BŁONY BIOLOGICZNE

I.

Funkcje

II.

Ogólna budowa błon

III. Składniki lipidowe błon
IV. Białka integralne i peryferyjne
V.

Przepuszczalność błon biologicznych

I. FUNKCJE BŁON

a) Błony komórkowe (plazmatyczne)

1.

Oddzielenie środowiska wewnętrznego komórki od otoczenia;

2.

Pośrednictwo w integracji komórek z macierzą pozakomórkową;

3.

Utrzymywanie gradientu stężeń pewnych metabolitów pomiędzy

wnętrzem komórki a środowiskiem zewn.;

4.

Ochrona komórki;

5.

Zapewnienie kształtu;

6.

Receptory błonowe – odbieranie sygnałów spoza komórki,

rozpoznawanie się komórek;

7.

Transport różnych substancji do wnętrza i na zewnątrz komórki.

I. FUNKCJE BŁON

b) Błony wewnątrzkomórkowe:

•

Podział wnętrza komórki na liczne przedziały (są silnie

rozbudowane);

•

Wykorzystanie procesów transportu wewnątrz komórki do

wytwarzania i gromadzenia energii;

•

Umożliwienie zachodzenia przeciwstawnych procesów w

komórce;

•

Magazynowanie jonów i różnych substancji w pewnych okolicach

komórki;

•

Transport cząsteczek w określonych kierunkach wewnątrz

komórki.

II. OGÓLNA BUDOWA BŁON

• Grubość ok. 7-10nm;

• Składają się gł. z lipidów i białek, w

niektórych błonach występują dodatkowo

składniki cukrowe związane z białkami

(glikoproteiny) lub z lipidami (glikolipidy);

• Zrąb błon stanowi tzw. dwuwarstwa

lipidowa (warstwy E i P).

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

Są to:
1. Glicerofosfolipidy (50-90%)
2. Sfingolipidy (do 10%)
3. Cholesterol

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

Fosfolipidy i sfingolipidy są związkami amfipatycznymi -

posiadają hydrofilową głowę (zwykle gr. fosforanowa,
wiążąca estrowo inny związek polarny – serynę,
etanoloaminę, cholinę) i hydrofobowy ogon (łańcuchy
węglowodorowe kwasów tłuszczowych lub aminoalkoholi –
sfingozyny lub dihydrosfingozyny) .

Cholesterol jest najbardziej hydrofobowym składnikiem

błon. Nie posiada hydrofilowej głowy - charakterystycznej
dla większości lipidów błonowych i hydrofobowego ogona.
Jego jedynym hydrofilnym składnikiem jest gr. –OH
związana z C

3

– wbudowanym z strukturę pierścienia.

Pozostałe elementy składowe cholesterolu mają charakter
hydrofobowy.

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

1. GLICEROFOSFOLIPIDY.

Są to estry glicerolu z kwasem fosforowym i kwasami

tłuszczowymi.

Kwas fosfatydowy – najprostszy fosfolipid, prekursor

pozostałych fosfolipidów.

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

Synteza glicerofosfolipidów

- polega na przyłączeniu kwasu fosfatydowego z
CDP-diacyloglicerolu do odpowiedniego alkoholu, lub na

wiązaniu 1,2-diacyloglicerolu z estrem fosforanowym

odpowiedniego alkoholu, odłączanego od CDP-alkoholu;

w końcowym etapie odłącza się CMP

- są syntetyzowane w gładkiej siateczce

endoplazmatycznej, stąd transportowane do aparatu

Golgiego, a następnie do błon organelli komórkowych i

do błony plazmatycznej, gdzie stają się ich składnikami

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

FOSFATYDYLOINOZYTOL:

- uczestniczy w zakotwiczaniu białek w błonach biologicznych

poprzez połączenie łańcucha oligosacharydowego białka
wiązaniem

O-glikozydowym z inozytolem fosfatydyloinozytolu
- występuje gł. w warstwie P

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

FOSFATYDYLOCHOLINA (lecytyna):

- reszta fosforanowa zestryfikowana choliną
- występuje gł. w warstwie E dwuwarstwy lipidowej
- przeważa ilościowo nad innymi lipidami błonkomórkowych

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

FOSFATYDYLOETANOLOAMINA(kefalina):

- reszta fosforanowa zestryfikowana etanoloaminą
- występuje gł. w warstwie P dwuwarstwy

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

FOSFATYDYLOSERYNA:

- reszta fosforanowa zestryfikowana seryną
- występuje w warstwie P

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

KARDIOLIPINA:

- difosfatydyloglicerol, ważny składnik wewnętrznej błony

mitochondrialnej i błon bakteryjnych

- odgrywa ważną rolę w prawidłowym funkcjonowaniu enzymu

oksydazy cytochromu C (COX)

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

2. SFINGOLIPIDY.

Należą do fosfolipidów, zamiast glicerolu zawierają aminoalkohol:

sfingozynę lub dihydrosfingozynę.

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

Sfingolipidy są obecne w błonie komórek nerwowych, gdzie

uczestniczą w mechanizmie przekazywania sygnałów
elektrycznych i rozpoznawaniu molekularnym.

Chronią powierzchnię komórek przed niebezpiecznymi czynnikami

otoczenia przez tworzenie wytrzymałej mechanicznie i chemicznie
najbardziej zewnętrznej warstwy błon komórkowych

Są syntezowane w aparacie Golgiego, po czym są modyfikowane

w endozomach. Ich transport z aparatów Golgiego do błon
komórkowych odbywa się przez cytoplazmę w formie
monomerycznej. Sfingolipidy nie występują w błonach
wewnątrzkomórkowych otaczających mitochondrium i reticulum.

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

W wyniku wiązania kwasu tłuszczowego (najczęściej

palmitynowego, stearynowego, lignocerynowego i
nerwonowego) z gr. aminową sfingozyny lyb
dihydrisfingozyny wiązaniem amidowym, powstaje
ceramid, który jest prekursorem sfingomielin a także
glikolipidów, tzw. cerebrozydów.

Synteza sfingomieliny:

ceramid + fosfatydylocholina -> sfingomielina +1,2-diacyloglicerol

Synteza cerebrozydów:

ceramid + UDP-galaktoza -> cerebrozyd + UDP

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

Sfingomielina –

występuje w dużych ilościach w mózgu i

tkance nerwowej. Posiada fosfocholinę połączoną z grupą
alkoholową.

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

Cerebrozydy –

ich grupa alkoholowa jest połączona z

pojedynczą resztą heksozy (glukozą lub galaktozą). Występują
w dużej ilości np. w mózgu i włóknach nerwowych, a także we
krwi.

III. SKŁADNIKI LIPIDOWE BŁON

3. Cholesterol.

IV. Białka INTEGRALNE I PERYFERYCZNE

1) Białka integralne:

- są trwale związane z błoną
-

dzielimy je na białka transbłonowe i nieprzebijające błony

-

regulują transport substancji niezbędnych do życia komórki

-

tworzą trwałe kompleksy z lipidami oraz białkami
powierzchniowymi

-

funkcje: tworzą kanały, przenośniki, pompy, receptory, enzymy,
białka strukturalne, białka uczestniczące w przemianach
energetycznych w komórce, białka adhezyjne i wiele innych

-

występują dwa mechanizmy zakotwiczania ich w błonie:

a)

białka posiadające domeny zbudowane z aminokwasów o
resztach hydrofobowych o strukturze α-helisy, które zakotwiczają
je w dwuwarstwie

b)

białka posiadające kowalencyjnie dołączone grupy lipidowe

IV. Białka INTEGRALNE I PERYFERYCZNE

2) Białka peryferyjne:

- są związane z błona tylko po jednej stronie przez

oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy różnoimiennymi
ładunkami powierzchniowymi

- ich usunięcie nie pozbawia błon zdolności do pełnienia ich

funkcji

V. PRZEPUSZCZALNOŚĆ BŁON

Błona komórkowa jest nieprzepuszczalna dla większości

cząsteczek hydrofilnych. Uniemożliwia „ucieczkę” metabolitów
z wnętrza komórki, ale też utrudnia wnikanie do komórki
niezbędnych składników i usuwanie zbędnych produktów
metabolizmu.

Dyfuzja – przenikanie substancji przez błonę zgodnie z gradientem

stężeń; dyfuzja jest tym szybsza im cząsteczka jest mniejsza,
bardziej hydrofobowa i elektrycznie obojętna.

Tlen cząsteczkowy i CO

2

szybko dyfundują.

Nienaładowane cząsteczki polarne dyfundują, gdy są dostatecznie

małe (woda, etanol – szybko, glicerol – wolniej, glukoza – nie
dyfunduje prawie wcale).

V. PRZEPUSZCZALNOŚĆ BŁON

Wszystkie jony i cząsteczki naładowane nie są przepuszczane

przez błonę, nawet jeśli są bardzo małe. Ich ładunek oraz
płaszcz wodny sprawiają, że nie mogę przenikać przez
hydrofobową warstwę błony.

Dlatego do transportu przez błonę cząsteczek naładowanych,

cukrów, aminokwasów, nukleotydów i innych metabolitów
niezbędne są obecne w błonie białka transportujące, tworzące
kanały i pompy.

Źródła: Biochemia Harpera, Murray; Seminaria z cytofizjologii, Zabel; Biochemia, Bańkowski