Budowa komórki eukariotycznej
cz. II
Błony biologiczne
Budowa komórki eukariotycznej
cz. II
Błony biologiczne
Błona komórkowa (plazmalemma) (1) występuje we
wszystkich żywych komórkach oddzielając je od
środowiska
zewnętrznego.
Najprostsze
formy
komórkowe – bakterie mają tylko jedną błonę - błonę
komórkową. Jednak komórki eukariotyczne zawierają
dodatkowo wielką ilość błon wewnętrznych (błony ER
(2), aparatu Golgiego (3), mitochondriów (4) i in.). Te
dalsze błony zbudowane są na tych samych zasadach
co błona komórkowa i podobnie jak ta ostatnia służą
jako selektywne bariery pomiędzy przestrzeniami
zawierającymi odrębne zbiory cząsteczek.
1
2
3
4
SYSTEM BŁON W KOMÓRCE
Budowa błon
Wszystkie błony w komórce są zbudowane z lipidów oraz
białek (1) i mają wspólny plan budowy ogólnej.
Komponent lipidowy stanowią miliony cząsteczek
lipidów ułożonych w dwie ściśle do siebie przylegające,
przeciwstawnie
zorientowane
warstwy
tworzące
dwuwarstwę lipidową (2). Stanowi ona istotę struktury
błony i działa jako bariera przepuszczalności. Cząsteczki
białek umożliwiają pozostałe funkcje błony i nadają
różnym błonom indywidualne właściwości.
2
1
Materiały pochodzą z Platformy
Edukacyjnej Portalu
www.szkolnictwo.pl
Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego
Użytkowników
wyłącznie
w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian,
przesyłanie,
publiczne
odtwarzanie
i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby
własne
oraz
do
wykorzystania
w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.
Lipidy błonowe
Lipidy błonowe zbudowane są z hydrofilowej („lubiącej wodę”)
głowy (1) oraz z jednego lub dwóch hydrofobowych
(„nielubiących wody”) ogonów węglowodorowych (2).
Cząsteczki o właściwościach zarówno hydrofilowych, jak i
hydrofobowych określa się jako amfipatyczne. Cechę tę
posiadają wszystkie rozdaje lipidów błonowych:
- fosfolipidy, które są najliczniej występującymi lipidami w
błonie
- sterole, takie jak cholesterol w błonach komórek zwierzęcych
- glikolipidy, których hydrofilową głowę stanowią cukry.
Amfipatyczność odgrywa zasadniczą rolę w organizowaniu
cząsteczek lipidów w dwuwarstwę.
1
2
Amfipatyczność cząsteczek
Cząsteczki hydrofilowe rozpuszczają się w wodzie,
ponieważ zawierają naładowane atomy lub grupy
polarne (grupy o nierównomiernym rozmieszczeniu
ładunków), mogące tworzyć wiązania z cząsteczkami
wody, które same są polarne.
Cząsteczki hydrofobowe są w wodzie nierozpuszczalne,
ponieważ ich atomy są nie naładowane i niepolarne,
dlatego też nie mogą tworzyć wiązań z cząsteczkami
wody.
Organizacja błony
Cząsteczki amfipatyczne są poddane zatem dwóm sprzecznie
działającym siłom: hydrofilowa głowa (1) jest przyciągana
przez wodę, natomiast hydrofobowe ogony (2) stronią od
wody i dążą do agregacji z innymi cząsteczkami
hydrofobowymi. Rozwiązanie tego konfliktu możliwe jest
przez utworzenie dwuwarstwy lipidowej, która jest formą
uporządkowania satysfakcjonującą obie strony, a zarazem
najbardziej korzystną energetycznie.
Hydrofilowe głowy (1) są zwrócone ku wodzie po obu stronach
dwuwarstwy; hydrofobowe ogony (2) są osłonięte przed
wodą i leżą tuż przy sobie we wnętrzu dwuwarstwy.
1
2
Błona jest płynną strukturą
Wodna środowisko istniejące na zewnątrz komórki i w jej
wnętrzu uniemożliwia ucieczkę lipidów błonowych z
dwuwarstwy, ale nic nie powstrzymuje tych cząsteczek
od przemieszczania się i wymieniania miejscami w
obrębie jednej monowarstwy. Dlatego też błona
zachowuje się jak dwuwymiarowy płyn – mówimy, że jest
substancją (ma strukturę) płynną.
Stopień płynności błony zależy od długości i stopnia
nasycenia
ogonów
węglowodorowych
oraz
(w
komórkach zwierzęcych) od obecności cholesterolu (2).
Te krótkie cząsteczki wypełniają przestrzenie pomiędzy
fosfolipidami
(1),
usztywniając
dwuwarstwę,
zmniejszając jej płynność i przepuszczalność.
1
2
Błona jest asymetryczna
Błony są z zasady asymetryczne, eksponując na zewnątrz komórki
lub danej organelli powierzchnię zupełnie inną niż ku wnętrzu,
stąd można wyróżnić we wszystkich błonach w komórce –
zarówno
w
błonie
komórkowej,
jak
i
w
błonach
wewnątrzkomórkowych,
osłaniających
organelle
–
dwie
wyraźnie różniące się powierzchnie: wewnętrzną – cytozolową
(eksponowaną do cytoplazmy) i zewnętrzną – niecytozolową
(eksponowaną albo do otoczenia komórki, albo do zewnętrznej
przestrzeni organelli).
Dwie warstwy dwuwarstwy często zawierają różny zbiór
fosfolipidów i glikolipidów. Co więcej, białka są wtopione w błonę
ze specjalną orientacją, krytyczną dla ich funkcji.
Zasadniczą
funkcją
błony
jest
tworzenie
bariery
kontrolującej przechodzenie cząsteczek przez błonę.
Główną rolę odgrywa tu hydrofobowe wnętrze
dwuwarstwy
lipidowej,
które
stanowi
barierę
zapobiegającą
przejściu
większości
cząsteczek
hydrofilowych.
Ogólnie
biorąc,
dyfuzja
przez
dwuwarstwę
jest
tym
szybsza,
im
cząsteczka
dyfundująca jest mniejsza i im łatwiej rozpuszcza się w
olejach (tj. im bardziej jest hydrofobowa, czyli
niepolarna).
Przepuszczalność błony
Małe cząsteczki
hydrofobowe O
2
, CO
2
,
N
2
Małe cząsteczki polarne
bez ładunku: woda,
glicerol, etanol
Większe cząsteczki bez
ładunku: aminokwasy,
glukoza, nukleotydy
Jony
Przepuszczalność błony
1. Małe cząsteczki niepolarne, takie jak tlen, czy
dwutlenek węgla łatwo rozpuszczają się w dwuwarstwie
lipidowej i dlatego szybko przez nią dyfundują
2. Nie naładowane cząsteczki polarne (o nierównomiernie
rozmieszczonym ładunku) również dyfundują szybko
przez dwuwarstwę, jeśli są dostatecznie małe, np. woda
i etanol przechodzą szybko, a natomiast aminokwasy i
glukoza nie dyfundują wcale
3. Dwuwarstwy lipidowe są wysoce nieprzepuszczalne dla
wszystkich jonów i cząsteczek naładowanych
Białka błonowe
Chociaż dwuwarstwa lipidowa stanowi podstawowy zrąb
każdej błony biologicznej i działa jako bariera
przepuszczalności, to większość funkcji błon pełnionych
jest przez białka błonowe.
Ze względu na stopień związania z błoną dzielimy je na:
- integralne (1), które są całkowicie lub w znacznym
stopniu zanurzone w błonę i trudno je z niej usunąć
- powierzchniowe (2), które nie są zanurzone w błonie i
łatwo je z niej usunąć.
Ze względu na pełnioną funkcję można wyróżnić białka:
- transportujące
- wiążące
- receptorowe
- enzymatyczne
1
2
Powierzchnia komórki jest
pokryta cukrowcami
W komórkach eukariotycznych wiele lipidów wchodzących w skład
zewnętrznej warstwy błony ma przyłączone kowalencyjnie cukry,
tworząc glikolipidy (2). Do większości białek również są
przyłączone łańcuchy cukrowe, i stąd nazwa - glikoproteiny (1).
Wszystkie cukrowce wchodzące w skład glikolipidów i glikoprotein są
zatem umieszczone tylko po jednej stronie błony i tworzą na
powierzchni komórki płaszcz cukrowy o nazwie glikokaliks. Jest
ona istotnym elementem ochrony powierzchni komórki przed
uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi, zapewniają
śliskość komórce, a także odgrywają znaczącą rolę we
wzajemnym rozpoznawaniu komórek i ich przyleganiu.
1
2
Odbiór bodźców
W stanie spoczynku powierzchnia zewnętrzna błony jest
naładowana dodatnio, a wewnętrzna ujemnie. Błona jest
więc spolaryzowana. Utrzymanie błony w stanie
polaryzacji jest warunkiem pobudliwości. Możliwe jest to
dzięki
istnieniu
specjalnego
mechanizmu
zapobiegającego wyrównaniu różnicy stężeń jonów po
obu stronach błony.
Funkcje błony:
• oddziela środowisko wewnętrzne od zewnętrznego
• otacza wszystkie żywe składniki komórki
• tworzy wewnątrz komórki przedziały, dzieli ją na
sektory, po to, aby oddzielić przeciwstawne procesy
zachodzące w komórce
• chroni przed wnikaniem szkodliwych substancji i
drobnoustrojów
• wybiórczo przyjmuje i oddaje różne substancje do
środowiska zewnętrznego i wewnętrznego
• odpowiada za wrażliwość
Rodzaje transportu błonowego
• Dyfuzja prosta
- jest to proces
bierny
(nie
wymagający
nakładu energii z zewnątrz) w
wyniku którego cząsteczki
roztworu przemieszczają się
zgodnie z gradientem stężeń
(z
obszaru
o
większym
stężeniu (A) do obszaru o
mniejszym stężeniu (B) ).
Takie właściwości mają cząstki
O
2
, CO
2
. Ruch cząsteczek
ustaje po wyrównaniu się ich
stężenia w roztworze.
A
B
Rodzaje transportu błonowego
Dyfuzja ułatwiona (wspomagana)
-
polega na transporcie cząsteczek
zgodnie z gradientem stężeń, za
pomocą specjalnych przenośników
(1).
Proces
ten
umożliwia
przechodzenie przez błonę cząstek,
które ze względu na wielkość nie
mogą przechodzić przez błonę na
drodze dyfuzji prostej (wiele jonów i
substancji odżywczych). Dyfuzja
wspomagana nie wymaga nakładu
energii!
Za
pomocą
dyfuzji
wspomaganej odbywa się transport
glukozy
przez
błonę
krwinek
czerwonych i mięśni szkieletowych.
1
A
B
Rodzaje transportu błonowego
Transport aktywny
- transport
substancji
wbrew
gradientowi stężeń z
wykorzystaniem energii (1)
pochodzącej bezpośrednio
z rozkładu ATP.
A
B
1
Podsumowanie
Błona biologiczna:
• budowa obu warstw nie jest równomierna – jest
asymetryczna
• ma budowę mozaikową – mozaikowo rozmieszczone są
w zrębie, jak i na powierzchni różnego rodzaju białka
• wybiórczo przyjmuje i oddaje substancje – jest
selektywna
• jej cząsteczki składowe mogą wykonywać względem
siebie pewne ruchy – jest strukturą dynamiczną i płynną
• jest wrażliwa na bodźce – ma zdolność odbierania i
przekazywania impulsów nerwowych
• u zwierząt umożliwia łączenie sąsiednich komórek
Literatura:
• Lewiński W., Walkiewicz J., 2000. Biologia 1. Operon,
Rumia
• Biologia, 1994, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i
Leśne, Warszawa
• Alberts B. i in., 1999. Podstawy biologii komórki. PWN,
Warszawa