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

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

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

Fosfolipidy- podstawowa struktura

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

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

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.