04.03.2009, wykład nr 2., - Budowa i funkcje błony komórkowej oraz

transport przez błony.

Budowa i funkcje błony komórkowej oraz transport przez błony

Cechy błony komórkowej :

•

grubość ok. 5-7 nm

•

cienka i delikatna

•

elastyczna model płynnej mozaiki

•

półprzepuszczalna- dwie warstwy lipidów stanowią istotę struktury błony i działają

jako bariera półprzepuszczalna

Przepuszczalność błony komórkowej. Im mniejsza cząsteczka i mniej polarna tym szybciej

dyfunduje (woda i małe cząsteczki niepolarne- na drodze prostej dyfuzji). Jony, cukry

aminokwasy itp. przenoszone przez wyspecjalizowane błonowe białka transportowe.

Funkcje błony komórkowej:

•

Regulują transport wybranych substancji z i do komórki

•

Reagują na bodźce chemiczne, termiczne i mechaniczne

•

pełnią funkcję enzymatyczne, katalizując różne reakcje metaboliczne

•

Utrzymują równowagę między cieśnieniem osmotycznym wewnątrz i na zewnątrz

komórki,

•

Ruch komórki decyduje o kształcie komórki

•

Chronią komórkę przed działaniem czynników chemicznych i fizycznych, a także

przed wnikaniem obcych czynników.

Składniki błon- głównie lipidy i białka a także węglowodany

•

lipidy błonowe zbudowane z hydrofilowej głowy i hydrofobowego ogona (cząsteczki

amifipatyczne)

•

najliczniejsze to fosfolipidy- w których hydrofilowa głowa z resztą cząsteczki

połączona jest grupą fosforanową (fosfatydlocholina)

Fosfolipidy błonowe:

•

fosfatydylocholina

•

Fosfatydyloloserna

•

Fosfatydyloloinozytol

•

Fosfatydyloetanloamina

•

Sfingomielina

Ruchliwość fosfolipidów.

•

Dyfuzja boczna kiedy mogą się przemieszcza w obrębie jednej warstwy

•

Rotacja

•

Zjawisko flip-flop przeskok z jednej warstwy do drugiej, zachodzi rzadko

Płynność dwuwarstwy lipidowej zależy od:

•

rodzaju ogona węglowodorowego fosfolipidu

•

długość - stopień nienasycenia

- dwuwarstwa jest tym bardziej płynna im więcej zawiera nienasyconych łańcuchów

węglowodorowych

- im ściślejsze i bardziej regularne jest upakowanie ogonów tym jest ona bardziej lepka i

mniej płynna

•

obecności cholesterolu w komórkach zwierzęcych( sztywne cząsteczki steroidu

wypełniają wolną przestrzeń pomiędzy fosfolipidami)

Płynność błony dla komórkowej jest ważną cechą:

•

umożliwia szybką dyfuzję białek błonowych w dwuwarstwie lipoidowej i ich wzajemne

oddziaływanie np. w sygnalizacji komórkowej

•

Dzięki płynności możliwe jest dyfuzyjne rozprowadzenie lipidów i białek błonowych z

miejsc, w których są one po swojej syntezie wbudowywane do miejsc w których są one po

swojej syntezie wbudowywane do innych obszarów komórki

•

Umożliwia fuzję błon ze sobą i wymieszanie ich cząsteczek- to przy podziale komórki

zapewnia równomierne rozdzielenie tworzących błonę cząsteczek pomiędzy komórki

potomne

Cholesterol (10%)- należy do steroidów, jego rola to uszczelnienie błony w komórce zwierząt.

Modeluje on płynność błony, brak go u roślin, drożdży i bakterii.

Asymetryczna dwuwarstwa lipidowa- glikolipidy występują tylko w poza cytozolowej części

błony, cholesterol jest rozmieszczony prawie równomiernie w obu warstwach.

Asymetria lipidów ma swój początek w miejscu ich powstawania:

•

nowe cząsteczki są syntetyzowane w kom. Przez enzymy błonowe ( których strukturami

są kw. tłuszczowe dostępne w jednej z monowarstw) – zostają one w monowarstwie.

- następnie, aby błona mogła rosnąć jako całość- odpowiednia część cząsteczek zostaje

przeniesiona do drugiej monowarstwy (flipazy- enzymy katalizujące przemieszczanie)

Białka błonowe- 25-75% (u zwierząt- ok. 50% masy większości błon), jest ich znacznie więcej w

błonach struktur aktywnych metabolicznie, większość funkcji błony pełniona jest przez białka.

Białka transportowe, białka łączące, receptory, enzymy

Klasyfikacja
białek

Przykład

Funkcja

Białka
transportujące

Pompa Na

+

Wypompowuje z komórki Na

+

i wprowadza jon K

+

Białka wiążące

Integryny

Wiąże wewnątrzkomórkowo
filamenty aktynowe z białkami
substancji zewnątrzkomórkowej

Receptory

Receptor adrenaliny

Wiąże adrenalinę i wytwarza

sygnał regulujący metabolizm
komórki

Enzymy

Cyklaza adenylenowa

Katalizuje

wytwarzanie

cyklicznego ATP

Sposoby wiązania białek z dwuwarstwą lipidową- białka transbłonowe mogą formować albo α

helisy albo zamkniętą strukturę β. Pewne z nich łączą się poprzez wiązania kowalencyjne

przyłączenie lipidu lub samego łańcuch węglowodorowego lub poprzez słabe niekowalencyjne

wiązanie z innymi białkami.

•

Każde białko błonowe- ma w błonie niepowtarzalną orientacje- jest ona konsekwencją

sposobu w jaki białko jest syntetyzowane i wprowadzane do błony.

•

białko transportowe wystawia do cytozolu zawszę tą samą domenę- mogą być uwolnione

z błon tylko w drodze rozerwania dwuwarstwy lipidowej przez detergenty- są to

integralne białka błonowe

•

białka błonowe peryferyczne- można je uwolnić z błon poprzez zastosowanie łagodnych

procedur ekstrakcji- zrywają one oddziaływania białko-białko nie naruszając przy tym

dwuwarstwy lipidowej

Węglowodany błon:

•

stanowią 2- 10%

•

występują głownie jako oligosacharydy związane kowalencyjnie z białkami

(glikoproteiny), z lipidami błon (glikolipidy)

•

występują tylko na zewnątrz powierzchni błony jako monosacharydy, galaktoza, glukoza,

galaktozamina, glukozoamina, kwas sialowy

•

kwas sialowy odpowiedzialny jest za ujemy ładunek elektryczny powierzchni komórki

•

węglowodany odgrywają swoistą rolę w rozpoznawaniu innych komórek przez wiązanie

się ze swoistymi białkami ich powierzchni.

Glikokaliks – zbudowany jest z bocznych łańcuchów oligosacharydowych przyłączonych do

glikolipidów, glikoprotein błonowych, a także łańcuchów polisacharydowych włączonych w

proteoglikony błonowe; w jej skład mogą także wchodzić glikoproteiny i proteoglikony

wydzielone przez komórkę i zwrotne zaabsorbowane na jej powierzchni.

Glikokaliks:

•

ochrona powierzchni kom. przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi

•

oligosacharydy i polisacharydy wchłaniają wodę- zapewnia to śliskość powierzchni kom.

(m.in. zapobiega zlepianiu się krwinek)

•

odgrywają rolę we wzajemnym rozpoznawaniu się komórek (np. kom. jajowej przez

plemnik)

•

jak również w adhezji

Rodzaje transportu przez błony: Transport bierny( dyfuzja), transport lub dyfuzja ułatwiona,

transport aktywny, endo i egzocytoza.

Transport, dyfuzja bierna- ruch cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń (od wyższego do

niższego):

•

nie wymaga nakładu energii

•

przykład transportowanych cząsteczek: tlen, CO

2

, H

2

O, węglowodory, mocznik, etanol,

glicerol

•

szybkość cząst. Nienaładowanych zależy od różnicy stężeń

•

naładowanych od różnicy stężeń i ładunku elektrycznego.

Transport ułatwiony odbywa się przez: śródbłonowe białka nośnikowe ( przenośnik), kanały ( białka

kanałowe)

Śródbłonowe białka nośnikowe:

•

cz. białka śródbłonkowego podobne są do enzymów,

•

wiąże się przejściowo z substratem i transportują go przez błonę zgodnie z gradientem stężeń

•

cząsteczka białka transportującego ulega zmianie konformacji- zmiany te powodują

naprzemienne „otwieranie się” cz. Białka nośnikowego

Śródbłonowe białka transportowe:

•

białka uniportalne- transportujące jeden rodzaj jonów lub cząsteczek w jednym kierunku

•

białka symportalne- transportujące jednocześnie jony i cząsteczki w tym samym kierunku

•

białka antyportalne- transportujące jony i cząsteczki, jony w jednym kierunku, a cząsteczki w

przeciwnym.

Białka kanałowe:

•

mogą być otwarte stale, lub zamknięte i otwierać się tylko czasowo

•

otwarte przepuszczają jony i cząsteczki zgodnie z gradientem stężeń i gradientem

elektrochemicznym

•

przejściowe otwieranie kanalików białkowych może dokonywać się przez: związanie ligandu

(np. neromediator? ), zmianę ładunku elektrycznego błony

Odmianą białek kanałowych są połączenia typu neksus ( synapsy elektryczne).