04.03.2009, wykład nr 2., - Budowa i funkcje błony komórkowej oraz
transport przez błony.
Budowa i funkcje błony komórkowej oraz transport przez błony
Cechy błony komórkowej :
•
grubość ok. 5-7 nm
•
cienka i delikatna
•
elastyczna model płynnej mozaiki
•
półprzepuszczalna- dwie warstwy lipidów stanowią istotę struktury błony i działają
jako bariera półprzepuszczalna
Przepuszczalność błony komórkowej. Im mniejsza cząsteczka i mniej polarna tym szybciej
dyfunduje (woda i małe cząsteczki niepolarne- na drodze prostej dyfuzji). Jony, cukry
aminokwasy itp. przenoszone przez wyspecjalizowane błonowe białka transportowe.
Funkcje błony komórkowej:
•
Regulują transport wybranych substancji z i do komórki
•
Reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne
•
pełnią funkcję enzymatyczne, katalizując różne reakcje metaboliczne
•
Utrzymują równowagę między cieśnieniem osmotycznym wewnątrz i na zewnątrz
komórki,
•
Ruch komórki decyduje o kształcie komórki
•
Chronią komórkę przed działaniem czynników chemicznych i fizycznych, a także
przed wnikaniem obcych czynników.
Składniki błon- głównie lipidy i białka a także węglowodany
•
lipidy błonowe zbudowane z hydrofilowej głowy i hydrofobowego ogona (cząsteczki
amifipatyczne)
•
najliczniejsze to fosfolipidy- w których hydrofilowa głowa z resztą cząsteczki
połączona jest grupą fosforanową (fosfatydlocholina)
Fosfolipidy błonowe:
•
fosfatydylocholina
•
Fosfatydyloloserna
•
Fosfatydyloloinozytol
•
Fosfatydyloetanloamina
•
Sfingomielina
Ruchliwość fosfolipidów.
•
Dyfuzja boczna kiedy mogą się przemieszcza w obrębie jednej warstwy
•
Rotacja
•
Zjawisko flip-flop przeskok z jednej warstwy do drugiej, zachodzi rzadko
Płynność dwuwarstwy lipidowej zależy od:
•
rodzaju ogona węglowodorowego fosfolipidu
•
długość - stopień nienasycenia
- dwuwarstwa jest tym bardziej płynna im więcej zawiera nienasyconych łańcuchów
węglowodorowych
- im ściślejsze i bardziej regularne jest upakowanie ogonów tym jest ona bardziej lepka i
mniej płynna
•
obecności cholesterolu w komórkach zwierzęcych( sztywne cząsteczki steroidu
wypełniają wolną przestrzeń pomiędzy fosfolipidami)
Płynność błony dla komórkowej jest ważną cechą:
•
umożliwia szybką dyfuzję białek błonowych w dwuwarstwie lipoidowej i ich wzajemne
oddziaływanie np. w sygnalizacji komórkowej
•
Dzięki płynności możliwe jest dyfuzyjne rozprowadzenie lipidów i białek błonowych z
miejsc, w których są one po swojej syntezie wbudowywane do miejsc w których są one po
swojej syntezie wbudowywane do innych obszarów komórki
•
Umożliwia fuzję błon ze sobą i wymieszanie ich cząsteczek- to przy podziale komórki
zapewnia równomierne rozdzielenie tworzących błonę cząsteczek pomiędzy komórki
potomne
Cholesterol (10%)- należy do steroidów, jego rola to uszczelnienie błony w komórce zwierząt.
Modeluje on płynność błony, brak go u roślin, drożdży i bakterii.
Asymetryczna dwuwarstwa lipidowa- glikolipidy występują tylko w poza cytozolowej części
błony, cholesterol jest rozmieszczony prawie równomiernie w obu warstwach.
Asymetria lipidów ma swój początek w miejscu ich powstawania:
•
nowe cząsteczki są syntetyzowane w kom. Przez enzymy błonowe ( których strukturami
są kw. tłuszczowe dostępne w jednej z monowarstw) – zostają one w monowarstwie.
- następnie, aby błona mogła rosnąć jako całość- odpowiednia część cząsteczek zostaje
przeniesiona do drugiej monowarstwy (flipazy- enzymy katalizujące przemieszczanie)
Białka błonowe- 25-75% (u zwierząt- ok. 50% masy większości błon), jest ich znacznie więcej w
błonach struktur aktywnych metabolicznie, większość funkcji błony pełniona jest przez białka.
Białka transportowe, białka łączące, receptory, enzymy
Klasyfikacja
białek
Przykład
Funkcja
Białka
transportujące
Pompa Na
+
Wypompowuje z komórki Na
+
i wprowadza jon K
+
Białka wiążące
Integryny
Wiąże wewnątrzkomórkowo
filamenty aktynowe z białkami
substancji zewnątrzkomórkowej
Receptory
Receptor adrenaliny
Wiąże adrenalinę i wytwarza
sygnał regulujący metabolizm
komórki
Enzymy
Cyklaza adenylenowa
Katalizuje
wytwarzanie
cyklicznego ATP
Sposoby wiązania białek z dwuwarstwą lipidową- białka transbłonowe mogą formować albo α
helisy albo zamkniętą strukturę β. Pewne z nich łączą się poprzez wiązania kowalencyjne
przyłączenie lipidu lub samego łańcuch węglowodorowego lub poprzez słabe niekowalencyjne
wiązanie z innymi białkami.
•
Każde białko błonowe- ma w błonie niepowtarzalną orientacje- jest ona konsekwencją
sposobu w jaki białko jest syntetyzowane i wprowadzane do błony.
•
białko transportowe wystawia do cytozolu zawszę tą samą domenę- mogą być uwolnione
z błon tylko w drodze rozerwania dwuwarstwy lipidowej przez detergenty- są to
integralne białka błonowe
•
białka błonowe peryferyczne- można je uwolnić z błon poprzez zastosowanie łagodnych
procedur ekstrakcji- zrywają one oddziaływania białko-białko nie naruszając przy tym
dwuwarstwy lipidowej
Węglowodany błon:
•
stanowią 2- 10%
•
występują głownie jako oligosacharydy związane kowalencyjnie z białkami
(glikoproteiny), z lipidami błon (glikolipidy)
•
występują tylko na zewnątrz powierzchni błony jako monosacharydy, galaktoza, glukoza,
galaktozamina, glukozoamina, kwas sialowy
•
kwas sialowy odpowiedzialny jest za ujemy ładunek elektryczny powierzchni komórki
•
węglowodany odgrywają swoistą rolę w rozpoznawaniu innych komórek przez wiązanie
się ze swoistymi białkami ich powierzchni.
Glikokaliks – zbudowany jest z bocznych łańcuchów oligosacharydowych przyłączonych do
glikolipidów, glikoprotein błonowych, a także łańcuchów polisacharydowych włączonych w
proteoglikony błonowe; w jej skład mogą także wchodzić glikoproteiny i proteoglikony
wydzielone przez komórkę i zwrotne zaabsorbowane na jej powierzchni.
Glikokaliks:
•
ochrona powierzchni kom. przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi
•
oligosacharydy i polisacharydy wchłaniają wodę- zapewnia to śliskość powierzchni kom.
(m.in. zapobiega zlepianiu się krwinek)
•
odgrywają rolę we wzajemnym rozpoznawaniu się komórek (np. kom. jajowej przez
plemnik)
•
jak również w adhezji
Rodzaje transportu przez błony: Transport bierny( dyfuzja), transport lub dyfuzja ułatwiona,
transport aktywny, endo i egzocytoza.
Transport, dyfuzja bierna- ruch cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń (od wyższego do
niższego):
•
nie wymaga nakładu energii
•
przykład transportowanych cząsteczek: tlen, CO
2
, H
2
O, węglowodory, mocznik, etanol,
glicerol
•
szybkość cząst. Nienaładowanych zależy od różnicy stężeń
•
naładowanych od różnicy stężeń i ładunku elektrycznego.
Transport ułatwiony odbywa się przez: śródbłonowe białka nośnikowe ( przenośnik), kanały ( białka
kanałowe)
Śródbłonowe białka nośnikowe:
•
cz. białka śródbłonkowego podobne są do enzymów,
•
wiąże się przejściowo z substratem i transportują go przez błonę zgodnie z gradientem stężeń
•
cząsteczka białka transportującego ulega zmianie konformacji- zmiany te powodują
naprzemienne „otwieranie się” cz. Białka nośnikowego
Śródbłonowe białka transportowe:
•
białka uniportalne- transportujące jeden rodzaj jonów lub cząsteczek w jednym kierunku
•
białka symportalne- transportujące jednocześnie jony i cząsteczki w tym samym kierunku
•
białka antyportalne- transportujące jony i cząsteczki, jony w jednym kierunku, a cząsteczki w
przeciwnym.
Białka kanałowe:
•
mogą być otwarte stale, lub zamknięte i otwierać się tylko czasowo
•
otwarte przepuszczają jony i cząsteczki zgodnie z gradientem stężeń i gradientem
elektrochemicznym
•
przejściowe otwieranie kanalików białkowych może dokonywać się przez: związanie ligandu
(np. neromediator? ), zmianę ładunku elektrycznego błony
Odmianą białek kanałowych są połączenia typu neksus ( synapsy elektryczne).