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.