If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Jeżeli jesteś za filtrem sieci web, prosimy, upewnij się, że domeny *.kastatic.org i *.kasandbox.org są odblokowane.

Główna zawartość

System błon wewnątrzkomórkowych

Retikulum endoplazmatyczne (ER), aparat Golgiego, lizosomy i wakuole (wodniczki). Transport w pęcherzykach pomiędzy organellami.

Wprowadzenie

Wyobraź sobie, że jesteś jedną z komórek trzustki. Twoją rolą jest wydzielenie enzymów trawiennych, które przedostają się do jelita cienkiego i tam pomagają wydobywać składniki odżywcze z jedzenia. Aby wykonać swoją funkcję, musisz sprawić, aby te enzymy zostały przetransportowane z miejsca ich syntezy — środowiska wewnątrzkomórkowego — do ich miejsca działania- środowiska zewnątrzkomórkowego.
Jak zamierzasz to zrobić? Po chwili paniki, w którym rozważasz wynajmowanie firmy kurierskiej, uspokajasz się i przypominasz sobie: mam system błon wewnątrzkomórkowych!

Czym jest system błon wewnątrzkomórkowych?

System błon wewnątrzkomórkowych (endo- = “wewnątrz”) to grupa błon i organelli w komórce eukariotycznej, które współpracują ze sobą w celu modyfikacji i transportu tłuszczów oraz białek. Zaliczamy do niego różnorodne organella, takie jak błona komórkowa i lizosomy, które możesz już znać, oraz siateczka śródplazmatyczna i aparaty Golgiego, które za chwilę omówimy.
Pomimo że błona cytoplazmatyczna nie znajduje się wewnątrz komórki, to również jest częścią systemu błon wewnątrzkomórkowych. Później dowiesz się, że błona cytoplazmatyczna współpracuje z innymi wewnątrzkomórkowymi organellami oraz jest miejscem, w którym wyprodukowane białka (np. enzymy trzustkowe) są wydalane poza komórkę. Ważną informacją jest też to, że system błon wewnątrzkomórkowych nie obejmuje mitochondriów, chloroplastów ani peroksysomów.
Teraz omówimy poszczególne części systemu błon wewnątrzkomórkowych oraz dowiemy się jaką funkcję pełnią w transporcie białek i tłuszczów.

Siateczka śródplazmatyczna

Siateczka śródplazmatyczna (retikulum endoplazmatyczne) odgrywa kluczową rolę w modyfikacji substancji białkowych oraz w syntezie lipidów. Składa się z sieci kanalików błonowych oraz spłaszczonych cystern (woreczków). Cysterny i kanały siateczki śródplazmatycznej są puste, a przestrzeń pomiędzy nimi nazywamy światłem (inaczej średnicą) siateczki śródplazmatycznej.

Siateczka śródplazmatyczna szorstka

Siateczka śródplazmatyczna szorstka (retikulum endoplazmatyczne szorstkie) posiada rybosomy na swojej powierzchni, co nadaje jej charakterystyczny "szorstki" wygląd. Rybosomy biorą udział w biosyntezie białek , budują i dostarczają powstające łańcuchy białkowe do światła siateczki śródplazmatycznej. Niektóre z nich pozostają wolne i unoszą się w cytozolu, inne są kotwiczone w błonie.
Wewnątrz retikulum endoplazmatycznego, białka przechodzą w wyższą rzędowość (konformację przestrzenną białek) oraz ulegają modyfikacjom potranslacyjnym, takim jak przyłączanie reszty cukrowej. Tak zmodyfikowane białka zostają związane z błoną komórkową siateczki śródplazmatycznej lub innych organelli czy też zostają wydzielone z komórki.
Jeżeli zmodyfikowane białka nie zostają wbudowane w błonę retikulum endoplazmatycznego, zostają otoczone pęcherzykami lub małymi fragmentami błony, w których zostają przetransportowane do aparatu Golgiego. Inną funkcją siateczki śródplazmatycznej szorstkiej jest synteza fosfolipidów, które stanowią składnik błon komórkowych.
Mikrofotografia i schemat retikulum endoplazmatycznego. Mikrofotografia przedstawia siateczkę śródplazmatyczną szorstką jako szereg pofałdowanych błon otaczających jądro komórkowe. Schemat przedstawia obraz 3D szorstkiej i gładkiej siateczki śródplazmatycznej szorstkiej oraz jądra komórkowego.
_Źródło ilustracji: po lewej, "The endomembrane system and proteins: Figure 2" autorstwa OpenStax College, Biology (CC BY 3.0), modyfikacja pracy autorstwa Lousia Howard; po prawej, modyfikacja "Animal cell structure" autorstwa Mariana Ruiz, domena publiczna_
Ponieważ główną funkcją siateczki śródplazmatycznej szorstkiej jest modyfikacja wydzielanych substancji, występuje ona w dużych ilościach w komórkach budujących np. wątrobę, które syntezujących m.in. białka osocza krwi i enzymy.

Siateczka śródplazmatyczna gładka

Siateczka śródplazmatyczna gładka (retikulum endoplazmatyczne gładkie) posiada niewiele lub żadnych rybosomów na swojej powierzchni. Do jej funkcji zaliczamy:
  • syntezę i przemianę węglowodanów, lipidów oraz hormonów steroidowych
  • unieczynnianie toksyn pochodzących z leków czy trucizn
  • magazynowanie jonów wapnia
W komórkach mięśniowych, specjalny rodzaj gładkiego ER zwany retikulum sarkoplazmatycznym jest odpowiedzialny za przechowywanie jonów wapnia, które są potrzebne do wywołania skoordynowanych skurczów włókien mięśniowych.
Istnieją również niewielkie "gładkie" fragmenty znajdujące się na powierzchni siateczki śródplazmatycznej szorstkiej. Pełnią one funkcję wyjścia dla pęcherzyków z sieci kanalików i cystern. Nazywamy je pośrednim retikulum endoplazmatycznym.

Aparat Golgiego

Gdzie przemieszczają się pęcherzyki po uwolnieniu z siateczki śródplazmatycznej? Zanim dotrą do miejsca docelowego, lipidy i białka należy odpowiednio posegregować, zapakować oraz oznaczyć tak aby ostatecznie zostały przetransportowane w odpowiednie miejsce w komórce. Ten proces odbywa się w aparatach Golgiego, organellum złożone ze stosu spłaszczonych cystern.
Mikrofotografia aparatu Golgiego przedstawiająca rząd spłaszczonych cystern błonowych w przekroju poprzecznym.
_Źródło ilustracji: "The endomembrane system and proteins: Figure 3" autorstwa OpenStax College, Biology (CC BY 3.0), modyfikacja pracy autorstwa Lousia Howard_
Aparat Golgiego ma budowę biegunową. Biegun pierwszy, nazywany biegunem cis zwrócony jest w stronę siateczki śródplazmatycznej szorstkiej, a jego funkcją jest odbieranie pęcherzyków i uwalnianie ich zawartości wewnątrz organellum. Drugi biegun, nazywany biegunem trans zwrócony jest w stronę błony komórkowej, a jego funkcją jest sortowanie i rozdzielanie pęcherzyków oraz w ostateczności ich uwolnienie do cytoplazmy.
Podczas gdy lipidy i białka wędrują przez aparat Golgiego, ulegają dalszym modyfikacjom. W tym czasie krótkie łańcuchy cząsteczek cukrowych mogą zostać dołączone lub odłączone albo grupy fosforanowe mogą zostać przyłączone w roli znaczników. Na ilustracji został przedstawiony proces przetwarzania węglowodanów, oznaczone na zielono komponenty białkowe są połączone z fioletowymi grupami węglowodanowymi, proces polega na odbieraniu i dobudowywaniu łańcuchów grupy węglowodanowej.
Ilustracja przedstawia transport białek błonowych z siateczki śródplazmatycznej szorstkiej, przez aparat Golgiego do błony cytoplazmatycznej. Białko zostaje początkowo zmodyfikowane — zostają dobudowane do niego łańcuchy węglowodanowe w siateczce śródplazmatycznej szorstkiej; później te łańcuchy są odłączone i zastąpione innymi w aparacie Golgiego. Białka, kiedy już osiągną kompletny zestaw łańcuchów węglowodanowych, są transportowane w pęcherzykach do błony cytoplazmatycznej. Pęcherzyki zlewają się z błoną, białka i lipidy pochodzące z niego stają się integralną częścią błony komórkowej.
_Źródło zmodyfikowanej ilustracji: "The endomembrane system and proteins: Figure 1" autorstwa OpenStax College, Biology (CC BY 3.0),modyfikacja pracy autorstwa Magnus Manske_
Ostatecznie, zmodyfikowane białka zostają posegregowane (na podstawie markerów takich jak aminokwas czy wspomniane wyżej znaczniki chemiczne w postaci grupy fosforanowej) oraz otoczone pęcherzykami błonowymi, które odłączają się z bieguna trans. Niektóre z pęcherzyków dostarczają substancje do innych części komórki, gdzie zostaną zużyte (np. do wakuoli czy lizosomów). Inne zlewają się z błoną cytoplazmatyczną, dostarczając białek, które zostaną w niej zakotwiczone, a ich funkcją będzie uwalnianie wydzielonych białek do środowiska zewnątrzkomórkowego.
Komórki, które wydzielają wiele białek (komórki gruczołów ślinowych wydzielające enzymy trawienne czy komórki systemu immunologicznego wydzielające przeciwciała) posiadają dużo aparatów Golgiego. W komórkach roślinnych funkcją aparatów Golgiego jest również synteza polisacharydów (długołańcuchowe węglowodany), z których częściowo zbudowana jest ściana komórkowa.

Lizosomy

Lizosom to organellum zawierające enzymy trawienne i w komórkach zwierzęcych pełni rolę recyklingu struktur komórkowych. Trawi stare i niepotrzebne komórce organella uwalniając przy tym cząsteczki, które mogą zostać wykorzystane ponownie. Lizosomy są częścią systemu błon wewnątrzkomórkowych, niektóre pęcherzyki opuszczające aparat Golgiego są z nimi związane.
Lizosomy mogą również rozkładać materię pochodzącą ze środowiska zewnątrzkomórkowego, która została do wnętrza komórki przetransportowana.Jako przykład, wyobraźmy sobie makrofagi (pochodzące z białych krwinek), które stanowią część ludzkiego układu immunologicznego. Podczas fagocytozy część błony komórkowej makrofagów uwypukla się, otacza i wchłania komórkę patogenu, jak przedstawiono na poniższej ilustracji.
Schemat przedstawiający fagocytoz, w którym fagosom powstały z wypuklenia błony cytoplazmatycznej zlewa się z lizosomem, powodując strawienie jego zawartości.
_Źródło ilustracji: zmodyfikowana "The endomembrane system and proteins: Figure 4" autorstwa OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)_
Uwypuklona część, z patogenem wewnątrz, odrywa się od błony cytoplazmatycznej i tworzy strukturę zwaną fagosomem. Następnie fagosom zlewa się z lizosomem w jeden pęcherzyk, w którym enzymy trawienne niszczą patogen.

Wakuole

Komórki roślinne różnią się od zwierzęcych, zamiast lizosomów posiadają podobne organella zwane wakuolami (wodniczkami). Duża wakuola położona w centrum komórki wakuola magazynuje wodę i metabolity, izoluje niebezpieczne substancje oraz posiada enzymy zdolne do rozkładu związków wielkocząsteczkowych czy struktur komórkowych, jak te w lizosomach.3 Inną funkcją wodniczek roślinnych jest utrzymywanie gospodarki wodnej komórki, może też służyć jako magazyn toksyn czy pigmentów (substancje barwiące).4

Lizosomy kontra peroksysomy

Myląca może być różnica między lizosomami i peroksysomami. Oba organella pełnią rolę w procesach rozkładania cząsteczek i neutralizowaniu substancji niebezpiecznych dla komórki. Ponadto zarówno lizosomy jak i peroksysomy na schematach zazwyczaj występują w postaci małych, okrągłych plamek.
Jednakże, peroksysomy różnią się ze względu na swoje unikalne właściwości i rolę w komórce. Magazynuje enzymy biorące udział w reakcjach oksydacji, które produkują nadtlenek wodoru (H2O2) jako produkt uboczny. Enzymy rozkładają kwasy tłuszczowe i aminokwasy, oraz detoksykują niektóre substancje, które dostały się do organizmu, np. cząsteczki alkoholu są rozkładane w peroksysomach znajdujących się w komórkach wątroby.
Co ważniejsze, peroksysomy — w przeciwieństwie do lizosomów - nie są częścią systemu błon wewnątrzkomórkowych. Oznacza to, że nie odbierają pęcherzyków z aparatu Golgiego. Możesz dowiedzieć się, w jaki sposób białka zostają przetransportowane do peroksysomów w tym artykule protein targeting.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

Na razie brak głosów w dyskusji
Rozumiesz angielski? Kliknij tutaj, aby zobaczyć więcej dyskusji na angielskiej wersji strony Khan Academy.