Biologia komórki, Audytoria, 03.11.2011 r.
Błony komórkowe i ich znaczenie.
struktura białkowo-lipidowa (postać płynnej mozaiki)
rodzaj granicy, która pozwala na zachowanie integralności
kontroluje przemieszczanie się substancji do wewnątrz i na zewnątrz komórki
odbiera bodźce ze środowiska zewnętrznego i przekazuje do wnętrza komórki
utrzymuje gradient stężeń pewnych metabolitów pomiędzy komórką i jej środowiskiem
nigdy nie powstaje w komórkach od nowa, a jedynie przez rozbudowę błon już istniejących
lipidy błonowe: fosfolipidy (glicerofosfolipidy i sfingolipidy), glikolipidy, cholesterol
białka
węglowodany: glikolipidy, glikoproteiny
funkcje:
- ochronna – integralność komórek
- transportowa – transport bierny, aktywne; regulacje transportu
- energetyczna – fotosynteza, oddychanie, przemiany energii, praca mechaniczna, chemiczna, elektryczna, osmotyczna
- elektryczna – potencjał spoczynkowy, potencjał czynnościowy, impulsy nerwowe
- przedziałowa – rozkład stężeń, konkurencyjne reakcje chemiczne
- receptorowa – transdukcja (hormony, antygeny, neurotransmitery)
Błona komórkowa, jako bariera między dwoma środowiskami.
utrzymuje komórkę, jako samodzielne i wydzielone środowisko cząsteczek
oddziela komórkę od środowiska pozakomórkowego oraz zapewnia z nim kontakt
utrzymanie wysokiego stopnia uporządkowania cytoplazmy komórki
wybiórcza (selektywna) przepuszczalność:
- swobodnie przenikają: gazy (tlen, dwutlenek węgla), woda, mocznik, glicerol
- samorzutnie, ale słabo przenikają: glukoza, sacharoza
- nie przenikają: białka, kwasy nukleinowe, jony
Składniki błony komórkowej (fosfolipidy i ich synteza, białka błony: peryferyjne, integralne i transbłonowe).
fosfolipidy:
- część hydrofilna – rozpuszczalna w wodzie – alkohol wraz z grupą fosforanową – „głowa”
- część hydrofobowa – nierozpuszczalna w wodzie – łańcuchy kwasów tłuszczowych – „ogon”
- samoistnie tworzą dwuwarstwę
- hydrofobowe ogony zwrócone są do środka
- hydrofilne głowy wrócone są na zewnątrz
fosfolipidy cholinowe – znajdują się przede wszystkim w zewnętrznej warstwie lipidowej błony – przewaga nasyconych kwasów tłuszczowych
fosfolipidy aminowe – w warstwie wewnętrznej – przewaga nienasyconych kwasów tłuszczowych
synteza fosfolipidów:
- fosfolipidy są estrami glicerolu, sfingozyny lub dihydrosfingozyny (aminoalkohole) z kwasem fosforowym i kwasami tłuszczowymi
białka błony:
- peryferyjne (powierzchniowe):
* związane z błoną (po jednej stronie) tylko poprzez oddziaływania elektrostatyczne pomiędzy różnoimiennymi ładunkami powierzchniowymi
* połączenia nietrwałe
* cząsteczki hydrofilowe
* oddziaływanie z białkami integralnymi lub z domeną polarną fosfolipidów
- integralne:
* trwale wbudowane w strukturę błony
* trwałe kompleksy z lipidami (wiązania kowalencyjne)
* wiążą się również poprzez oddziaływania hydrofobowe pomiędzy ogonami lipidów a białkami
- transbłonowe:
* rodzaj białek integralnych
* przenikają przez całość grubość błony
* wiele z nich przenika kilkakrotnie przez błonę, pozostawiając po jednej lub po obu jej stronach fragment cząsteczki
funkcje białek błonowych:
- białka transportujące – uczestniczą w transporcie przez błony substancji, tworząc kanały, przenośniki, pompy, prowadząc transport kontrolowany
- białka wiążące – komórkę z innymi komórkami bądź elementami macierzy wewnątrzkomórkowej
- białka receptorowe – spełniają rolę w kontaktowaniu się komórki ze światem zewnętrznym, endocytozach i wielu innych
- białka enzymatyczne – jak kompleksy białkowe syntezujące celulozę w komórkach roślinnych lub pompa sodowo-potasowa
Asymetria błony komórkowej i jej znaczenie.
zarówno składniki lipidowe, jak i białkowe są rozmieszczone w błonie komórkowej asymetrycznie
każda warstwa błony ma nieco inny skład i właściwości
cząsteczki białek przebijają dwuwarstwę lipidową lub unoszą się tylko w zewnętrznej lub wewnętrznej warstwie
białka błonowe są tak zorientowane przestrzennie, aby poszczególne ich domeny mogły pełnić właściwe funkcje w odpowiednim przedziale komórkowym
komórki skupiają pewne białka w obrębie pewnych fragmentów błony
asymetryczność:
- strukturalna – niejednakowy rozkład lipidów i białek po obu częściach dwumolekularnej warstwy lipidowej (strona cytoplazmatyczna błony ma inny skład niż strona kontaktująca się z otoczeniem)
- funkcjonalna
Charakterystyka i znaczenie kory komórki i glikokaliksu.
kora komórki:
- utworzona przez białka szkieletowe (np. spektryna w erytrocytach)
* kotwiczą się do niektórych białek transbłonowych
* powiązane wzajemnie
* utrzymują kształt komórki
* zapewniają błonie elastyczność i wytrzymałość
- subtelna i skomplikowana „włóknista” wyściółka tuż pod błoną komórkową
glikokaliks:
- płaszcz cukrowy
- łańcuchy oligosacharydowe
- element rozpoznawczy dla różnych komórek
- umożliwia rozpoznawanie jednych komórek przez drugie, np. komórki jajowe przez plemnik czy bakterii przez krwinki białe
- zabezpiecza powierzchnię komórki przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi
- w dużym stopniu pochłania wodę – powoduje „śliskość” błony
* umożliwia leukocytom prześlizgiwanie się przez wąskie szczeliny w ścianach naczyń krwionośnych
* zapobiega zlepianiu się krwinek czerwonych i przyczepianiu do ścian naczyń krwionośnych
Znaczenie czynnościowe „płynności” błony komórkowej.
zależy od charakteru hydrofobowych ogonów zawartych w fosfolipidach
im ściślejsze i bardziej regularne jest upakowanie ogonów tym błona jest mniej płynna
na upakowanie ogonów węglowodorowych mają wpływ ich długość oraz stopień nienasycenia (liczba wiązań podwójnych)
lipidy tworzące błonę komórkową nieustannie się poruszają i zamieniają miejscami w obrębie płaszczyzny błony
płynność i elastyczność umożliwiają odkształcanie błony komórkowej
dzięki temu liczne komórki mogą zmienić swój kształt, przeprowadzić endocytozę i egzocytozę
pozwala na dość swobodne i szybkie przemieszczanie się części białek błonowych
ułatwia zlewanie się błon w czasie ich rozbudowy
w trakcie mitozy zapewnia równomierny rozdział cząsteczek tworzących błonę pomiędzy komórki potomne
ruchy fosfolipidów:
- rotacyjne – wokół własnej osi
- fleksyjne – wahadłowe łańcuchów kwasów tłuszczowych (ogonów)
- dyfuzyjne (dyfuzja boczna) – przemieszczanie się w jednej płaszczyźnie
- flip-flop – międzywarstwowe ruchy wymienne
Rodzaje i ogólna charakterystyka transportu przez błonę komórkową.
dyfuzja prosta
- samorzutne rozprzestrzenianie się jednej substancji w drugiej
- zachodzi bez użycia energii
- bierna
- zgodnie z gradientem stężeń (od stężenia wyższego do niższego)
- bez pomocy przenośników
dyfuzja wspomagana
- zachodzi bez użycia energii
- zgodnie z gradientem stężeń
- dodatkowe kanały (białka transportowe) – połączenia szczelinowe
transport aktywny
- wymaga nakładu energii (ATP)
- czynny
- pomocnicze białka transportowe
- zachodzi wbrew gradientowi stężeń
- charakter jednokierunkowy
substancja przenoszona – ligand
uniport – przemieszczanie jednego metabolitu tylko w jednym kierunku
symport – przemieszczanie dwóch ligandów jednocześnie
antysport – przemieszczanie jednego metabolitu i usuwanie drugiego jednocześnie