Budowa, właściwości i funkcje błon biologicznych

Błony biologiczne są podstawowymi elementamu budulcowymi wszystkich komórek. Komórka prokariotyczna ma tylko jedną błonę - błonę komórkową, która oddziela jej wnętrze od środowiska zewnętrznego i jest jednocześnie odpowiedzialna za kontakt z nim. W komórce eukariotycznej oprócz błoby komórkowej znajduje się wiele błon śródplazmatycznych, dzielących jej wnętze na przedziału o różnych właściowściach i funkcjach.

Budowa błon biologicznych

Wszystkie błony biologiczne mają podobną budowę. Dkładają się głównie z lipidów i białek. Lipidami są przede wszystkim fosfolipidy i glikolipidy. Ich cząsteczki mają jednocześnie właściowści hydrofilowe i hydrofobowe, stąd w środowisku wodnym panującym na zewnątz komórki i w jej wnętrzu tworzą podwójną warstwę (dwuwarstwę). Hydrofilowe głosy są zwrócone na zewnątrzm a hydrofobowe ogony - do wnętrza dwuwarstwy. Ma to istotne znaczenie dla funkcjonowania komórke, gdyż powoduje m.in. samoistne zasklepienie się uszkodzonej błony.

Białka występujące w błonach, głównie lipoproteiny i glikoproteiny, są związane z dwuwarstwą, przy czym ze względu na stopień związania dzieli się je na:

integralne, które są mocno połączone z dwuwarstwą lipidów. Zazwyczaj wnikają w nią, przy czym jedne, nazywane transbłonami, przenkają całkowicie i wystają z obu stron, a inne przez wiązania kowalencyje z lipidami, zakotwiczają się przy jej powierzchni;
powierzchniowe (peryferyczne) które nie wnikają do warstwy lipidowej, ale są z nią związane najczęściej przez inne białka błonowe, z którymi łączą się za pomocą słabych wiązań niekowalencyjnych.

Właściowości błon biologicznych

O właściowściach błon biologicznych decyduje ich budowa

płynność błony jest spowodowana nieustannym przemieszczaniem się fosfolipidów (najczęściej w obrębie jednej z warstw), przy czym stopień płynności zależy od rodzaju fosfolipidów. Im krótsze są ich łańcuchy węglowodorowe (ogony), tym bardziej płynna jest błona. Taka sama zależność dotyczy liczby podwójnych wiązań łańcuchowych węglowodorowych. Płynność lipidów umożliwia poruszanie się części białek błonowych. Wykonują one ruchy ale nie przemieszczają się z jednaj warstwy do drugiej. Płynność błony jest regulowana, np. w komórkach zwierzęcych przez cholesterol. Jego cząsteczki wnikają pomiędzy fosfolipidy, co usztywnia dwuwarstwę.
asymetria błony przejawia się tym, że każda jej warstwa ma swoisty skład lipidowy oraz własny zestaw osadzonych w niej białek. Na przykład łańcuchy cukrowe glikolipidów i glikoprotein występują wyłącznie po zewnętrznej stronie warstw błony otaczającej większość komórek zwierzęcych. Tworzą one ma powierzchni komórki warstwę nazywaną glikokaliksem. Chroni ona komórkę przed wuszkodzeniami chemicznymi i mechanicznymi oraz odgrywa ważną rolę w rozpoznawaniu się komórek.
selektywna przepuszczalność (półprzepuszczalność) błony oznacza że mogą przez nią swobodnie przenikać tylko małe niepolarne cząsteczki (np O₂, CO₂ N₂, natomiast małe cząsteczki polarne (np woda, glicerol) przenikają w ograniczonym stopniu. W transporcie wody przez błony w niektórych komórkach (np. czerwonych krwinkach, komórkach kanalików zbiorczych nerki) ze względu ma konieczność szybkiego transportu uczestniczą białka zwane akwaporynami. Transport wszystkich jonów oraz dużych cząsteczek polarnych bez ładunku (np. aminokwasów, nukleotydów i glukozy), dla których dwuwarstwa lipidów jest nieprzepuszczalna, również wymaga udziału odpowiednich błonek błonowych.

Funkcje błon biologicznych

Błony biologiczne pełnią następujące funkcje:

tworzą fizyczną przegrodę między komórką a jej otoczeniem - dzielą wnętrze komórki na przedziały,
kontrolują transport określonych cząsteczek i jonów między przedziałami lub wnętrzem komórki a jej otoczeniem,
odbierają sygnały ze środowiska zewnętrznego, co umożliwia odpowiednie dostosowanie reakcji metabolicznych zachodzących w obrębie danego przedziału i całej komórki.

Białka błonowe i ich funkcje
Przykłady buałek błonowych	Funkcje
Receptory, np. receptory hormonów peptydowych	Umożliwiają komunikowanie się komórki z otoczeniem
Enzymy, np. cyklaza adenylowa	Przyspieszją przebieg reakcji zachodzących w komórce
Białka kotwiczące, np. spektryna	Zwiększają odporność mechaniczną błony
Białka transportujące, np. pompa sodowo - potasowa

Transport przez błony biologoczne

Przenikanie substancji przez błonę biologiczną odbywa się w wyniku:

procesów zachodzących bez zmian w strukturze błony (transport bierny transport czynny);
procesów, w których struktura błony ulega zmianom (endocytoza i egzocytoza).

Transport bierny i transport czynny

Transport cząsteczek przez błonę z miejsca o ich dużym stężeniu do miejsca o małym stężeniu, czyli zgodnie z różnicą stężeń, zachodzi spontanicznie i nie wymaga nakładu energii. Z tego powodu nosi nazwę transportu bierniego. Woda, tlen cząsteczkowy, azot czy dwutlenek węgla przechodzą przez błonę bezpośrednio (dyfuzja prosta). Natomiast cukry i aminokwasy wymagają nośnika w postaci transportujących białek błonowych (dyfuzja ułatwiona).
Cząsteczki mogą również przenikać przez błonę wbrew różnicy stężeń - z miejsca o małym stężeniu do miejsca w którym stężenie jest duże. Ruch ten wymaga nakładu energii, dlatego określa się go jako transport czynny (aktywny). Odbywa się on wyłącznie za pośrednictwem białek nosśnikowych, zdolnych do wykorzystania określonych źródeł energii, np. ATP.

Białka transportujące

Wśród białek transportujących wyróżnia się dwie główne klasy:

białka kanałowe tworzą w dwuwarstwie lipidowej hydrofilowe kanały, przez które mogą być transportowane określone jony nieorganiczne oraz prawie wszystkie dostatecznie male i niosące odpowiedni ładunek cząsteczki substancji organicznych. Kanały te otwierają się i zamykają w reakcji na bodźce pochodzące z wnętrza komórki lub z jej środowiska zewnętrznego;
białka nośnikowe wiążą cząsteczki substancji znajdujących się po jednej stronie błony, po czym zmieniaja strukturę przestrzenną na taką, która umożliwi przemieszczenie cząsteczek przez błonę. Następnie uwalniają je po drugiej stronie i powracają do wyjściowej struktury przestrzennej. Białka nośnikowe często transportują tylko jeden tym cząteczek (np. wyłącznie D-glukozę).

Transport czynny - pompa sodowo-potasowa

Przykładem nośnika uczestniczącego w transporcie aktywnym w komórkach zwierzęcych jest pompa sodowo-potasowa. Działa ona bez przerwy, utrzymując wewnątrz komórki mniejsze stężenie jonów sodu (ok. 10 -30 razy) i większe stężenie jonów potasu (ok. 10 -30 razy) niż na zewnątrz. Ma to istotne naczenie min. dla przewodnictwa nerwowego. Białko transportujące (pompujące) jony zmienia swój kształt, a także otwiera sie i zamyka, wiążąc lub uwalniając jony raz po jednej raz po drugiej stronie. Energii potrzebnej do zmianu kształtu białka dostarcza ATP.

Ezdocytoza i egzocytoza

Endocytoza pbejmuje procesy pobierania różnych substancji do wnętrza komórki Natomiast egzocytoza polega na usuwaniu z komórki zbędnych prodóktów lub na wydzielaniu wytworzonych w jej wnętrzu specyficznych wydzielin, m.in. hormonów.

Podczas endocytozy materiał pobrany z otoczenia jest zamykany w pęcherzyku endocytonicznym powstałym przez wypuklenie błony komórkowej. Jego zawartość jest rozkładana przez enzymy hydrolityczne pochodzące z lizosomów. Wyróżnia się dwa główne rodzaje endocytozy: fagocytoza (wchłanianie względnie dużych cząsteczek, np. mikroorganizmów czy szczątek komórek) oraz pinocytozę (wchłanianie płynów i małych cząsteczek). W przypadku pinocytozy pęcherzyk ulega stwardnieniu przez enzymy, co wiąże się w ubytkiem błony komórkowej.

W procesie egzocytozy błony pęcherzyków transportujących lipidy i białka (u roslin również wielocukry) z aparatu Golgiego zlewają się z błoną komórkową i uwalniają swoją zawartość na zewnątrz. Przepływ pęcherzyków odbywa się stale we wszytskich komórkach eukariotycznych. Łączenie się błony pęcherzyków z błoną komórkową jest podstawowym procesie umożliwiającym rozbudowywanie błon w czasie wzrostu komórki.

Osmoza

Osmoza to odmiana dyfuzji prostej. Polega ona na przenikaniu rozpuszczalnika - wody przez błonę biologiczną z roztworu o niższym stężeniu substancji do roztworu w którym stężenie substancji jest wyższe. W wyniku tego następuje wyrównanie stężenia synstancji po obu stronach błony. Zjawisko osmozy leży u podstaw zdolności pobierania i oddawania wody przez komórkę - w zależności od stężenia otaczającego roztworu osmotycznie taci ona lub pobiera wodę.

Skutki umieszczenia komórek w roztworach o różnycm stężeniu są uzależnione od tego, czy komórki te mają ścianę komórkową (komórki roślin, grzybów i niektórych prostistów), czy są jej pozbawione (komórki zwierzęce).

Osmoza w komórkach zwierzęcych i roślinnych
Charakter roztworu (C - stężenie roztworu)	Opis roztworu	Kierunek przepływu wody zgodny z gradientem stężeń	Zmaiany w komórce zwierzęcej	Zmiany w komórce roślinnej
Roztwór izotoniczny C1=C2	Stężenie substancji rozpuszczonej jest takie, jak we wnętrzu komórki	Z komórki do roztworu przepływa tyle samo wody, co w przeciwnym kierunku	Erytrocyt nie zmienia kształtu	Komórki nie osiągają pełnego turgoru dlatego są nieco zwiodczałe
Roztwór hipertoniczny C1>C2	Stężenie substancji rozpuszczonej jest większe na zewnątrz niż we wnętrzu komórki	Na zewnątrz komórki	komórki traca wodę i zmieniają kształt, a ostatecznie rozpadają się	komórki szybko traca wodę i turgor; występuje w nich zjawisko plazmizy (zawartość komórek kurczy cię, a cytoplazma wraz z błoną komórkową zaczynają odstawać od ściany komórkowej)
Roztwór hipotoniczny C1<>C2	Stężenie substancji rozpuszczonej na zewnątrz jest mniejsze niż we wnętrzu komórki	Ze środowiska do wnętrza komórki	Komórki chłoną wodę, pęcznieją, a wreszczie pękają	W wyniku pobierania wody zwieksza się turgor komórek; ściana komórkowa nieznacznie się rozciąga, jednak chroni komórki przed nadmiarem wody, i ostatecznie przed pęknięciem.

Darmowy hosting zapewnia PRV.PL