Błony komórkowe
Lipidy
Zbudowane są głównie z fosfolipidów (których poznano 1000 różnych typów u ssaków). Są to związki amfipatyczne, posiadające biegun hydrofilny i hydrofobowy To właśnie pozwala na utworzenie przegrody gdyż fosfolipidy układają się spontaniczne w środowisku wodnym w ten sposób, że grupy polarne bieguna hydrofilnego zwrócone są do tego środowiska a grupy apolarne, grupują się w „środku”. To też jest przyczyną samosklejania się w przypadku rozerwania błony (w celu ukrycia grup hydrofobowych).
Błona komórkowa jest płynna dzięki lipidom, a heterogeniczność składu błony zwiększa jej płynność (obniża temeperaturę” przejścia fazowego”.)
Lipidy, w środowisku wodnym mogą się układać w kilka form, które mogą swobodnie przechodzić jedna w drugą. Są nimi :
- dwuwarstwa
- micelle (a te mogą być normalne lub odwrócone)
Gdy w błonie tworzą się micelle, wówczas błony stają się bardziej przepuszczalne dla związków apolarnych (w przypadku micelli normalnych) lub zw. polarnych ale (np. wody - w przypadku milcelli odwróconych).
Fosfolipidy wchodzące w skład błon plazmatycznych można następująco scharakteryzować:
lp. |
Nazwa fosfolipidu |
zaw. % |
Uwagi |
Fosfatydylocholina |
50% |
Jest ona konieczna do wzrostu komórek, zmiany lokalizacji lub składu kw. tłuszczowych. Jej brak lub niedobór jest sygnałem do apoptozy. Sama jest substratem do syntezy choliny, |
|
Fosfatydyloetanol-amina |
20% |
Połowa występuje w formie plazmalogenów - stanowi ochronę przed stresem oksydacyjnym (UV), |
|
Sfingomielina |
9% |
Wiąże się z białkiem zakotwiczonym GPI, stanowi źródło sfingozyny i ceramidu, |
|
Fosfatydyloinozytol |
8% |
Jest źródłem IP3,DG , |
|
Fosfatydyloseryna |
6% |
Wiąże niektóre enzymy (np. fosfolipazę C), jest także konieczna do fuzji błon, |
|
Kardiolipina |
3% |
występuje w błonie wewnętrznej mitochondrium. |
Na zewnętrznej stronie błony występują przede wszystkim fosfolipidy cholinowe natomiast po wewnętrznej fosfolipidy aminowe.
Własności błon zależą od rodzaju lipidów, w tym od przestrzennego kształtu cząsteczek. fosfolipidów. I tak sfingomielina i fosfatydylocholina mają kształt walcowaty, co powoduje stabilizację dwuwarstwy - nie mają one zdolności do tworzenia micelli. Jeżeli lipidy mają dużą grupę polarną a małą apolarną , co określa się jako stożek odwrócony- mogą wtedy łatwo tworzyć micelle z co za tym idzie zwiększają płynność błony. Cholesterol, mający cz. hydrofilną mniejszą od hydrofobowej, (kształt porównywany do stożka) prowokuje tworzenie micelli odwróconych. Powoduje on także usztywnienie błony. Sfingomielina stanowi źródło substancji biologicznie czynnych: sfingozyny i ceramidów. Te ostatnie odgrywają rolę w zjawiskach reakcji na różne szkodliwe bodźce zewnętrzne.
Lipidy, w zależności od swego kształtu i ładunku elektrycznego mogą także brać udział w otwieraniu podstawowych kanałów K+ .
Glikolipidy: posiadają od 1 do kilkunastu reszt cukrowcowych dołączonych estrowo do rdzenia glicerolowego. Występują wyłącznie w blaszce dwuwarstwy oddalonej od cytoplazmy gdzie stanowią ok.5% lipidów. Dzielimy je na glikolipidy obojętne (np. galaktocerebrozyd), oraz gangliozydy, zawierające zmienne ilości kwasu sjalowego. Odgrywają rolę w pewnych efektach elektrycznych (te obdarzone ładunkiem), izolowaniu (mielina), wyłapywaniu jonów Ca2+, rozpoznawaniu komórek lub specyficznych substancji (toksyna cholery).
Glikolipidy, sfingomielina i cholesterol tworzą silne wiązania boczne powodujące wytworzenie tzw. „tratw' w obrębie dwuwarstwy błony. W tratwy mogą być wbudowane określone białka (zwłaszcza z wiązaniem GPI- patrz dalej), co powoduje utworzenie wyspecjalizowanych domen w błonie.
W błonie komórkowej mogą zachodzić zmiany dostosowawcze, polegające na modyfikacji składu i układu lipidów (poprzez syntezę i wbudowywanie), zależnie od pH środowiska i zawartości jonów kationowych, oraz obecność inhibitorów enzymatycznych (N-metylotransferaza, dwuetapowa transformacja fosfatydyloetanoloaminy w lecytynę.).
Obszar lipidowy błony odpowiada za przepuszczalność błony dla malych cząsteczek hydrofobowych (O2,CO2,NH3 oraz związków dobrze rozpuszczalnych w tłuszczach benzen, etanol), etc.)
Białka błonowe
Można podzielić na dwie zasadnicze grupy:
Integralne |
Powierzchniowe |
Są one mocno związane z błoną (aby je wyizolować z błony trzeba ją zniszczyć).Białka te posiadają obszary hydrofobowe.
|
Są to białka które można łatwo oddzielić od błony. Leżą na zewn. lub wewn. powierzchni błony. Są one stabilizowane przez wiązania z innymi białkami błonowymi - tj. integralnymi |
Białka zakotwiczone GPI tj za pomocą wiązań glikozylofosfatydyloinozytolowych. Lokalizują się na zewnętrznej powierzchni błony, w komórkach spolaryzowanych jest to błona okolicy szczytowej..Odgrywają rolę w reakcjach immunologicznych, proteolizie macierzy, syntezie mieliny, a także patogenezie schorzeń prionowych Wchodza w skład „tratw”
Obszary (domeny) błony komórkowej:
Obszar przyszczytowy i przypodstawno boczny
Dołeczki okryte i kaweole
„Tratwy” w warstwie lipidowej
Transport błonowy
Białka transportowe (BT) umożliwiają przenoszenie przez błonę substancji, które nie rozpuszczają się w lipidach. Można je podzielić na :
Kanały
Białka. nośnikowe (przenoszą zgodnie z gradientem stężeń)
Pompy (przenoszą przeciw gradientowi stężeń)
Wszystkie BT są białkami integralnymi, transbłonowymi, wielokrotnie przebijającymi błonę. Ich fragmenty hydrofilne są zwrócone do siebie tworząc obszar w białku, który stanowi rodzaj poru.
Transport substancji może być następujący:
uniport - transport jednej cząsteczki
symport - transport. dwóch substancji w tym samym kierunku
antyport - transport dwóch substancji w różnym kierunku Takie białka nośnikowe nazywamy też wymiennikami)
Dwa ostatnie rodzaje transportu są rodzajami współtransportu. (kotransportu) Najczęściej jedna z przenoszonych substancji jest jonem a druga większą cząsteczką.
Białka nośnikowe przyłączają przenoszoną substancję po jednej stronie błony i uwalniają po drugiej. Dynamika transportu wykazuje krzywą wysycenia. Transport daje się blokować subtancjami reagującymi z miejscem wiązania (kompetytywnie).
Transport glukozy odbywa się przy pomocy białek GLUT (Glucose Transporter) Poszczególne izoformy transportera (1-5) występują w różnych tkankach. Glukoza jest przenoszona na drugą błony stronę zgodnie z gradientem stężeń. Odmiennym transporterem jest SGLT (Sodium driven glucose transporter), który jest symporterem Na+ i glukozy. Występuje w brzeżku szczoteczkowym komórek resorbcyjnych - kanalika proksymalnego nerki oraz nabłonka jelitowego. Jest to transport aktywny wtórny, gdyż zależy on od gradientu stężeń Na+ wytworzonego przy udziale ATP przez Na+-K+-ATP-azę .
Transport neuroprzekaźników - symport z Na+
Transport aminokwasów, glukozy, dipeptydów - symport z H+.
Transport kwasów żółciowych - symport z Na+
Grupa odpowiednich białek transportowych (symportery i wymienniki) odpowiada za regulację objętości komórki i pH cytoplazmy..
Regulacja transportu ułatwionego polega na wycofywaniu i wmontowywaniu białek transportujących z/do błony. Przykładem może być wbudowywanie aquaporyn (AQ 2) w cewce zbiorczej nerki. (pod wpływem ADH), lub GLUT 4 do błony adipocytów i włókien mięsnych szkieletowych (pod wpływem insuliny).
Choroby genetyczne tych transporterów mogą powodować złe wchłanianie glukozy i galaktozy, czy też cystynurię.
Przechodzenie peptydów przez błonę -(prz y udziale pump typu ABC ATP Binding Casette)
Zmiany przepuszczalności błony są realizowane przez:
zmianę składu lipidów,
zmianę rozmieszczenia lipidów
tworzenie micelli
otwieranie kanałów
wbudowywanie kanałów (transporterów)
Szkielet błonowy
Tworzą go białka znajdujące się po wewnętrznej stronie błony ale równocześnie związanych z nią. Te białka mogą się łączyć z elementami cytoszkieletu (p.w. z mikrotubulami). Białkami tworzącymi ten cytoszkielet są :
spektryny
fodryna
dystrofina i jej pochodne.
Pierwsze dwa są białkami długimi włókienkowatymi, trzecie natomiast zakotwicza receptory w płytkach motorycznych (a więc jej brak powoduje dystrofię mięśniową). Są one białkami włókienkowymi (zazwyczaj dimerami) są giętkie, umożliwiając w ten sposób zmianę kształtu komórki.
Oprócz tego występują jeszcze białka zakotwiczające, takie jak ankyryna (zakotwiczające do białek błonowych) oraz białko 4.1 (które łączy się z lipidami błonowymi)
Znaczenie szkieletu błonowego to:
utrzymanie integralności błony,
regulacja - ograniczenie ruchliwości białek kanałów (receptorów) - zasugerowano, że białka w błonie poruszają się w ściśle określonych terytoriach - jest to zależne od wielkości cz. cytoplazmatycznej białka,
utrzymanie asymetrii błony,
możliwość odkształcenia błony (komórki).
Schorzenia związane z defektem szkieletu błonowego
- Jeżeli dotyczy spektryny lub ankyryny - występują wtedy takie choroby jak sferocytoza, eliptocytoza, pyropolikilocytoza; Te defekty prowadzą do zmiany kształtu erytrocytów) co pociąga za sobą ich mniejszą trwałość i anemię.
- Jeżeli dotyczy dystrofiny: dystrofia mięśniowa Duchenne'a (DMD) lub dystrofia mięśniowa Beckera (BMD).