Błona komórkowa zwana także błoną plazmatyczną (lub cytoplazmatyczną) i plazmalemmą. Struktura ta nie tylko oddziela wewnętrzną zawartość komórki od środowiska zewnętrznego, ale jest także częścią większości organelli komórkowych i jądra, oddzielając je z kolei od hialoplazmy (cytozolu) - lepko-ciekłej części cytoplazmy. Umówmy się zadzwonić błona cytoplazmatyczna ten, który oddziela zawartość komórki od środowiska zewnętrznego. Pozostałe terminy oznaczają wszystkie membrany.
Struktura błony komórkowej (biologicznej) opiera się na podwójnej warstwie lipidów (tłuszczów). Tworzenie takiej warstwy jest związane z charakterystyką ich cząsteczek. Lipidy nie rozpuszczają się w wodzie, ale kondensują się w niej na swój sposób. Jedna część pojedynczej cząsteczki lipidu to głowa polarna (przyciąga wodę, czyli jest hydrofilowa), a druga to para długich ogonów niepolarnych (ta część cząsteczki jest odpychana przez wodę, czyli hydrofobowa). Taka struktura cząsteczek powoduje, że „chowają” ogony przed wodą i zwracają głowy polarne w stronę wody.
Rezultatem jest dwuwarstwa lipidowa, w której ogony niepolarne są skierowane do wewnątrz (zwrócone do siebie), a głowy polarne są skierowane na zewnątrz (w kierunku środowisko zewnętrzne i cytoplazma). Powierzchnia takiej membrany jest hydrofilowa, ale wewnątrz jest hydrofobowa.
W błonach komórkowych wśród lipidów dominują fosfolipidy (należą do lipidów złożonych). Ich głowy zawierają resztę kwasu fosforowego. Oprócz fosfolipidów istnieją glikolipidy (lipidy + węglowodany) i cholesterol (związany ze sterolami). Ten ostatni nadaje sztywność membranie, znajdując się w jej grubości pomiędzy ogonami pozostałych lipidów (cholesterol jest całkowicie hydrofobowy).
W wyniku interakcji elektrostatycznych niektóre cząsteczki białek przyłączają się do naładowanych głów lipidowych, które stają się białkami błony powierzchniowej. Inne białka oddziałują z niepolarnymi ogonami, są częściowo zakopane w dwuwarstwie lub przez nią przenikają.
Zatem błona komórkowa składa się z dwuwarstwy lipidów, białek powierzchniowych (obwodowych), osadzonych (półintegralnych) i przenikających (integralnych). Ponadto niektóre białka i lipidy na zewnątrz błony są powiązane z łańcuchami węglowodanowymi.
Ten Model płynnej mozaiki struktury membrany wysunięto w latach 70. XX wieku. Wcześniej przyjęto kanapkowy model budowy, zgodnie z którym dwuwarstwa lipidowa znajduje się wewnątrz, a od wewnątrz i na zewnątrz błony pokryta jest ciągłymi warstwami białek powierzchniowych. Jednak nagromadzenie danych eksperymentalnych obaliło tę hipotezę.
Grubość błon w różnych komórkach wynosi około 8 nm. Błony (nawet różne strony jednej) różnią się między sobą zawartością procentową różnych typów lipidów, białek, aktywnością enzymatyczną itp. Niektóre membrany są bardziej płynne i bardziej przepuszczalne, inne są bardziej gęste.
Pęknięcia błony komórkowej łatwo się łączą ze względu na właściwości fizykochemiczne dwuwarstwy lipidowej. W płaszczyźnie błony poruszają się lipidy i białka (o ile nie są zakotwiczone w cytoszkielecie).
Funkcje błony komórkowej
Większość białek zanurzonych w błonie komórkowej pełni funkcję enzymatyczną (są to enzymy).
Często (zwłaszcza w błonach organelli komórkowych) enzymy ułożone są w określonej kolejności, tak że produkty reakcji katalizowane przez jeden enzym przechodzą do drugiego, potem trzeciego itd. Tworzy się przenośnik, który stabilizuje białka powierzchniowe, gdyż nie umożliwiają enzymom przepływ wzdłuż dwuwarstwy lipidowej. Błona komórkowa służy jako ogranicznik (bariera).środowisko
i jednocześnie funkcję transportową.
Można powiedzieć, że to jest jego najważniejszy cel. Błona cytoplazmatyczna, posiadająca wytrzymałość i selektywną przepuszczalność, utrzymuje stałość wewnętrznego składu komórki (jej homeostazę i integralność).
W tym przypadku transport substancji odbywa się na różne sposoby. Transport wzdłuż gradientu stężeń polega na przemieszczaniu się substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu (dyfuzja). Na przykład gazy (CO 2 , O 2 ) dyfundują. Istnieje również transport wbrew gradientowi stężeń, ale z zużyciem energii. Transport może mieć charakter pasywny i ułatwiony (gdy wspomaga go jakiś przewoźnik).
Dyfuzja pasywna
Białka nitkujące łączą się, tworząc pory umożliwiające przepływ niektórych substancji przez błonę. Takie nośniki nie przemieszczają się, lecz tworzą kanał w błonie i działają podobnie jak enzymy, wiążąc określoną substancję. Transfer następuje w wyniku zmiany konformacji białka, w wyniku czego powstają kanały w błonie. Przykładem jest pompa sodowo-potasowa.
Funkcja transportowa błony komórkowej eukariotów jest również realizowana poprzez endocytozę (i egzocytozę). Dzięki tym mechanizmom duże cząsteczki biopolimerów, a nawet całe komórki, przedostają się do komórki (i z niej). Endo- i egzocytoza nie są charakterystyczne dla wszystkich komórek eukariotycznych (prokarioty w ogóle ich nie mają). Zatem endocytozę obserwuje się u pierwotniaków i niższych bezkręgowców; u ssaków leukocyty i makrofagi absorbują szkodliwe substancje i bakterie, czyli endocytoza pełni funkcję ochronną dla organizmu.
Endocytozę dzielimy na fagocytoza(cytoplazma otacza duże cząstki) i pinocytoza(wychwytywanie kropelek cieczy z rozpuszczonymi w niej substancjami). Mechanizm tych procesów jest w przybliżeniu taki sam. Wchłonięte substancje na powierzchni komórek otoczone są błoną. Tworzy się pęcherzyk (fagocytarny lub pinocytowy), który następnie przemieszcza się do komórki.
Egzocytoza to usuwanie substancji z komórki (hormonów, polisacharydów, białek, tłuszczów itp.) przez błonę cytoplazmatyczną. Substancje te zawarte są w pęcherzykach błonowych, które zbliżają się do błony komórkowej. Obie membrany łączą się i zawartość pojawia się na zewnątrz komórki.
Błona cytoplazmatyczna pełni funkcję receptora. Aby to zrobić, na jego zewnętrznej stronie znajdują się struktury, które potrafią rozpoznać bodziec chemiczny lub fizyczny. Część białek przenikających przez plazmalemmę jest połączona od zewnątrz z łańcuchami polisacharydowymi (tworząc glikoproteiny). Są to specyficzne receptory molekularne, które wychwytują hormony. Kiedy dany hormon wiąże się ze swoim receptorem, zmienia swoją strukturę. To z kolei uruchamia mechanizm odpowiedzi komórkowej. W takim przypadku kanały mogą się otworzyć i niektóre substancje mogą zacząć wchodzić lub wychodzić z komórki.
Funkcja receptorów błon komórkowych została dobrze zbadana w oparciu o działanie hormonu insuliny. Kiedy insulina wiąże się ze swoim receptorem glikoproteinowym, aktywowana jest katalityczna wewnątrzkomórkowa część tego białka (enzym cyklaza adenylanowa). Enzym syntetyzuje cykliczny AMP z ATP. Już aktywuje lub tłumi różne enzymy metabolizmu komórkowego.
Funkcja receptora błony cytoplazmatycznej obejmuje także rozpoznawanie sąsiadujących komórek tego samego typu. Komórki takie są połączone ze sobą różnymi kontaktami międzykomórkowymi.
W tkankach za pomocą kontaktów międzykomórkowych komórki mogą wymieniać między sobą informacje za pomocą specjalnie syntetyzowanych substancji niskocząsteczkowych. Przykładem takiej interakcji jest inhibicja kontaktowa, kiedy komórki przestają rosnąć po otrzymaniu informacji, że wolne miejsce jest zajęte.
Kontakty międzykomórkowe mogą być proste (błony różnych komórek przylegają do siebie), blokowanie (wgłobienie błony jednej komórki w drugą), desmosomy (gdy błony są połączone wiązkami włókien poprzecznych penetrujących cytoplazmę). Ponadto istnieje wariant kontaktów międzykomórkowych ze względu na mediatory (pośredniki) - synapsy. W nich sygnał jest przesyłany nie tylko chemicznie, ale także elektrycznie. Synapsy przekazują sygnały między komórkami nerwowymi, a także z komórek nerwowych do mięśniowych.
Błony to niezwykle lepkie i jednocześnie plastyczne struktury otaczające wszystkie żywe komórki. Funkcje błony komórkowe:
1. Błona plazmatyczna jest barierą utrzymującą odmienny skład środowiska zewnątrz- i wewnątrzkomórkowego.
2. Błony tworzą wyspecjalizowane przedziały wewnątrz komórki, tj. liczne organelle - mitochondria, lizosomy, kompleks Golgiego, retikulum endoplazmatyczne, błony jądrowe.
3. W błonach zlokalizowane są enzymy biorące udział w konwersji energii w procesach takich jak fosforylacja oksydacyjna i fotosynteza.
Struktura i skład membran
Podstawą błony jest podwójna warstwa lipidowa, w której tworzeniu biorą udział fosfolipidy i glikolipidy. Dwuwarstwę lipidową tworzą dwa rzędy lipidów, których rodniki hydrofobowe są ukryte do wewnątrz, a grupy hydrofilowe skierowane są na zewnątrz i stykają się ze środowiskiem wodnym. Cząsteczki białek są niejako „rozpuszczone” w dwuwarstwie lipidowej.
Struktura lipidów błonowych
Lipidy błonowe są cząsteczkami amfifilowymi, ponieważ cząsteczka ma zarówno obszar hydrofilowy (głowy polarne), jak i obszar hydrofobowy, reprezentowany przez rodniki węglowodorowe kwasów tłuszczowych, które samorzutnie tworzą dwuwarstwę. Błony zawierają trzy główne typy lipidów – fosfolipidy, glikolipidy i cholesterol.
Skład lipidów jest inny. Zawartość konkretnego lipidu jest najwyraźniej zdeterminowana różnorodnością funkcji pełnionych przez te lipidy w błonach.
Fosfolipidy. Wszystkie fosfolipidy można podzielić na dwie grupy – glicerofosfolipidy i sfingofosfolipidy. Glicerofosfolipidy zaliczane są do pochodnych kwasu fosfatydowego. Najbardziej powszechnymi glicerofosfolipidami są fosfatydylocholiny i fosfatydyloetanoloaminy. Sfingofosfolipidy oparte są na sfingozynie aminoalkoholowej.
Glikolipidy. W glikolipidach część hydrofobowa jest reprezentowana przez ceramid alkoholowy, a część hydrofilowa jest reprezentowana przez resztę węglowodanową. W zależności od długości i budowy części węglowodanowej wyróżnia się cerebrozydy i gangliozydy. Polarne „głowy” glikolipidów znajdują się na zewnętrznej powierzchni błon plazmatycznych.
Cholesterol (CS). CS jest obecny we wszystkich błonach komórek zwierzęcych. Jego cząsteczka składa się ze sztywnego hydrofobowego rdzenia i elastycznego łańcucha węglowodorowego. Pojedyncza grupa hydroksylowa w pozycji 3 to „głowa polarna”. W komórce zwierzęcej średni stosunek molowy cholesterol/fosfolipidy wynosi 0,3-0,4, ale w błonie komórkowej ten stosunek jest znacznie wyższy (0,8-0,9). Obecność cholesterolu w błonach zmniejsza ruchliwość kwasów tłuszczowych, ogranicza boczną dyfuzję lipidów i dlatego może wpływać na funkcje białek błonowych.
Właściwości membrany:
1. Selektywna przepuszczalność. Zamknięta dwuwarstwa zapewnia jedną z głównych właściwości membrany: jest nieprzepuszczalna dla większości cząsteczek rozpuszczalnych w wodzie, ponieważ nie rozpuszczają się one w jej hydrofobowym rdzeniu. Gazy takie jak tlen, CO 2 i azot mają zdolność łatwego przenikania do komórek ze względu na mały rozmiar ich cząsteczek i słabe oddziaływanie z rozpuszczalnikami. Cząsteczki o charakterze lipidowym, takie jak hormony steroidowe, również łatwo przenikają przez dwuwarstwę.
2. Płynność. Błony charakteryzują się płynnością (płynnością), zdolnością lipidów i białek do poruszania się. Możliwe są dwa rodzaje ruchów fosfolipidów: salto (w literaturze naukowej zwane „flip-flop”) i dyfuzja boczna. W pierwszym przypadku przeciwstawne sobie cząsteczki fosfolipidów w warstwie dwucząsteczkowej przewracają się (lub wykonują salta) ku sobie i zamieniają miejscami w błonie, tj. to, co zewnętrzne staje się wnętrzem i odwrotnie. Takie skoki wiążą się ze zużyciem energii. Częściej obserwuje się rotacje wokół osi (rotację) i dyfuzję boczną - ruch w warstwie równoległej do powierzchni membrany. Szybkość ruchu cząsteczek zależy od mikrolepkości błon, która z kolei zależy od względnej zawartości nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych w składzie lipidów. Mikrolepkość jest mniejsza, jeśli w składzie lipidów dominują nienasycone kwasy tłuszczowe, a większa, jeśli zawartość nasyconych kwasów tłuszczowych jest wysoka.
3. Asymetria membrany. Powierzchnie tej samej błony różnią się składem lipidów, białek i węglowodanów (asymetria poprzeczna). Na przykład w warstwie zewnętrznej dominują fosfatydylocholiny, podczas gdy w warstwie wewnętrznej dominują fosfatydyloetanoloaminy i fosfatydyloseryny. Składniki węglowodanowe glikoprotein i glikolipidów wydostają się na powierzchnię zewnętrzną, tworząc ciągłą strukturę zwaną glikokaliksem. Na wewnętrznej powierzchni nie ma węglowodanów. Białka - receptory hormonów znajdują się na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej, a enzymy, które regulują - cyklaza adenylanowa, fosfolipaza C - na wewnętrznej powierzchni itp.
Białka błonowe
Fosfolipidy błonowe pełnią funkcję rozpuszczalnika dla białek błonowych, tworząc mikrośrodowisko, w którym te ostatnie mogą funkcjonować. Białka stanowią od 30 do 70% masy błon. Liczba różnych białek w błonie waha się od 6-8 w siateczce sarkoplazmatycznej do ponad 100 w błonie komórkowej. Są to enzymy, białka transportowe, białka strukturalne, antygeny, w tym antygeny głównego układu zgodności tkankowej, receptory różnych cząsteczek.
Ze względu na lokalizację w błonie białka dzielimy na integralne (częściowo lub całkowicie zanurzone w błonie) i obwodowe (znajdujące się na jej powierzchni). Niektóre białka integralne przechodzą przez błonę jednokrotnie (glikoforyna), inne wielokrotnie. Na przykład fotoreceptor siatkówki i receptor β2-adrenergiczny przekraczają dwuwarstwę 7 razy.
Białka obwodowe i domeny białek integralnych, zlokalizowane na zewnętrznej powierzchni wszystkich błon, są prawie zawsze glikozylowane. Reszty oligosacharydowe chronią białko przed proteolizą i biorą także udział w rozpoznawaniu ligandów lub adhezji.
Błona komórkowa to płaska struktura, z której zbudowana jest komórka. Występuje we wszystkich organizmach. Jego unikalne właściwości zapewniają żywotną aktywność komórek.
Rodzaje membran
Istnieją trzy rodzaje błon komórkowych:
- zewnętrzny;
- jądrowy;
- błony organelli.
Zewnętrzna błona cytoplazmatyczna tworzy granice komórki. Nie należy go mylić ze ścianą komórkową lub błoną występującą w roślinach, grzybach i bakteriach.
Różnica między ścianą komórkową a błoną komórkową polega na jej znacznie większej grubości i przewadze funkcji ochronnej nad funkcją wymienną. Błona znajduje się pod ścianą komórkową.
Błona jądrowa oddziela zawartość jądra od cytoplazmy.
TOP 4 artykułyktórzy czytają razem z tym
Wśród organelli komórkowych są te, których kształt tworzy jedna lub dwie membrany:
- mitochondria;
- plastydy;
- wakuole;
- kompleks Golgiego;
- lizosomy;
- retikulum endoplazmatycznego (ER).
Struktura membrany
Według współczesnych koncepcji strukturę błony komórkowej opisuje się za pomocą modelu płynnej mozaiki. Podstawą błony jest warstwa bilipidowa – dwa poziomy cząsteczek lipidów tworzących płaszczyznę. Po obu stronach warstwy bilipidowej znajdują się cząsteczki białka. Niektóre białka są osadzone w warstwie bilipidowej, inne przez nią przechodzą.
Ryż. 1. Błona komórkowa.
Komórki zwierzęce mają kompleks węglowodanów na powierzchni błony. Badając komórkę pod mikroskopem, zauważono, że membrana jest w ciągłym ruchu i ma niejednorodną strukturę.
Błona jest mozaiką zarówno w sensie morfologicznym, jak i funkcjonalnym, ponieważ zawiera różne jej sekcje różne substancje i mają różne właściwości fizjologiczne.
Właściwości i funkcje
Każda struktura graniczna pełni funkcje ochronne i wymienne. Dotyczy to wszystkich rodzajów membran.
Realizację tych funkcji ułatwiają takie właściwości jak:
- plastikowy;
- wysoka zdolność do regeneracji;
- półprzepuszczalność.
Właściwość półprzepuszczalności polega na tym, że niektóre substancje nie mogą przejść przez membranę, podczas gdy inne mogą przejść swobodnie. W ten sposób realizowana jest funkcja kontrolna membrany.
Ponadto błona zewnętrzna zapewnia komunikację między komórkami dzięki licznym naroślom i uwalnianiu substancji klejącej, która wypełnia przestrzeń międzykomórkową.
Transport substancji przez membranę
Substancje przedostają się przez błonę zewnętrzną w następujący sposób:
- przez pory za pomocą enzymów;
- bezpośrednio przez membranę;
- pinocytoza;
- fagocytoza.
Dwie pierwsze metody służą do transportu jonów i małych cząsteczek. Duże cząsteczki dostają się do komórki poprzez pinocytozę (w postaci płynnej) i fagocytozę (w postaci stałej).
Ryż. 2. Schemat pino- i fagocytozy.
Błona owija się wokół cząsteczki pożywienia i blokuje ją w wakuoli trawiennej.
Woda i jony przedostają się do komórki bez wydatku energetycznego, poprzez transport bierny. Duże cząsteczki poruszają się poprzez transport aktywny, zużywając zasoby energii.
Transport wewnątrzkomórkowy
Siateczka śródplazmatyczna zajmuje od 30% do 50% objętości komórki. Jest to rodzaj systemu wnęk i kanałów, który łączy wszystkie części komórki i zapewnia uporządkowany wewnątrzkomórkowy transport substancji.
Ryż. 3. Rysunek EPS.
Zatem znaczna masa błon komórkowych koncentruje się w ER.
Czego się nauczyliśmy?
Dowiedzieliśmy się, czym jest błona komórkowa w biologii. Jest to struktura, na której zbudowane są wszystkie żywe komórki. Jego znaczenie w komórce polega na: wyznaczeniu przestrzeni organelli, jądra i komórki jako całości, zapewnieniu selektywnego przepływu substancji do komórki i jądra. Błona składa się z cząsteczek lipidów i białek.
Testuj w temacie
Ocena raportu
Średnia ocena: 4.7. Łączna liczba otrzymanych ocen: 305.
Nie jest tajemnicą, że wszystkie żywe istoty na naszej planecie składają się z komórek, tej niezliczonej „” materii organicznej. Komórki z kolei otoczone są specjalną powłoką ochronną – błoną, która odgrywa bardzo ważną rolę w życiu komórki, a funkcje błony komórkowej nie ograniczają się tylko do ochrony komórki, ale stanowią złożony mechanizm biorący udział w reprodukcji, odżywianiu i regeneracji komórki.
Co to jest błona komórkowa
Samo słowo „membrana” jest tłumaczone z łaciny jako „folia”, chociaż membrana to nie tylko rodzaj folii, w którą owinięta jest komórka, ale połączenie dwóch folii połączonych ze sobą i mających różne właściwości. W rzeczywistości błona komórkowa jest trójwarstwową membraną lipoproteinową (białko tłuszczowe), która oddziela każdą komórkę od sąsiadujących komórek i środowiska i przeprowadza kontrolowaną wymianę między komórkami a środowiskiem. Jest to akademicka definicja tego, czym jest błona komórkowa Jest.
Znaczenie membrany jest po prostu ogromne, ponieważ nie tylko oddziela jedną komórkę od drugiej, ale także zapewnia interakcję komórki zarówno z innymi komórkami, jak i środowiskiem.
Historia badań błon komórkowych
Ważny wkład w badania błony komórkowej wnieśli dwaj niemieccy naukowcy Gorter i Grendel już w 1925 roku. Właśnie wtedy udało im się przeprowadzić złożony eksperyment biologiczny na czerwonych krwinkach – erytrocytach, podczas którego naukowcy uzyskali tzw. „cienie”, puste otoczki erytrocytów, które ułożyli w jeden stos i zmierzyli pole powierzchni, a także obliczono ilość zawartych w nich lipidów. Na podstawie ilości uzyskanych lipidów naukowcy doszli do wniosku, że wystarczą one w sam raz do pokrycia podwójnej warstwy błony komórkowej.
W 1935 roku kolejna para badaczy błon komórkowych, tym razem Amerykanie Daniel i Dawson, po serii długich eksperymentów ustaliła zawartość białka w błonie komórkowej. Nie było innego sposobu wyjaśnienia, dlaczego membrana miała tak wysokie napięcie powierzchniowe. Naukowcy sprytnie zaprezentowali model błony komórkowej w formie kanapki, w której rolę chleba pełnią jednorodne warstwy lipidowo-białkowe, a pomiędzy nimi zamiast oleju znajduje się pustka.
W 1950 roku, wraz z pojawieniem się elektroniki, teoria Daniela i Dawsona została potwierdzona praktycznymi obserwacjami - na mikrofotografiach błony komórkowej wyraźnie widoczne były warstwy głów lipidowych i białkowych, a także pusta przestrzeń między nimi.
W 1960 roku amerykański biolog J. Robertson opracował teorię o trójwarstwowej budowie błon komórkowych, którą przez długi czas uważano za jedyną słuszną, jednak z dalszy rozwój nauce zaczęły pojawiać się wątpliwości co do jej nieomylności. Z punktu widzenia więc np. trudnego i pracochłonnego dla komórek byłoby przetransportowanie niezbędnych składników odżywczych przez całą „kanapkę”
Dopiero w 1972 roku amerykańscy biolodzy S. Singer i G. Nicholson byli w stanie wyjaśnić niespójności w teorii Robertsona, korzystając z nowego modelu błony komórkowej w formie płynnej mozaiki. W szczególności odkryli, że błona komórkowa nie jest jednorodna pod względem składu, ponadto jest asymetryczna i wypełniona cieczą. Ponadto komórki są w ciągłym ruchu. A słynne białka wchodzące w skład błony komórkowej mają różne struktury i funkcje.
Właściwości i funkcje błony komórkowej
Przyjrzyjmy się teraz, jakie funkcje pełni błona komórkowa:
Funkcją barierową błony komórkowej jest membrana pełniąca rolę prawdziwego strażnika granicznego, stojącego na straży granic komórki, opóźniającego i nie przepuszczającego szkodliwych lub po prostu niewłaściwych cząsteczek.
Funkcja transportowa błony komórkowej - błona pełni nie tylko funkcję straży granicznej na bramie celi, ale także swego rodzaju punkt kontroli celnej, za jej pośrednictwem następuje ciągła wymiana przydatnych substancji z innymi komórkami i środowiskiem.
Funkcja matrycy - to błona komórkowa określa położenie względem siebie i reguluje interakcję między nimi.
Funkcja mechaniczna - odpowiada za oddzielenie jednej komórki od drugiej i jednocześnie za prawidłowe łączenie komórek ze sobą, za uformowanie ich w jednorodną tkankę.
Funkcja ochronna błony komórkowej jest podstawą budowy tarczy ochronnej komórki. W naturze przykładem takiej funkcji może być twarde drewno, gęsta skórka, powłoka ochronna, a wszystko to za sprawą ochronnej funkcji membrany.
Funkcja enzymatyczna to kolejna ważna funkcja pełniona przez niektóre białka w komórce. Na przykład dzięki tej funkcji synteza enzymów trawiennych zachodzi w nabłonku jelitowym.
Oprócz tego przez błonę komórkową zachodzi wymiana komórkowa, która może zachodzić w trzech różnych reakcjach:
- Fagocytoza to wymiana komórkowa, podczas której osadzone w błonie komórki fagocytów wychwytują i trawią różne składniki odżywcze.
- Pinocytoza to proces wychwytywania przez błonę komórkową cząsteczek cieczy stykających się z nią. W tym celu na powierzchni membrany tworzą się specjalne wąsy, które zdają się otaczać kroplę płynu, tworząc pęcherzyk, który następnie jest „połykany” przez membranę.
- Egzocytoza jest procesem odwrotnym, gdy komórka uwalnia wydzielniczy płyn funkcjonalny na powierzchnię przez błonę.
Struktura błony komórkowej
W błonie komórkowej występują trzy klasy lipidów:
- fosfolipidy (będące połączeniem tłuszczów i),
- glikolipidy (połączenie tłuszczów i węglowodanów),
- cholesterolu.
Z kolei fosfolipidy i glikolipidy składają się z hydrofilowej głowy, do której wystają dwa długie hydrofobowe ogony. Cholesterol zajmuje przestrzeń pomiędzy tymi ogonkami, zapobiegając ich zginaniu, co w niektórych przypadkach powoduje, że błona niektórych komórek jest bardzo sztywna. Oprócz tego cząsteczki cholesterolu organizują strukturę błony komórkowej.
Tak czy inaczej, najważniejszą częścią struktury błony komórkowej jest białko, a raczej różne białka, które odgrywają różne ważne role. Pomimo różnorodności białek zawartych w błonie, jest coś, co je łączy – wokół wszystkich białek błonowych rozmieszczone są lipidy pierścieniowe. Lipidy pierścieniowe to specjalne tłuszcze strukturyzowane, które służą jako rodzaj powłoki ochronnej dla białek, bez których po prostu nie działałyby.
Struktura błony komórkowej składa się z trzech warstw: podstawą błony komórkowej jest jednorodna ciekła warstwa bilipidowa. Białka pokrywają go z obu stron niczym mozaika. To właśnie białka, oprócz opisanych powyżej funkcji, pełnią także rolę swoistych kanałów, którymi przedostają się przez membranę substancje nie mogące przedostać się przez ciekłą warstwę membrany. Należą do nich na przykład jony potasu i sodu; do ich przenikania przez błonę natura zapewnia specjalne kanały jonowe w błonach komórkowych. Innymi słowy, białka zapewniają przepuszczalność błon komórkowych.
Jeśli spojrzymy na błonę komórkową przez mikroskop, zobaczymy warstwę lipidów utworzoną przez małe kuliste cząsteczki, po których białka pływają jak po morzu. Teraz wiesz, jakie substancje tworzą błonę komórkową.
Film o błonie komórkowej
I na koniec film edukacyjny o błonie komórkowej.
Artykuł ten jest dostępny pod adresem angielski – .
Wszystkie żywe organizmy, w zależności od budowy komórki, dzielą się na trzy grupy (patrz ryc. 1):
1. Prokarioty (niejądrowe)
2. Eukarionty (jądrowe)
3. Wirusy (niekomórkowe)
Ryż. 1. Organizmy żywe
Na tej lekcji zaczniemy badać strukturę komórek organizmów eukariotycznych, do których należą rośliny, grzyby i zwierzęta. Ich komórki są największe i bardziej złożone pod względem struktury w porównaniu do komórek prokariotów.
Jak wiadomo, komórki są zdolne do niezależnej aktywności. Potrafią wymieniać materię i energię z otoczeniem, a także rosnąć i rozmnażać się, dlatego wewnętrzna struktura komórki jest bardzo złożona i zależy przede wszystkim od funkcji, jaką komórka pełni w organizmie wielokomórkowym.
Zasady budowy wszystkich komórek są takie same. W każdej komórce eukariotycznej można wyróżnić następujące główne części (patrz ryc. 2):
1. Zewnętrzna błona oddzielająca zawartość komórki od środowiska zewnętrznego.
2. Cytoplazma z organellami.
Ryż. 2. Główne części komórki eukariotycznej
Termin „membrana” został zaproponowany około sto lat temu w odniesieniu do granic komórki, ale wraz z rozwojem mikroskopii elektronowej stało się jasne, że błona komórkowa jest częścią elementów strukturalnych komórki.
W 1959 roku J.D. Robertson sformułował hipotezę dotyczącą budowy błony elementarnej, zgodnie z którą błony komórkowe zwierząt i roślin zbudowane są według tego samego typu.
W 1972 roku zaproponowali to Singer i Nicholson, co jest obecnie powszechnie akceptowane. Według tego modelu podstawą każdej membrany jest dwuwarstwa fosfolipidów.
Fosfolipidy (związki zawierające grupę fosforanową) mają cząsteczki składające się z polarnej głowy i dwóch niepolarnych ogonów (patrz ryc. 3).
Ryż. 3. Fosfolipidy
W dwuwarstwie fosfolipidowej hydrofobowe reszty kwasów tłuszczowych są zwrócone do wewnątrz, a hydrofilowe główki, w tym reszta kwasu fosforowego, są skierowane na zewnątrz (patrz ryc. 4).
Ryż. 4. Dwuwarstwa fosfolipidowa
Dwuwarstwa fosfolipidowa jest przedstawiana jako struktura dynamiczna; lipidy mogą się poruszać, zmieniając swoje położenie.
Podwójna warstwa lipidów pełni funkcję barierową błony, zapobiegając rozprzestrzenianiu się zawartości komórki i przedostawaniu się substancji toksycznych do wnętrza komórki.
Obecność błony granicznej między komórką a środowiskiem była znana na długo przed pojawieniem się mikroskopu elektronowego. Fizykochemicy zaprzeczali istnieniu błony komórkowej i wierzyli, że istnieje połączenie między żywą zawartością koloidalną a środowiskiem, ale Pfeffer (niemiecki botanik i fizjolog roślin) potwierdził jego istnienie w 1890 roku.
Na początku ubiegłego wieku Overton (brytyjski fizjolog i biolog) odkrył, że szybkość przenikania wielu substancji do czerwonych krwinek jest wprost proporcjonalna do ich rozpuszczalności w lipidach. W związku z tym naukowiec zasugerował, że błona zawiera dużą ilość lipidów i substancji, które się w niej rozpuszczają, przechodzą przez nią i trafiają na drugą stronę membrany.
W 1925 roku Gorter i Grendel (amerykańscy biolodzy) wyizolowali lipidy z błony komórkowej czerwonych krwinek. Rozprowadzili powstałe lipidy na powierzchni wody o grubości jednej cząsteczki. Okazało się, że powierzchnia zajmowana przez warstwę lipidową jest dwukrotnie większa od powierzchni samej czerwonej krwinki. Dlatego naukowcy ci doszli do wniosku, że błona komórkowa składa się nie z jednej, ale z dwóch warstw lipidów.
Dawson i Danielli (angielscy biolodzy) w 1935 roku zasugerowali, że w błonach komórkowych dwucząsteczkowa warstwa lipidów jest umieszczona pomiędzy dwiema warstwami cząsteczek białka (patrz ryc. 5).
Ryż. 5. Model membranowy zaproponowany przez Dawsona i Danielli
Wraz z pojawieniem się mikroskopu elektronowego otworzyła się możliwość zapoznania się ze strukturą membrany, a następnie odkryto, że błony zwierząt i komórki roślinne wyglądać jak struktura trójwarstwowa (patrz ryc. 6).
Ryż. 6. Błona komórkowa pod mikroskopem
W 1959 roku biolog J.D. Robertson, łącząc dostępne wówczas dane, wysunął hipotezę dotyczącą budowy „błony elementarnej”, w której postulował budowę wspólną dla wszystkich błon biologicznych.
Postulaty Robertsona dotyczące budowy „błony elementarnej”
1. Wszystkie membrany mają grubość około 7,5 nm.
2. W mikroskopie elektronowym wszystkie wydają się trójwarstwowe.
3. Trójwarstwowy wygląd membrany wynika z dokładnego ułożenia białek i lipidów polarnych, jakie przewidywał model Dawsona i Danielliego – centralna dwuwarstwa lipidowa jest umieszczona pomiędzy dwiema warstwami białka.
Ta hipoteza dotycząca budowy „błony elementarnej” ulegała różnym zmianom i w 1972 roku została wysunięta Model membrany z płynną mozaiką(patrz rys. 7), co jest obecnie powszechnie akceptowane.
Ryż. 7. Model membrany z płynną mozaiką
Cząsteczki białek zanurzone są w dwuwarstwie lipidowej błony, tworząc ruchomą mozaikę. Ze względu na lokalizację w błonie oraz sposób oddziaływania z dwuwarstwą lipidową białka można podzielić na:
- powierzchowne (lub obwodowe) białka błonowe związane z hydrofilową powierzchnią dwuwarstwy lipidowej;
- integralna (membrana) białka osadzone w obszarze hydrofobowym dwuwarstwy.
Białka integralne różnią się stopniem osadzenia w obszarze hydrofobowym dwuwarstwy. Można je całkowicie zanurzyć ( całka) lub częściowo zanurzony ( półintegralny), a także może przenikać przez membranę przez ( transbłonowy).
Białka błonowe można podzielić na dwie grupy ze względu na ich funkcję:
- strukturalny białka. Są częścią błon komórkowych i uczestniczą w utrzymaniu ich struktury.
- dynamiczny białka. Znajdują się na membranach i biorą udział w procesach na nich zachodzących.
Istnieją trzy klasy białek dynamicznych.
1. Chwytnik. Za pomocą tych białek komórka odczuwa różne wpływy na swojej powierzchni. Oznacza to, że specyficznie wiążą związki takie jak hormony, neuroprzekaźniki i toksyny na zewnątrz błony, co służy jako sygnał do zmiany różnych procesów wewnątrz komórki lub samej błony.
2. Transport. Białka te transportują pewne substancje przez błonę, a także tworzą kanały, przez które różne jony są transportowane do i z komórki.
3. Enzymatyczny. Są to białka enzymatyczne, które znajdują się w błonie i biorą udział w różnych procesach chemicznych.
Transport substancji przez membranę
Dwuwarstwy lipidowe są w dużej mierze nieprzepuszczalne dla wielu substancji, dlatego do transportu substancji przez błonę potrzebna jest duża ilość energii, a także wymagane jest tworzenie różnych struktur.
Istnieją dwa rodzaje transportu: pasywny i aktywny.
Transport pasywny
Transport pasywny polega na przenoszeniu cząsteczek zgodnie z gradientem stężeń. Oznacza to, że zależy to jedynie od różnicy stężenia przenoszonej substancji po przeciwnych stronach membrany i odbywa się bez wydatku energetycznego.
Istnieją dwa rodzaje transportu pasywnego:
- prosta dyfuzja(patrz ryc. 8), co zachodzi bez udziału białka błonowego. Mechanizm dyfuzji prostej polega na transbłonowym przenoszeniu gazów (tlenu i dwutlenku węgla), wody i niektórych prostych jonów organicznych. Prosta dyfuzja ma niski współczynnik.
Ryż. 8. Prosta dyfuzja
- ułatwiona dyfuzja(patrz ryc. 9) różni się od prostego tym, że zachodzi przy udziale białek nośnikowych. Proces ten jest specyficzny i zachodzi z większą szybkością niż zwykła dyfuzja.
Ryż. 9. Ułatwiona dyfuzja
Znane są dwa typy białek transportujących błonę: białka nośnikowe (translokazy) i białka tworzące kanały. Białka transportowe wiążą określone substancje i transportują je przez błonę zgodnie z gradientem stężeń, dzięki czemu proces ten, podobnie jak przy prostej dyfuzji, nie wymaga wydatku energii ATP.
Cząsteczki jedzenia nie mogą przejść przez błonę; dostają się do komórki na drodze endocytozy (patrz ryc. 10). Podczas endocytozy błona plazmatyczna tworzy wgłębienia i wypustki oraz wychwytuje stałe cząstki pokarmu. Wokół bolusa pokarmowego tworzy się wakuola (lub pęcherzyk), która następnie oddziela się od błony komórkowej, a cząstki stałe w wakuoli trafiają do wnętrza komórki.
Ryż. 10. Endocytoza
Istnieją dwa rodzaje endocytozy.
1. Fagocytoza- absorpcja cząstek stałych. Nazywa się wyspecjalizowane komórki przeprowadzające fagocytozę fagocyty.
2. Pinocytoza- absorpcja materiału ciekłego (roztwór, roztwór koloidalny, zawieszenie).
Egzocytoza(patrz ryc. 11) jest procesem odwrotnym do endocytozy. Substancje syntetyzowane w komórce, takie jak hormony, pakowane są w pęcherzyki błonowe, które pasują do błony komórkowej, są w niej osadzane, a zawartość pęcherzyka jest uwalniana z komórki. W ten sam sposób komórka może pozbyć się zbędnych produktów przemiany materii.
Ryż. 11. Egzocytoza
Aktywny transport
W przeciwieństwie do dyfuzji ułatwionej, transport aktywny polega na przemieszczaniu się substancji wbrew gradientowi stężeń. W tym przypadku substancje przemieszczają się z obszaru o niższym stężeniu do obszaru o wyższym stężeniu. Ponieważ ruch ten zachodzi w kierunku przeciwnym do normalnej dyfuzji, komórka musi zużywać w tym procesie energię.
Spośród przykładów transportu aktywnego najlepiej zbadaną jest tzw. pompa sodowo-potasowa. Pompa ta wypompowuje jony sodu z komórki i pompuje jony potasu do komórki za pomocą Energia ATP.
1. Strukturalny (błona komórkowa oddziela komórkę od środowiska).
2. Transport (substancje transportowane są przez błonę komórkową, a błona komórkowa jest filtrem wysoce selektywnym).
3. Receptor (receptory znajdujące się na powierzchni błony odbierają wpływy zewnętrzne i przekazują tę informację do wnętrza komórki, pozwalając jej szybko reagować na zmiany w otoczeniu).
Oprócz powyższego membrana pełni także funkcje metaboliczne i przekształcające energię.
Funkcja metaboliczna
Błony biologiczne bezpośrednio lub pośrednio uczestniczą w procesach przemian metabolicznych substancji w komórce, ponieważ większość enzymów jest związana z błonami.
Środowisko lipidowe enzymów w błonie stwarza określone warunki ich funkcjonowania, nakłada ograniczenia na aktywność białek błonowych, a tym samym wpływa regulująco na procesy metaboliczne.
Funkcja konwersji energii
Najważniejszą funkcją wielu biomembran jest konwersja jednej formy energii w inną.
Błony przetwarzające energię obejmują błony wewnętrzne mitochondriów i tylakoidy chloroplastów (patrz ryc. 12).
Ryż. 12. Mitochondria i chloroplasty
Referencje
- Kamensky A.A., Kriksunov E.A., Pasechnik V.V. Biologia ogólna klasy 10-11 Drop, 2005.
- Biologia. 10. klasa. Biologia ogólna. Poziom podstawowy/ P.V. Iżewski, O.A. Kornilova, T.E. Loschilina i inni - wyd. 2, poprawione. - Ventana-Graf, 2010. - 224 s.
- Belyaev D.K. Biologia w klasie 10-11. Biologia ogólna. Poziom podstawowy. - wyd. 11, stereotyp. - M.: Edukacja, 2012. - 304 s.
- Agafonova I.B., Zakharova E.T., Sivoglazov V.I. Biologia w klasie 10-11. Biologia ogólna. Poziom podstawowy. - wyd. 6, dod. - Drop, 2010. - 384 s.
- Ayzdorov.ru ().
- Youtube.com().
- Doctor-v.ru ().
- Zwierzęta-świat.ru ().
Praca domowa
- Jaka jest budowa błony komórkowej?
- Dzięki jakim właściwościom lipidy mogą tworzyć błony?
- Dzięki jakim funkcjom białka mogą brać udział w transporcie substancji przez błonę?
- Wymień funkcje błony komórkowej.
- Jak to się dzieje transport pasywny przez membranę?
- Jak zachodzi transport aktywny przez błonę?
- Jaka jest funkcja pompy sodowo-potasowej?
- Co to jest fagocytoza, pinocytoza?