12. Błony biologiczne

Prof. dr hab. inż. Korneliusz Miksch

Silesian University of Technology, Gliwice, Poland

Environmental Biotechnology Department

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Błony biologiczne

Błona biologiczna (błona plazmatyczna) - podstawowa 
jednostka strukturalna wszystkich błon występujących w 
komórce.  Składa  się  z  dwuwarstwy  cząsteczek 
fosfolipidów  oraz  z  cząsteczek  białka,  które  są  na  stałe 
wbudowane  pomiędzy  fosfolipidy  albo  tylko  luźno 
przymocowane do błony

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Dwuwarstwowa błona (schemat ogólny)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Funkcje błon

•pełnią  funkcje  enzymatyczne,  katalizując  różne 
reakcje metaboliczne, 
•reagują  na  bodźce  chemiczne,  termiczne  i 
mechaniczne, 
•utrzymują 

równowagą 

między 

ciśnieniem 

osmotycznym wewnątrz i na zewnątrz komórki. 
•regulują   transport  wybranych  substancji  z  i  do 
komórki, 
•chronią  komórki  przed  działaniem  czynników 
fizycznych i chemicznych, a także przed wnikaniem 
obcych 

organizmów, 

w 

szczególności 

chorobotwórczych.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Błona biologiczna (schemat z składnikami)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fosfolipidy  -  Cząsteczka  fosfolipidu  składa  się  z  dwóch 
fragmentów  różniących  się  powinowactwem  do  wody: 
hydrofilowej 

główki 

i 

hydrofobowego 

ogonka. 

Hydrofobowy ogonek cząsteczki fosfolipidu jest utworzony 
przez  dwa  łańcuchy  kwasów  tłuszczowych.  W  skład 
hydrofilowej  główki  fosfatydylocholiny  (jednego  z 
głównych fosfolipidów błon biologicznych) wchodzą: 
- reszta glicerolu, 
- grupa fosforanowa, 
- reszta choliny połączona z grupą fosforanową.
 

Fosfolipidy

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fosfolipid

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fosfolipidy- podstawowa struktura

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fosfolipidy (schemat fosfatydylocholiny)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fosfolipidy

Poszczególne błony komórki różnią się od siebie rodzajem 
białek  i  lipidów,  ale  ich  ogólny  schemat  budowy  jest  taki 
sam. Cząsteczki fosfolipidów układają się naprzeciw siebie 
i  tworzą  półpłynną  dwuwarstwę  lipidową,  w  której  są 
zakotwiczone białka błonowe. Błona plazmatyczna nie jest 
strukturą  sztywną:  fosfolipidy  i  białka  przez  cały  czas 
poruszają  się  względem  siebie.  Wszystkie  błony 
biologiczne  składają  się  z  dwuwarstwy  lipidowej  oraz 
białek,  jednak  poszczególne  rodzaje  błon  są  zbudowane  z 
różnych  białek  i  lipidów.  Na  przykład  wewnętrzna  błona 
mitochondrium zawiera inne białka, niż błona komórkowa 
(błona  oddzielająca  wnętrze  komórki  od  płynu 
zewnątrzkomórkowego)
 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Białka błonowe

Białka błonowe to białka związane z błonami biologicznymi. 
Dzielą się na białka integralne, wbudowane na stałe w błonę  i 
białka  powierzchniowe,  słabo  związane  z  wewnętrzną  albo 
zewnętrzną powierzchnią błony białkowo-lipidowej
Białka  integralne  (transbłonowe)  -  Białka  wbudowane  w 
błonę  plazmatyczną.  Przynajmniej  jeden  fragment  białka 
transbłonowego  jest  „na  stałe”  zakotwiczony  pomiędzy 
cząsteczkami fosfolipidów błony
Białka powierzchniowe (peryferyczne) - Luźno połączone z 
błoną  białko,  które  można  łatwo  usunąć  z  wewnętrznej  albo 
zewnętrznej powierzchni błony biologicznej.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Błony komórkowe (schemat)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Białka transportowe

Białko  transportowe  (przenośnikowe,  translokujące, 
permeazy) - Białko błonowe przenoszące inne cząsteczki lub 
jony  z  jednej  strony  błony  plazmatycznej  na  drugą.  Białka 
przenośnikowe  (zwane  także  transporterami)  potrafią 
rozpoznawać  i  wiązać  cząsteczki  przeznaczone  do 
przeniesienia  przez  błonę.  Cząsteczka  przyłączona  przez 
transporter  jest  przenoszona  na  druga  stronę  błony 
biologicznej.  Po  uwolnieniu  przenoszonej  cząsteczki  białko 
przenośnikowe  przygotowuje  się  do  transportu  następnej 
cząsteczki.  Niekiedy  przenoszeniu  cząsteczki  przez  białko 
przenośnikowe  towarzyszy  transport  jakiegoś  jonu  w  tym 
samym  kierunku  w  którym  przenoszona  jest  cząsteczka 
(symport) albo w przeciwnym kierunku (antyport). 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Przepuszczalność błon

Błony  biologiczne  są  selektywnie  przepuszczalne. 

Oznacza  to,  że  nie  wszystkie  cząsteczki  mogą  równie 

łatwo przechodzić z jednej strony błony na druga. Dla 

niektórych 

cząsteczek 

błony 

plazmatyczne 

są 

nieprzepuszczalne,  a  inne  cząsteczki  mogą  być 

transportowane  przez  błonę  białkowo-lipidową  przy 

użyciu specjalnych przenośników białkowych

 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Transport związków wielkocząsteczkowych

 

Komórki mogą pobierać związki wielkocząsteczkowe nie 

rozpuszczone, jak i rozpuszczone w wodzie. Ze względu 
na wielkość i powierzchniowy ładunek tych związków 
transport ich ma odmienny charakter niż błonowy 
transport jonów i związków małocząsteczkowych. 
Transport związków wielkocząsteczkowych do komórek 
organizmów wyższych zachodzi poprzez fagocytozę i 
endocytozę, a dla organizmów jednokomórkowych 
poprzez pinocytozę. Do takiego transportu nie są zdolne 
bakterie.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Transport wielkocząsteczkowy –fagocytoza, endocytoza, 

pinocytoza (schemat)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fagocytoza

Fagocytoza  jest  to  pobieranie  drobnych,  nieroz-
puszczalnych  cząstek  (bakterii,  wirusów,    szczątków 
organicznych)  na  zasadzie  inwaginacji  (wpuklania  do 
wewnątrz  lub  wypustek)  plazmolemy.  Materiał  będący  w 
pobliżu  błony  komórkowej  może  być  otaczany  przez 
„pseudopodia” plazmolemy. Pęcherzyk zawierający pobraną 
cząstkę  oddziela  się  od  błony  komórkowej  i  wnika  do 
cytoplazmy. 

Wewnątrz 

cytoplazmy 

dochodzi 

do 

enzymatycznej  degradacji  zawartości  pęcherzyka  (proste 
związki  organiczne:  aminokwasy,  cukry  włączane  są  do 
wewnątrzkomórkowych  szlaków  metabolicznych).  Nie 
strawione  resztki  zostają  wydalone  z  komórki  w  procesie 
egzocytozy

. 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Fagocytoza

Niektóre  komórki  układu  odporościowego  fagocytują  i 
niszczą  mikroorganizmy  chorobotwórcze.  W  ten  sposób 
chronią  nasz  organizm  przed  zakażeniem.  Fagocytowana 
bakteria przyczepia się do zewnętrznej powierzchni błony 
komórkowej.  Błona  komórkowa  rozciąga  się  i  otacza 
bakterię, tworząc pęcherzyk zwany fagosomem. Fagosom 
przechodzi  do  cytoplazmy  razem  z  bakteria,  która  jest  w 
nim zamknięta. Następnie lizosomy łączą się z fagosomem 
i wylewają do niego enzymy trawiące komórkę bakteryjną

 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Endocytoza

Endocytoza  jest  procesem  trochę  podobnym  do 
fagocytozy,  ale  dotyczy  mniejszych  cząsteczek,  na 
przykład pojedynczych białek. Cząsteczki pobierane przez 
komórkę  na  zasadzie  endocytozy  są  wyłapywane  z 
otoczenia  komórki  przez  odpowiednie  białka  błonowe, 
które spełniają funkcję receptorów. Receptory połączone z 
wychwyconymi  cząsteczkami  gromadzą  się  w  obrębie 
specjalnych  dołków  w  błonie  komórkowej.  Dołki 
pogłębiają  się  i  tworzą  małe  pęcherzyki  określane  jako 
endosomy.  Endosomy  mogą  łączyć  się  w  większe 
zgrupowania lub rozpadać na mniejsze struktury. 

 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Endocytoza

Pęcherzyki  przemieszczają  się    w  głąb  cytoplazmy,  gdzie 
dochodzi  do  enzymatycznej  degradacji  ich  zawartości. 
Jeżeli  proces  ten  jest  niekompletny,  nie  strawione 
substancje występują w komórkach jako ciała resztkowe. U 
zwierząt  wyżej  zorganizowanych  ciała  resztkowe 
przebywają  w  komórkach  (nerwowych  i  mięśniowych) 
przez  długi  okres.  Po  pewnym  czasie  endosomy  wydalają 
swoją  zawartość  na  zewnątrz  cytoplazmy.  W  niektórych 
przypadkach  po  zakończeniu  endocytozy  cząsteczki 
receptorów  mogą  być  z  powrotem  włączane  w  błonę 
komórkowa. 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Endocytoza (schemat)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Pinocytoza

Pinocytoza  jest  to  sposób  odżywiania  się  organizmów 
jednokomórkowych  lub  wielokomórkowych  (np.  gąbek). 
Jest  to  nieswoiste  pobieranie  małych  kropel  płynu 
zewnątrzkomórkowego  do  wnętrza  komórek.  Błona  ulega 
wpukleniu  do  środka  tworząc  pęcherzyk  zawierający 
pobraną  kroplę.  Wewnątrz  cytoplazmy  dochodzi  do 
enzymatycznej  degradacji  zawartości  pęcherzyka  (po 
rozpuszczeniu  otoczki  uwalniane  są  proste  związki 
organiczne:  aminokwasy,  cukry,  które  są  włączane  do 
wewnątrzkomórkowych szlaków metabolicznych).  

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Transport związków małocząsteczkowych

Transport 

przez 

błony 

biologiczne 

związków 

małocząsteczkowych  -  Cząsteczki  różnych  substancji 
mogą  przenikać  przez  błony  białkowo-lipidowe  na 
zasadzie  dyfuzji,  dyfuzji  ułatwionej  lub  transportu 
aktywnego.  Proces  przechodzenia  wody  przez  błony 
biologiczne nosi nazwę osmozy.
Osmoza  -  Przechodzenie  cząsteczek  wody  przez 
selektywnie przepuszczalną błonę białkowo-lipidową.
Dyfuzja  -  Proces  samorzutnego  przenikania  cząsteczek 
jednej substancji pomiędzy cząsteczki drugiej substancji.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Transport związków małocząsteczkowych

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Dyfuzja ułatwiona

Dyfuzja  ułatwiona  -  Transport  cząsteczek  przez  błonę 
biologiczną  przy  użyciu  białek  transportowych,  ale  z 
zachowaniem  gradientu  stężeń  i  bez  zużywania  energii 
przez  komórkę.  Na  drodze  dyfuzji  ułatwionej  mogą  być 
transportowane  cząsteczki  niektórych  substancji,  na 
przykład  aminokwasów.  W  tym  procesie  uczestniczą 
specjalne  białka  przenośnikowe  wbudowane  w  błonę 
plazmatyczną.  Białka  transportowe  biorą  udział  zarówno 
w  dyfuzji  ułatwionej,  jak  rownież  procesach  transportu 
aktywnego.

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Dyfuzja ułatwiona

Dyfuzja  ułatwiona  jest  szybsza  od  zwykłej  dyfuzji, 
ponieważ  białka  transportowe  sprawnie  wyłapują 
cząsteczki  przeznaczone  do  przeniesienia  przez  błonę. 
Jednak  w  przeciwieństwie  do  transportu  aktywnego 
dyfuzja  ułatwiona  zawsze  odbywa  się  zgodnie  z 
gradientem  stężeń  -  cząsteczki  są  transportowane  z  tej 
strony błony, gdzie jest ich więcej, na tę stronę, gdzie jest 
ich  mniej.  Dlatego  w  tym  procesie  nie  jest  zużywana 
energia  zmagazynowana  w  wysokoenergetycznych 
wiązaniach cząsteczek ATP. 
 
 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Transport aktywny

Transport  aktywny  -  Transport  przez  błonę  biologiczną, 
odbywający 

się 

przeciwnie 

do 

gradientu 

stężeń 

transportowanej substancji, a więc są one wypompowywane z 
roztworu, w którym jest ich mniej, do roztworu, w którym jest 
ich  więcej.  Pokonanie  gradientu  stężeń  wymaga  zużycia 
pewnej ilości energii zmagazynowanej w ATP.  

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Dyfuzja, dyfuzja ułatwiona, transport aktywny (schemat)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Transport grupowy (schemat)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Translokacja grupowa

Translokacja  grupowa  -  Jest  formą  transportu 
aktywnego,  ale  różni  się  od  typowego  tym,  że  w  czasie 
wchodzenia  do  komórki  substrat  ulega  modyfikacji. 
Natomiast w omówionym wcześniej typowym transporcie 
aktywnym, cząsteczka uwalniana w cytoplazmie jest taka 
sama  jak  na  zewnątrz.  A  w  w  translokacji  grupowej, 
pobrany    cukier,  dostarczany  jest  do  wnętrza  komórki  w 
postaci  fosfocukru.  Glukoza,  fruktoza,  mannoza  i  inne 
węglowodany  są  pobierane  za  pośrednictwem  systemu 
fosfotransferazowego 

zależnego 

od 

fosfoenolopirogronianu (PEP).

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Translokacja grupowa

W  translokacji  grupowej  uczestniczą  cztery  enzymy 
(schemat).  Enzym  II  jest  integralnym  białkiem  błony,  który 
tworzy  kanał  i  katalizuje  fosforylację  cukru.  Grupa 
fosforanowa  nie  pochodzi  bezpośrednio  od  PEP,  lecz  zostaje 
najpierw  przekazana  przez  enzym  I  do  małego, 
termostabilnego białka, zwanego HPr. Ufosforylowana forma 
HPr  (HPr  ~  P)  reaguje  z  enzymem  peryferycznym  białkiem 
błony(enzym  III),  od  którego  enzym  II  odbiera  grupę 
fosforanową i przenosi ją na cukier. Enzymy błonowe II i III 
są swoiste dla poszczególnych cukrów, podczas gdy enzym I i 
HPr  uczestniczą  we  wszystkich  procesach  przenoszenia 
(translokacji)  cukrów  z  udziałem  PEP.  W  transporcie 
niektórych cukrów nie uczestniczy enzym III. 

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Typy transportu przez błony (schemat blokowy)

http://kbs.ise.polsl.pl

Environmental Biotechnology Department, SUT

Dziękuję za uwagę