7921506561

kolei wynika z kształtu cząsteczek. Molekuły lipidów wchodzące w skład błony lipidowej, mają kształt cylindryczny, w środowisku wodnym tworzą więc struktury warstwowe, tzw. dwuwarstwy. Cząsteczki lipidów są zorientowane prostopadle do powierzchni błony, przy czym ich hydrofilowe końce mają kontakt z fazą wodną po obu stronach błony, zaś wnętrze błony jest wypełnione hydrofobowymi łańcuchami węglowodorowymi. Podwójna warstwa lipidowa jest główną częścią błony lipidowej i stanowi jej strukturalne podłoże. Dodatkowo związane są z nią różnego rodzaju proteiny i organiczne cząsteczki makromolekularnych cukrów, polisacharydów spełniających funkcje chemiczne. Zarówno cząsteczki lipidów, jak i białek, mają możliwość wykonywania różnego rodzaju ruchów rotacyjnych i translacyjnych, mogą także przechodzić z jednej monowarstwy lipidowej do drugiej w wyniku tzw. zjawiska ”flip-flop”. Prosta struktura dwuwarstwy lipidowej sprawia, iż błona komórkowa pełni kluczową rolę w selektywnym transporcie jonów i różnego rodzaju molekuł do wnętrza komórki. Z jednej strony wnętrze lipidowej warstwy podwójnej nie jest polarne, więc jest ono nieprzepuszczalne dla większości jonów i polarnych molekuł, z drugiej strony wiele białek transmembranowych, przechodzących przez całą dwuwar-stwę pełni rolę selektywnych kanałów jonowych. Pozwala to na stworzenie odpowiedniego gradientu jonów wewnątrz i na zewnątrz komórki. Tak więc o ile formowanie podwójnej warstwy lipidowej jest przykładem procesu samoorganizacji statycznej, to naturalna błona komórkowa jest już strukturą o bardzo dużej dynamice. W przypadku samoorganizacji statycznej wysoce uporządkowane stany mogą i wyłaniają się w momencie uzyskania przez układ stanu równowagi termodynamicznej. Inaczej przedstawia się sytuacja w układach otwartych, które otrzymują energię z zewnątrz. Energia ta, przepływając przez nie, może zostać wykorzystana do zmniejszenia entropii układu, co w efekcie prowadzi do generowania porządku. Cząsteczki mogą naturalnie spontanicznie samoorganizować się, tworząc makroskopowo uorganizowane dynamiczne struktury, które zostały nazwane przez Prigo-gine strukturami dyssypatywnymi [31]. Zdolność utrzymywania niskiego poziomu entropii powoduje jej znaczny wzrost w otoczeniu. Opisany mechanizm przedstawia tzw. samoor-ganizację dynamiczną, idealną do opisu wielu procesów w żywej komórce, która choć w trakcie migawkowych obserwacji wydaje się być strukturą składającą się ze statycznych organelli, to w rzeczywistości mamy do czynienia w niej z nieustannym przepływem energii i materii. Samoorganizujące się struktury dynamiczne są układami będącymi daleko od stanu równowagi termodynamicznej. Są odporne na powstawanie defektów, gdyż stan, w którym się znajdują, jest stanem stabilnym, wymuszającym pozostawanie poszczególnych składników w tym stanie. Poprzez serię bifurkacji układ może jednak przejść z jednego stabilnego stanu do drugiego w wyniku zmian parametrów układu.

Na poziomie komórki idea samoorganizacji dynamicznej jest bardzo dobrze widoczna w działaniu białek cytoszkieletu komórkowego. Mikrotubule i filamenty aktynowe są odpowiedzialne za kształt, sprężystość, ruchy i polarność komórki, odpowiadają za przemieszczanie organelli i ruchy cytoplazmy oraz za wędrówkę chromosomów do bieguna wrzeciona karikinetycznego podczas mitozy. Każda z tych funkcji wymaga struktury sieci cytoszkieletu o odmiennej architekturze, przy czym każda z tych poszczególnych struktur może być wytworzona z ograniczonej liczby składników. Powstaje więc problem, jak z tych samych podstawowych składników cytoszkieletu stworzyć strukturalnie i funkcjonalnie odmienne