WŁAŚCIWOŚCI I FUNKCJE BŁON BIOLOGICZNYCH
Błony biologiczne ze względu na strukturę i właściwości oddzielają wnętrze komórki od środowiska zewnętrznego oraz wydzielają różne funkcjonalnie obszary wewnątrz komórki. Wyróżnia się błonę komórkową (plazmolemmę), która otacza całą komórkę, oraz błony śródplazmatyczne, które wyodrębniają poszczególne organelle wewnątrzkomórkowe, np. jądro komórkowe, mitochondria, lizosomy. W błonach biologicznych zachodzą procesy biochemiczne, np. fosforylacja fotosyntetyczna w błonie tylakoidów czy reakcje łańcucha oddechowego w błonie wewnętrznej mitochondriów. Błony biologiczne uczestniczą również w wymianie substancji chemicznych (jonów i makrocząsteczek) oraz produktów reakcji metabolicznych między komórką a środowiskiem.
Wszystkie błony biologiczne są zbudowane z lipidów (24% - 80%) i białek (18% - 75%);
w niektórych błonach występują też sacharydy (2% - 8%). Wśród lipidów zasadniczą część stanowią fosfolipidy, a także cholesterol i glikolipidy. Dzięki amfifilowej budowie cząsteczki fosfolipidy, a także inne lipidy, w środowisku wodnym spontanicznie przyjmują formę dwuwarstwowej struktury zwanej dwuwarstwą lipidową. Części hydrofobowe lipidów są wtedy skierowane ku sobie (cząsteczki leżą naprzeciwlegle), a części hydrofilowe – do otaczającego środowiska wodnego.
Dwuwarstwa lipidowa jest strukturą dynamiczną – fosfolipidy mogą się poruszać zarówno
w obrębie jednej z warstw, jak i między warstwami. Zdolność lipidów do poruszania się w dwuwarst-wie lipidowej decyduje o płynności błony. Na płynność błony w komórkach wpływa cholesterol
(u roślin fitosterole); jego obecność w przestrzeniach między cząsteczkami fosfolipidów powoduje
w temperaturze fizjologicznej usztywnienie błony, czyli zmniejszenie ruchliwości jej komponentów. Ruch lipidów między warstwami zachodzi znacznie rzadziej niż w obrębie jednej warstwy. Dzięki temu błona zachowuje asymetrię. Jednym z przejawów asymetrii błony jest fakt, że po stronie wewnętrznej i zewnętrznej błony mogą występować różne lipidy, np. aminofosfolipidy występują tylko po stronie skierowanej do środowiska wewnątrzkomórkowego. W błonie występują wyspecjalizowane białka , które przywracają asymetrię w razie jej zaburzenia.
Dwuwarstwa lipidowa stanowi zrąb błony biologicznej i jest jej głównym elementem barierowym. Za większość funkcji biologicznych błon odpowiadają białka, które albo są zanurzone
w dwuwarstwie albo są związane z jej powierzchnią, Taki model budowy błony biologicznej, zwany modelem płynnej mozaiki, został zaproponowany w 1972 roku przez Jonathana Singera i Gartha Nicolsona.
Białka łączą się z dwuwarstwą lipidową za pomocą:
oddziaływań elektrostatycznych;
wiązania kowalencyjnego z lipidami
zakotwiczającego łańcucha hydrofobowego, który może przebijać jedna bądź obydwie mono-warstwy
łańcucha polipeptydowego kilkakrotnie przebijającego dwuwarstwę lipidową.
Ze względu na lokalizację w błonie białka dzieli się na:
peryferyczne (powierzchniowe) – słabo wiążące się z dwuwarstwą lipidową; występują
w obszarach zewnętrznych błony; są to najczęściej enzymy błonowe
integralne – silnie związane z dwuwarstwą lipidową; są one odpowiedzialne za selektywny transport substancji ze środowiska zewnątrzkomórkowego do wnętrza komórki i odwrotnie.
Zarówno białka, jak i fosfolipidy błony komórkowej mogą przyłączać reszty cukrowe. Powstające w ten sposób glikoproteiny i glikolipidy tworzą barierę zwaną glikokaliksem, chroniącą komórkę przed działaniem substancji chemicznych i urazami mechanicznymi. Glikokaliks jest kolejnym elementem asymetrii błony – tworzy się on tylko na zewnętrznej (skierowanej do środowiska) warstwie błony komórkowej.
Jedną z podstawowych funkcji błon komórkowych jest umożliwienie komunikacji między komórkami. Fragmenty glikokaliksu, cząsteczki lipidów lub białek błonowych są rozpoznawane przez czynniki układu odpornościowego, który potrafi odróżnić elementy własne organizmu od obcych. Wyspecjalizowane białka – receptory błonowe są odpowiedzialne za przekazywanie sygnałów między środowiskiem zewnętrznym i wewnętrznym komórki. Z błoną komórkową oddziałują białka cytoszkieletu, na przykład spektryna – pomagają utrzymać właściwy kształt erytrocytu.