Biologia komórki

Błony biologiczne

Fosfolipidy (fosfoglicerydy) są głównymi składnikami błon lipidowych

Fosfolipidy to estry glicerolu, kwasów tłuszczowych i kwasu ortofosforowego

Fosfolipidy występują głównie w formie estru z dwoma kwasami tłuszczowymi

i jedną resztą fosforanową, do której przyłączona jest grupa hydrofilowa

Polarność fosfolipidu

Fosfolipidy ze względu na swoje

właściwości amfipatyczne (jeden

koniec hydrofobowy, drugi

hydrofilowy, a odległość między oba

końcami jest bardzo duża), w

środowisku wodnym skupiają się ze

sobą częściami hydrofobowymi

wystawiając do polarnej wody

końcówkę hydrofilową.

Wyobraźmy sobie ogromną liczbę szpilek, które

mają metalowe główki i plastikowe ostrza,

zbliżenie magnesu do rozsypanych szpilek

wymusza na nich przyjmowanie zawsze takich

samych układów przestrzennych.

Dlatego fosfoglicerydy w środowisku

wodnym tworzą zawsze trzy typy

struktur: micele, liposomy i

dwuwarstwy lipidowe.

Proporcje i typy lipidów w warstwach wewnętrznej i zewnętrznej błony
komórkowej są odmienne.

Cząsteczki chemiczne budujące błony

biologiczne

Amfifilowość,
amfipatyczność

- cecha

wskazująca na polarność
budowy cząsteczki
chemicznej.
Jeden z biegunów cząsteczki
jest hydrofilowy, drugi
hydrofobowy.

Amfipatyczność

fosfolipidów jest podstawą
ich samoorganizacji w
struktury dwuwarstwowe,
charakterystyczne dla błon
biologicznych.

Budowa błon

glikolaliks

Kora
komórki

Glikolipidy
zawierają cukier,
którym najczęściej
jest galaktoza lub
laktoza

.

1

. Schemat

błony
komórkowej:

A -

cytoplazma,

B -

płyn

pozakomórko
-wy,

C

-

fosfolipid,

C1

- głowa
cząsteczki,

C2

- ogon

cząsteczki,

D

- cholesterol,

E -

glikoproteina

E1

cukier,

E2

- białko,

F

-

receptor
białkowy,

G

-

cytoszkielet,

H

transport

białka.

2

. Transport

przez błonę

Glikokaliks- cukrowe znaczniki błony

Błony fosfolipidowe

są

płynną mozaiką. Wiele

składników błonowych jest w

stanie ciągłej dynamicznej

płynności.

Błony komórkowe nie są

homogenne.

Składniki błon organelli

komórkowych oraz błony

komórkowej różnią się od

siebie.

Systemy te tworzą przedziały

wewnątrzkomórkowe,

utrzymujące różnice pH i

składu jonowego w

poszczególnych częściach

komórki.

Komponenty błonowe są

asymetryczne.

Stan skupienia i
składowe błon

fosfolipidowych

Flipazy

– enzymy znajdujące się wewnątrz błon

fosfolipidowych, przenoszące fosfolipidy z jednej warstwy

błony do drugiej.

Odgrywają istotną rolę podczas regeneracji błony oraz w

utrzymaniu asymetrii błon - asymetrycznego

rozmieszczenia fosfolipidów w każdej z dwóch warstw

danej błony

.

Energii potrzebnej do działania tych białek dostarcza

sprzężony proces hydrolizy ATP.

W normalnych warunkach

flip-flop

, czyli proces

przerzucenia fosfolipidu z jednej strony błony na

drugą

, trwa bardzo długo ze względu na amfipatyczny

charakter tych lipidów i samą budowę błon.

Flipazy

skracają czas trwania tego procesu

z kilku dni

do kilku minut.

Osmoza – dyfuzja rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną

rozdzielającą dwa roztwory o różnym stężeniu. Osmoza spontanicznie

zachodzi od roztworu o wyższym stężeniu substancji rozpuszczonej do

roztworu o niższym, czyli prowadzi do wyrównania stężeń obu roztworów

.

Roztwór o niższym stężeniu nazywa się

hipotonicznym, roztwór o wyższym stężeniu -

hipertonicznym.

Gdy roztwory pozostają w równowadze osmotycznej,

mówi się że są względem siebie izotoniczne.

Zjawisko odkryto, gdy badano plazmolizę komórek skórki liści

zapasowych cebuli – dotyczyło więc żywych komórek, w

których błoną półprzepuszczalną jest błona komórkowa, a
roztworami były: zawartość komórki i płyn pod szkiełkiem

nakrywkowym preparatu mikroskopowego.

Później nauczono się wytwarzać sztuczne błony

półprzepuszczalne (np. celofan) i okazało się, że samo zjawisko

nie jest specyficzną cechą życia. Może zachodzić w różnych

rozpuszczalnikach i dotyczyć różnych substancji

rozpuszczonych.

Schemat receptora błonowego z siedmioma

domenami (helisami) transbłonowymi

Kanały błonowe

składają się z 4, 5 lub 6 podjednostek.

Wraz z liczbą domen wzrasta średnica kanału.

Środkowa oś symetrii wyznacza por, czyli bramkowaną i

wypełnioną wodą drogę dla jonów

Kanały jonowe

to białka integralne posiadające zdolność do

kontrolowanego przepuszczania jonów. Por wodny ulega otwarciu lub

zamknięciu w zależności od czynników zewnętrznych.

Ze względu na rodzaj czynnika otwierającego (aktywującego) kanały jonowe,

dzieli się je na 3 zasadnicze grupy:

- kanały bramkowane napięciem,

- kanały bramkowane ligandem,

- kanały bramkowane naprężeniem mechanicznym.

Istotną cechą kanałów jest ich selektywność. Mówi się o kanałach

kationowych lub anionowych, a gdy kanały są jeszcze bardziej

„wyspecjalizowane” to określamy je jako sodowe, potasowe itd.

Określenie: np. kanał sodowy – oznacza jedynie, iż kanał ten najlepiej

przepuszcza jony sodu. Oprócz nich, choć znacznie gorzej, mogą przez ten

kanał przechodzić także inne kationy.

Potencjałem błonowym

lub membranowym nazywa

się różnicę potencjałów pomiędzy wnętrzem komórki i jej
otoczeniem (V

m

= V

w

- V

z

). Potencjał po zewnętrznej stronie błony

wynosi zero.

Napięcie pomiędzy obu stronami błony jest

potencjałem wnętrza komórki mierzonym względem jej otoczenia.

Większość żywych

komórek utrzymuje

stałą wartość różnicy

potencjałów

pomiędzy swym

wnętrzem a

otoczeniem

Płyny wewnątrz- i
zewnątrzkomórkowy różnią się
istotnie pod względem
stężenia w nich
poszczególnych jonów

.

Przez

błonę komórkową ustala się
gradient stężenia oraz
gradient ładunków
elektrycznych poszczególnych
jonów

W płynie wewnątrzkomórkowym

przeważają organiczne aniony, które
nie mają zdolności przechodzenia
przez błonę komórkową. Błona
komórkowa ulega więc polaryzacji:
po jej wewnętrznej stronie występuje
ładunek ujemny - wynikający z
nagromadzenia anionów, natomiast
na zewnątrz komórki - ładunek
dodatni

.

Potencjał spoczynkowy

to stały potencjał wnętrza komórki

względem jej otoczenia.

Zdolność komórki do utrzymywania stałej wartości potencjału

spoczynkowego związana jest bezpośrednio z istnieniem różnicy

stężeń niektórych jonów pomiędzy wnętrzem i otoczeniem komórki.

Dla większości komórek jonami "najważniejszymi„ z punktu widzenia

potencjału spoczynkowego są jony sodu, potasu oraz chlorkowe

.

Rodzaj jonu

Stężenie zewnątrz komórki

Stężenie wewnątrz komórki

K

+

4 mM

140 mM

Na

+

144 mM

ok. 10 mM

Cl

-

114 mM

ok. 4 mM

Na zewnątrz komórki stężenie jonów sodowych i chlorkowych jest

większe niż wewnątrz komórki, natomiast stężenie jonów potasu jest

większe wewnątrz komórki.

Stała wartość potencjału błonowego może być utrzymana jedynie wtedy, gdy

całkowity ładunek przepływający przez błonę jest równy zeru (w przeciwnym

razie następowałaby zmiana ładunku błony i związana z tym zmiana

potencjału).

Pompa Na

+

↔K

+

Aby utrzymać wysokie stężenie jonów potasowych oraz niskie stężenie jonów sodowych

wewnątrz komórki, konieczny jest aktywny transport tych jonów przez błonę komórkową

wbrew gradientowi ich stężeń.

Enzym zwany ATP-azą sodowo-potasową zapewnia odpowiednie rozmieszczenie jonów i

utrzymanie ich gradientu przez błonę komórkową.

Jony sodowe zgodnie z
gradientem wnikają do
wnętrza komórki przez
kanały sodowe. Jednak
wbudowana w błonę
komórkową ATP-aza
sodowo- potasowa,
wiąże jony sodu i
wypompowuje je na
zewnątrz.

Jednocześnie

po zewnętrznej stronie
błony komórkowej
enzym przyłącza jony
potasu i wpompowuje
je do wnętrza komórki.

Zjawiska pobudliwości i pobudzenia

komórkowego.

Błonowy potencjał

spoczynkowy w komórkach

pobudliwych

Cechą komórek pobudliwych jest posiadanie stałego,

ujemnego, spoczynkowego potencjału błonowego. Jego

wartości podane są poniżej.

Rodzaj komórki:

Neuron:

Wartość potencjału błonowego: -60mV do -80mV

Komórka mięśnia poprzecznie prążkowanego

:

Wartość potencjału błonowego: -80mV do -90mV

Otwieranie i zamykanie kanałów jonowych zależy

bezpośrednio od tego w jakim stanie czynnościowym

znajduje się błona komórkowa.

Pobudliwość jest zdolnością komórki do

odpowiedzi na bodziec

.

Tkanki pobudliwe zbudowane są z komórek, mających zdolność do

szybkiej reakcji na bodźce.

Zalicza się do nich: tkankę mózgową i nerwy zbudowane z komórek

nerwowych, oraz tkankę mięśniową gładką, poprzecznie prążkowaną

oraz sercową zbudowaną z komórek mięśniowych.

Bodźce np. w postaci krążących w przestrzeni zewnątrzkomórkowej

substancji chemicznych (ligandów) mają zdolność wiązania się ze

specyficznymi dla siebie receptorami.

To połączenie może skutkować:

- otwarciem kanałów jonowych, co umożliwia przepływ odpowiednich

jonów przez błonę komórkową;

- aktywacją enzymów znajdujących się w błonie komórkowej

.

Odpowiedź na bodziec w postaci opisanych wyżej zmian błony

komórkowej zachodzi bardzo szybko - w ułamku sekundy.

Następujące po niej zmiany w metabolizmie komórki

zachodzą znacznie wolniej.