Struktura błon biologicznych.

Błony biologiczne-struktury rozgraniczające odrębne przedziały w układach biologicznych,decydujące o funkcji komórek i jej właściwościach.

Budowa chemiczna.

O jakości i zróżnicowaniu błon stanowią:

1.Lipidy:

-fosfolipidy glicerolowe

-fosfolipidy sfingozynowe - decydują o jej płynności i dynamiczności

-sterole(cholesterol- składnik błony syntezowany przez zwierzęta, gromadzi się w ścianach naczyń krwionośnych) - decyduje o sztywności błony

Wykazują właściwości polarne:

-hydrofilowa główka zwrócona na zewnątrz błony i zapewniająca udownienie

-hydrofobowy ogon

2.Białka błonowe:

-integralne-transbłonowe;wbudowują się w warstwę lipidową częścią hydrofobową w formie α-helisy; mogą być usunięte jedynie za pomocą silnych środków chemicznych jak detergenty czy też poprzez denaturację niszczące strukturę błony.

-peryferyjne-na powierzchni błony, można je łatwo oddzielić od błony za pomocą roztworów soli. Nie perforują one żadnej z monowarstw błony, a z błoną związane są za pomocą słabych oddziaływań molekularnych, głównie wiązań jonowych, wodorowych i wiązanie van der Waalsa. Oddziałują w ten sposób z samą błoną lub z białkami integralnymi. Te białka mają zwykle duże fragmenty polarne i łączą się z fosfolipidami błony wiązaniami jonowymi.

Funkcje błony biologicznej:

-tworzenie fizycznych granic,a poprzez to kontrola składu biologicznego komórki.

-selektywna przepuszczalność(transport)

-stanowi granicę faze(przekazywanie sygnałów chemicznych i energii z 1 przedziału do 2)

-zapewnienie optymalnych warunków do działania enzymów,pomp jonowych i receptorów

-branie udziału we wszystkich przejawach aktywności komórki

Modyfikacje białek błonowych:

1.Acylacja-przyłączenie kw.tłuszczowych(reszt acylowych)

2.Glikolizacja-przyłączenie reszt cukrowych

Modyfikacja decyduje o strukturze i funkcji błony.

Asymetryczność błony (dwuwarstwy białkowo-lipidowej):

-inny skład strony zewnętrznej i wewnętrznej błony:

*strona zewnętrzna:głównie lipidy cholinowe

*strona wewnętrzna:ujemnie naładowana(więcej grup NH2,obecność PS -fosfsatydyloamina i PKC - kinaza białkowa C)

Lipidy przymocowane są do białek błony za pomocą wiązań:

-amidowych- myristylacja

-thioestrowych- acylacja

-thioeterowych- prenylacja

Heterogenność:

-niejednorodność w rozkładzie składników w płaszczyźnie błony

-umożliwia to specjalizację różnych rejonów błon(np.receptory Ach w synapsie)

-decyduje o domenowej budowie błon

Model błony:

-płynna mozaika-błony biologiczne są dwuwymiarowymi roztworami przestrzennie zorientowanych lipidów i sferycznych białek(wg Singera i Nicolsona z 1972 r.)

Płynność błony(odwrotność mikrolepkości) zależy od:

1.składu lipidowego błony

2.dynamiki lipidów i uporządkowania łańcuchów acylowych kw.tłuszczowych zależnych m.in od temperatury głównego przejścia fazowego

3.odziaływań białko-lipid(zjawisko lipidu granicznego),lipid-lipid.

Utrzymanie stałej określonej płynności błon biologicznych jest jedną z najważniejszych czynności życiowych komórki.

Czynniki wywołujące przejścia fazowe lipidów:

1.stopień uwodnienia

2.temperatura

-im dłuższy łańcuch acylowy tym większa

-im więcej wiązań podwójnych tym niższa

Czynniki regulujące przejścia fazowe:

1.Cholesterol-jego dodatek obniża temperaturę głównego przejścia fazowego dzięki czemu można zyskać fazę wysoko uporządkowaną i płynną

2.pH

3.jony Ca

Ruchy cząsteczek w dwuwarstwie:

1.Ruchy w obrębie 1 cząsteczki

-wokół wiązania C-C

-fragmentów fosfolipidów(najmniej ruchliwa jest część glicerolowa,najbardziej końce metylowe polarne)

2.Ruchy cząsteczki jako całości:

-rotacyjne(izo- i anizotropowe)

-translacyjne

-lateralne(w 1 płaszczyźnie)

-transwersalne(w 2 płaszczyznach:flip-flop;dyfuzja boczna;dotyczy tylko lipidów)

Flip-flop - proces enzymatyczny zachodzący za pomocą enzymów:flipaz,które są integralnymi białkami błonowymi;za pomocą ATP powodują przemieszczanie się lipidów i warunkują asymetryczność błony.

Płynność:

Cząsteczki lipidów obracają się wzdłuż osi prostopadłej do powierzchni błony-dyfuzja rotacyjna albo w jej płaszczyźnie- lateralne. Cząsteczki te przechodzą z warstwy zewnętrznej do wewnętrznej - ruch flip-flop.

Otrzymywanie bimolekularnych błon lipidowych

Obserwacja w świetle odbitym, grubość błony jest porównywalna z długością fali światła widzialnego

Gdy błona osiągnie grubość 2 cząsteczek lipidów odbija się mniej światła i widać tylko czarną plamę

Warstwy Langmuira-Blodgett

Są to wielowarstwowe błony lipidowe, będące świetlnymi izolatorami

Liposomy(mikropęcherzyki):

-sztuczne błony biologiczne, które mają postać pęcherzyków (o wielkości 0,01-1 μm) wypełnionych wodą a otoczonych dwuwarstwą lipidową.

Do technik formowania liposomów należą:

*sonikacja (w wyniku której powstaja liposomy dwuwarstwowe)

*wstrząsanie (wielowarstwowe - takie, w których warstwy wody układają się naprzemian z dwuwarstwą lipidową).

-służą do transportu substancji biologicznych,leków i DNA

Zastosowanie liposomów w biologii i medycynie:

-badanie właściwości białek błonowych

-modulowanie procesów zachodzących w naturze

-możliwość wbudowania dodatkowych składników do błony komórkowej

-wprowadzenie do komórki substancji trudno rozpuszczalnych i łatwo utleniających w H2O

-wzmocnienie odpowiedzi immunologicznej

-ukierunkowane dostarczanie leków

Błony biologiczne-podsumowanie

1. struktury warstwowe od 6 do 10 nm

2. zbudowane z lipidów i białek

3. zawierają cukrowce związane z białkami lub lipidami

4. w środowisku wodnym tworzą warstwy bimolekularne, stanowiące barierę dla cząsteczek polarnych

5. zespoły cząsteczek niepowiązane kowalencyjnie

6. są asymetryczne

7. są strukturami płynnymi

Błona to dwuwarstwowy roztwór zorientowanych przestrzennie białek i lipidów

---