cholesterol w błonach komórek zwierzęcych
- glikolipidy, których hydrofilową głowę stanowią cukry.

Amfipatyczność odgrywa zasadniczą rolę w organizowaniu

cząsteczek lipidów w dwuwarstwę.

1

2

Amfipatyczność cząsteczek

Cząsteczki hydrofilowe rozpuszczają się w wodzie,

ponieważ zawierają naładowane atomy lub grupy
polarne (grupy o nierównomiernym rozmieszczeniu
ładunków), mogące tworzyć wiązania z cząsteczkami
wody, które same są polarne.

Cząsteczki hydrofobowe są w wodzie nierozpuszczalne,

ponieważ ich atomy są nie naładowane i niepolarne,
dlatego też nie mogą tworzyć wiązań z cząsteczkami
wody.

Organizacja błony

Cząsteczki amfipatyczne są poddane zatem dwóm sprzecznie

działającym siłom: hydrofilowa głowa (1) jest przyciągana
przez wodę, natomiast hydrofobowe ogony (2) stronią od
wody i dążą do agregacji z innymi cząsteczkami
hydrofobowymi. Rozwiązanie tego konfliktu możliwe jest
przez utworzenie dwuwarstwy lipidowej, która jest formą
uporządkowania satysfakcjonującą obie strony, a zarazem
najbardziej korzystną energetycznie.

Hydrofilowe głowy (1) są zwrócone ku wodzie po obu stronach

dwuwarstwy; hydrofobowe ogony (2) są osłonięte przed
wodą i leżą tuż przy sobie we wnętrzu dwuwarstwy.

1

2

Błona jest płynną strukturą

Wodna środowisko istniejące na zewnątrz komórki i w jej

wnętrzu uniemożliwia ucieczkę lipidów błonowych z
dwuwarstwy, ale nic nie powstrzymuje tych cząsteczek
od przemieszczania się i wymieniania miejscami w
obrębie jednej monowarstwy. Dlatego też błona
zachowuje się jak dwuwymiarowy płyn – mówimy, że jest
substancją (ma strukturę) płynną.

Stopień płynności błony zależy od długości i stopnia

nasycenia

ogonów

węglowodorowych

oraz

(w

komórkach zwierzęcych) od obecności cholesterolu (2).
Te krótkie cząsteczki wypełniają przestrzenie pomiędzy
fosfolipidami

(1),

usztywniając

dwuwarstwę,

zmniejszając jej płynność i przepuszczalność.

1

2

Błona jest asymetryczna

Błony są z zasady asymetryczne, eksponując na zewnątrz komórki

lub danej organelli powierzchnię zupełnie inną niż ku wnętrzu,
stąd można wyróżnić we wszystkich błonach w komórce –
zarówno

w

błonie

komórkowej,

jak

i

w

błonach

wewnątrzkomórkowych,

osłaniających

organelle

–

dwie

wyraźnie różniące się powierzchnie: wewnętrzną – cytozolową
(eksponowaną do cytoplazmy) i zewnętrzną – niecytozolową
(eksponowaną albo do otoczenia komórki, albo do zewnętrznej
przestrzeni organelli).

Dwie warstwy dwuwarstwy często zawierają różny zbiór

fosfolipidów i glikolipidów. Co więcej, białka są wtopione w błonę
ze specjalną orientacją, krytyczną dla ich funkcji.

Zasadniczą

funkcją

błony

jest

tworzenie

bariery

kontrolującej przechodzenie cząsteczek przez błonę.
Główną rolę odgrywa tu hydrofobowe wnętrze
dwuwarstwy

lipidowej,

które

stanowi

barierę

zapobiegającą

przejściu

większości

cząsteczek

hydrofilowych.

Ogólnie

biorąc,

dyfuzja

przez

dwuwarstwę

jest

tym

szybsza,

im

cząsteczka

dyfundująca jest mniejsza i im łatwiej rozpuszcza się w
olejach (tj. im bardziej jest hydrofobowa, czyli
niepolarna).

Przepuszczalność błony

Małe cząsteczki

hydrofobowe O

2

, CO

2

,

N

2

Małe cząsteczki polarne

bez ładunku: woda,
glicerol, etanol

Większe cząsteczki bez

ładunku: aminokwasy,
glukoza, nukleotydy

Jony

Przepuszczalność błony

1. Małe cząsteczki niepolarne, takie jak tlen, czy

dwutlenek węgla łatwo rozpuszczają się w dwuwarstwie
lipidowej i dlatego szybko przez nią dyfundują

2. Nie naładowane cząsteczki polarne (o nierównomiernie

rozmieszczonym ładunku) również dyfundują szybko
przez dwuwarstwę, jeśli są dostatecznie małe, np. woda
i etanol przechodzą szybko, a natomiast aminokwasy i
glukoza nie dyfundują wcale

3. Dwuwarstwy lipidowe są wysoce nieprzepuszczalne dla

wszystkich jonów i cząsteczek naładowanych

Białka błonowe

Chociaż dwuwarstwa lipidowa stanowi podstawowy zrąb

każdej błony biologicznej i działa jako bariera

przepuszczalności, to większość funkcji błon pełnionych

jest przez białka błonowe.

Ze względu na stopień związania z błoną dzielimy je na:
- integralne (1), które są całkowicie lub w znacznym

stopniu zanurzone w błonę i trudno je z niej usunąć

- powierzchniowe (2), które nie są zanurzone w błonie i

łatwo je z niej usunąć.

Ze względu na pełnioną funkcję można wyróżnić białka:
- transportujące
- wiążące
- receptorowe
- enzymatyczne

1

2

Powierzchnia komórki jest

pokryta cukrowcami

W komórkach eukariotycznych wiele lipidów wchodzących w skład

zewnętrznej warstwy błony ma przyłączone kowalencyjnie cukry,
tworząc glikolipidy (2). Do większości białek również są
przyłączone łańcuchy cukrowe, i stąd nazwa - glikoproteiny (1).

Wszystkie cukrowce wchodzące w skład glikolipidów i glikoprotein są

zatem umieszczone tylko po jednej stronie błony i tworzą na
powierzchni komórki płaszcz cukrowy o nazwie glikokaliks. Jest
ona istotnym elementem ochrony powierzchni komórki przed
uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi, zapewniają
śliskość komórce, a także odgrywają znaczącą rolę we
wzajemnym rozpoznawaniu komórek i ich przyleganiu.

1

2

Odbiór bodźców

W stanie spoczynku powierzchnia zewnętrzna błony jest

naładowana dodatnio, a wewnętrzna ujemnie. Błona jest
więc spolaryzowana. Utrzymanie błony w stanie
polaryzacji jest warunkiem pobudliwości. Możliwe jest to
dzięki

istnieniu

specjalnego

mechanizmu

zapobiegającego wyrównaniu różnicy stężeń jonów po
obu stronach błony.

Funkcje błony:
• oddziela środowisko wewnętrzne od zewnętrznego
• otacza wszystkie żywe składniki komórki
• tworzy wewnątrz komórki przedziały, dzieli ją na

sektory, po to, aby oddzielić przeciwstawne procesy
zachodzące w komórce

• chroni przed wnikaniem szkodliwych substancji i

drobnoustrojów

• wybiórczo przyjmuje i oddaje różne substancje do

środowiska zewnętrznego i wewnętrznego

• odpowiada za wrażliwość

Rodzaje transportu błonowego

• Dyfuzja prosta

- jest to proces

bierny

(nie

wymagający

nakładu energii z zewnątrz) w
wyniku którego cząsteczki
roztworu przemieszczają się
zgodnie z gradientem stężeń
(z

obszaru

o

większym

stężeniu (A) do obszaru o
mniejszym stężeniu (B) ).
Takie właściwości mają cząstki
O

2

, CO

2

. Ruch cząsteczek

ustaje po wyrównaniu się ich
stężenia w roztworze.

A

B

Rodzaje transportu błonowego

Dyfuzja ułatwiona (wspomagana)

-

polega na transporcie cząsteczek

zgodnie z gradientem stężeń, za

pomocą specjalnych przenośników

(1).

Proces

ten

umożliwia

przechodzenie przez błonę cząstek,

które ze względu na wielkość nie

mogą przechodzić przez błonę na

drodze dyfuzji prostej (wiele jonów i

substancji odżywczych). Dyfuzja

wspomagana nie wymaga nakładu

energii!

Za

pomocą

dyfuzji

wspomaganej odbywa się transport

glukozy

przez

błonę

krwinek

czerwonych i mięśni szkieletowych.

1

A

B

Rodzaje transportu błonowego

Transport aktywny

- transport

substancji

wbrew

gradientowi stężeń z
wykorzystaniem energii (1)
pochodzącej bezpośrednio
z rozkładu ATP.

A

B

1

Podsumowanie

Błona biologiczna:
• budowa obu warstw nie jest równomierna – jest

asymetryczna

• ma budowę mozaikową – mozaikowo rozmieszczone są

w zrębie, jak i na powierzchni różnego rodzaju białka

• wybiórczo przyjmuje i oddaje substancje – jest

selektywna

• jej cząsteczki składowe mogą wykonywać względem

siebie pewne ruchy – jest strukturą dynamiczną i płynną

• jest wrażliwa na bodźce – ma zdolność odbierania i

przekazywania impulsów nerwowych

• u zwierząt umożliwia łączenie sąsiednich komórek

Literatura:

• Lewiński W., Walkiewicz J., 2000. Biologia 1. Operon,

Rumia

• Biologia, 1994, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i

Leśne, Warszawa

• Alberts B. i in., 1999. Podstawy biologii komórki. PWN,

Warszawa