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

Struktura błony plazmatycznej

Model płynnej mozaiki błony komórkowej. Białka, tłuszcze i węglowodany są składowymi błony.

Wprowadzenie

Każda komórka w Twoim ciele jest zamknięta w małym pęcherzyku błonowym. Ta błona posiada konsystencję.. oleju sałatkowego. 1 Kiedy po raz pierwszy o tym przeczytałam, nie byłam tym za bardzo pocieszona! Olej sałatkowy wydaje się bardzo kruchą granicą między komórką a resztą świata. Na szczęście, błona cytoplazmatyczna okazuje się bardzo dobrze przystosowana do swojej funkcji.
Na czy dokładnie polega funkcja błony cytoplazmatycznej? Nie tylko definiuje ona granice komórki, ale także pozwala na odbieranie bodźców z otoczenia. Komórki muszą być w stanie pobierać i wydalać substancje w ściśle określonych ilościach. Ponadto, muszą być zdolne do komunikacji z innymi komórkami, rozpoznawania się nawzajem oraz wymieniania informacjami.
Aby pełnić te funkcje, błona potrzebuje komponentów o charakterze lipidowym, które nadają jej półprzepuszczalność. Oprócz składników lipidowych, potrzebują protein, które odpowiadają za transport przez błonę i komunikacje międzykomórkową oraz węglowodanów (cukrów i łańcuchów cukrowych), które umożliwiają rozpoznawanie komórek.
W tym artykule, omówimy dokładniej poszczególne składniki błony cytoplazmatycznej, przyjrzymy się ich roli oraz temu jak nadają błonie poszczególne właściwości - elastyczność, wrażliwość na bodźce czy jak zabezpieczają komórkę przed środowiskiem.

Model płynnej mozaiki

Aktualnie przyjęty model struktury błony cytoplazmatycznej nazywamy modelem płynnej mozaiki, został on zaproponowany po raz pierwszy w 1972. Ulegał on pewnym zmianom w ciągu dalszego poznawania budowy błon, jednak wciąż pozostaje modelem najlepiej opisującym jej strukturę i funkcjonowanie.
Zgodnie z tym modelem, błona jest mozaikom różnych komponentów - przede wszystkim fosfolipidów, cholesterolu oraz białek - które poruszają się swobodnie w płynnej płaszczyźnie błony. Innymi słowami, schemat błony cytoplazmatycznej (jak ten poniżej) jest urywkiem z dynamicznego procesu, w którym fosfolipidy i proteiny pozostają w ciągłym ruchu.
Co ciekawe, ta płynność oznacza, że jeżeli włożysz bardzo cienką igłę w komórkę, jej błona będzie po prostu przepływać wokół igły; natomiast kiedy wyjmiesz igłę, błona bez większych problemów ponownie połączy się tworząc płynną całość.
Obraz zmodyfikowany z OpenStax Biology.
Podstawowymi składnikami błony cytoplazmatycznej są lipidy (fosfolipidy i cholesterol), proteiny i grupy węglowodanowe, które są dołączane z niektórymi białkami i lipidami.
  • Fosfolipid to komponent o charakterze tłuszczowym, zbudowany z glicerolu oraz ogonka i główki. Ogonek zbudowany jest z dwóch cząsteczek kwasów tłuszczowych, natomiast główkę buduje reszta kwasu fosforowego. Błony biologiczne zazwyczaj zbudowane są z dwóch warstw lipidów, gdzie ogonki są skierowane wewnątrz błony a główki na zewnątrz, co tworzy strukturę zwaną dwuwarstwą lipidową.
  • Cholesterol to kolejny komponent tłuszczowy błon, składający się z czterech pierścieni węglowych, znajduje się wraz z fosfolipidami w rdźeniu błon
  • Białka błonowe mogą przechodzić przez błonę częściowo, an wylot lub być jedynie luźno do niej przyłączone po stronie zewnętrznej lub wewnętrznej.
  • Grupy węglowodanowe występują na stronie zewnętrznej błony i są przyłączone do białek, tworząc glikoproteiny lub do lipidów, tworząc glikolipidy.
Proporcje białek, lipidów i węglowodanów w błonie cytoplazmatycznej jest zależna od rodzaju komórki. Typowa komórka ludzka, zawiera około 50% białek, 40% lipidów (fosfolipidów jak i cholesterolu) oraz pozostałe 10% stanowią grupy węglowodanowe.

Fosfolipidy

Fosfolipidy, tworzące dwuwarstwę, stanowią podstawę błony cytoplazmatycznej. Doskonale nadają się do tej roli, ponieważ są amfifilowe, co oznacza, że posiadają zarówno końce hydrofilowe jak i hydrofobowe.
Źródło obrazu: OpenStax Biology.
Końce hydrofilowe (lubiące wodę) to część fosfolipidu stanowiąca jego głowę, która zawiera grupy fosforowe naładowane ujemnie oraz małą, dodatkową grupę (różnego pochodzenia, oznaczona jako "R" na schemacie po lewo"), która również może być naładowana lub polarna. Główki hydrofilowe fosfolipidów w błonie są skierowane na zewnątrz błony, bezpośrednio do środowiska wodnego zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz komórki. Ponieważ woda jest cząsteczką polarną, łatwo wchodzi w reakcje elektrostatycznej (oddziaływania za pomocą ładunków) z główkami fosfolipidów.
Końce hydrofobowe (nie lubiące wody) są częścią fosfolipidu składającą się na jego długi, niepolarny ogon zbudowany z kwasów tłuszczowych. Kwasy tłuszczowe łatwo wchodzą w reakcję z innymi niepolarnymi cząsteczkami, ale słabo reagują z wodą. Z tego powodu, bardziej oszczędne energetycznie dla fosfolipidów jest schowanie ich ogonków do wnętrza błony, aby chronić je przed otaczającą wodą. Dwuwarstwa fosfolipidowa uformowane przez te oddziaływania tworzy świetną barierę pomiędzy środowiskiem wewnętrznym i zewnętrznym komórki, ponieważ woda ani żadne inne substancje polarne lub naładowanie nie mogą swobodnie przedostawać się przez hydrofobowy rdzeń błony.
Źródło ilustracji: modyfikacja pracy autorstwa OpenStax Biology, oryginalnie autorstwa Mariana Ruiz Villareal.
Dzięki amfifilowym właściwościom, fosfolipidów są nie tylko doskonałą podstawą błony cytoplazmatycznej. Zamiast tego, jest coś co spontanicznie dzieje się pod właściwymi warunkami! W wodzie lub roztworach wodnych, fosfolipidy mają tendencję do układania się ogonkami hydrofobowymi naprzeciwko siebie układają hydrofilowe główki na zewnątrz. Jeżeli ogonki fosfolipidów są krótkie, mogą tworzyć micele (małe kulki otoczone jednowarstwową błoną), natomiast jeśli ich ogony są dłuższe mogą tworzyć liposom (pusta kropla otoczona dwuwarstwową błoną) 2

Białka

Białka są drugim najczęściej występującym w błonie składnikiem, zaraz po fosfolipidach. Dzielimy je na dwie grupy białek błonowych: integralne i peryferyjne.
Źródło ilustracji: zmodyfikowana ilustracja autorstwa OpenStaż Biology, oryginał pobrany z Foobar/Wikimedia Commons.
Integralne białka błonowe są, jak mówi ich nazwa, integralnie wbudowane w błonie: posiadają minimum jeden region zakotwiczony w rdzeniu hydrofobowym dwuwarstwy fosfolipidowej. Niektóre są wbudowane w błonę jedynie częściowo, inne przechodzą przez nią na wylot1- takie białka nazywamy transbłonowymi (przezbłonowymi).
Białka integralne znajdujące się po wewnętrznej stronie błony są hydrofobowe, natomiast te znajdujące się po stronie zewnętrznej zachowują właściwości hydrofilowe. Białka przezbłonowe mogą przechodzić przez błonę raz, lub mogą mieć nawet dwanaście różnych sekcji obejmujących błonę. Typowy segment białkowy przechodzący przez błonę zbudowany jest od 20 do 25 hydrofobowych aminokwasów tworzących strukturę alfa helisy, chociaż nie wszystkie białka transbłonowe stosują się do tego schematu. Niektóre białka błonowe tworzą kanały, które umożliwiają transport jonów i innych małych cząsteczek, co przedstawiono na ilustracji.
_Źródło ilustracji: "Components and structure: Figure 1," autorstwa OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Peryferyjne białka błonowe znajdują się na zewnętrznej i wewnętrznej powierzchni błony, przyłączone do białek integralnych lub do fosfolipidów. W przeciwieństwie do integralnych białek, białka peryferyjne nie są przyczepione do rdzenia hydrofobowego błony, a całe ich mocowanie jest luźniejsze i mniej wytrzymałe.

Węglowodany

Węglowodany są trzecim składnikiem błony komórkowej pod względem zawartości, znajdują się one na zewnątrz powierzchni komórki i przyłączone są do białek (tworząc glikoproteiny) lub do komponentów tłuszczowych (tworząc glikolipidy). Te łańcuchy węglowodanowe mogą składać się z od 2 do 60 monosacharydów a ich budowa może być prosta lub rozgałęziona.
Razem z białkami błonowymi, węglowodany tworzą struktury charakterystyczne dla każdej komórki, coś w rodzaju komórkowego dowodu osobistego, które pozwalają na rozpoznawanie się komórek między sobą. Te struktury są bardzo ważne dla układu immunologicznego, pozwalając komórkom odpornościowym rozróżnić komórki ciała, których atakować nie powinny i komórki lub tkanki obce, które atakują.

Płynność błony

Struktura ogonków hydrofilowych, zbudowanych z kwasów tłuszczowych, jest ważna w determinowaniu właściwości błony,a w szczególności jej płynności.
Nasycone kwasy tłuszczowe nie posiadają wiązań wielokrotnych (są nasycone wodorem) więc ich budowa jest względnie prosta. Nienasycone kwasy tłuszczowe, w przeciwieństwie do nasyconych, posiadają co najmniej jedno wiązanie wielokrotne, często skutkuje to tym, że ich budowa jest skomplikowana - tworzą rozgałęzienia. (Możesz zobaczyć przykład budowy rozgałęzionej na ilustracji poniżej: przedstawia ona ogon fosfolipidu zbudowany z nienasyconych kwasów tłuszczowych). W zależności od typu kwasów tłuszczowych budujących ogonek fosfolipidu reagują one różnie na zmiany temperatury:
  • W niższych temperaturach, proste ogonki zbudowane z nasyconych kwasów tłuszczowych mogą zbliżać się do siebie, tworząc gęstą i sztywną błonę.
  • Fosfolipidy z ogonkami zbudowanymi z nienasyconych kwasów tłuszczowych, nie potrafią reagować w powyższy sposób na zmniejszenie temperatury ze względu na ich rozgałęzioną budowę. Z tego powodu, taka błona pozostaje bardziej płynna w niższych temperaturach niż błona zbudowana z fosfolipidów o ogonkach z tłuszczów nasyconych.
Większość komórek posiada błonę zbudowaną z mieszanki fosfolipidów - ogonki niektórych z nich są zbudowane z kwasów tłuszczowych nasyconych (proste) a reszta z nienasyconych (rozgałęzione).Wiele organizmów - na przykład ryby - mogą przystosować się fizjologicznie do zimnych temperatur zmieniając proporcje kwasów tłuszczowych nasyconych i nienasyconych w ogonkach fosfolipidów budujących ich błony. Więcej na temat kwasów tłuszczowych możesz dowiedzieć się w tym artykule lipidy.
Oprócz fosfolipidów, zwierzęta posiadają dodatkowy składnik błony pomagający utrzymać im odpowiednią płynność błony. Jest nim cholesterol, czyli inny rodzaj lipidu, który znajduje się w błonie pośród fosfolipidów błonowych. Pomaga on minimalizować wpływ zmian temperatur na płynność błony.
Źródło ilustracji: Cholesterol," autostwa BorisTM (publiczna strona internetowa).
W niskich temperaturach, cholesterol zwiększa płynność błony zapobiegając upakowywaniu się fosfolipidów, natomiast kiedy temperatura jest wyższa ogranicza płynność błony3,4. W ten sposób cholesterol zwiększa zakres temperatur, w których błona pozostaje odpowiednio płynna i prawidłowo funkcjonuje.

Składniki błony cytoplazmatycznej

SkładnikLokalizacja
FosfolipidyGłówny składnik błony
CholesterolWciśnięty pomiędzy ogonki hydrofobowe fosfolipidów błonowych
Białka integralneZanurzone w dwuwarstwie fosfolipidowej; mogą znajdować się na jednej lub obu warstwach
Białka peryferyjneZnajdują się na wewnętrznej lub zewnętrznej powierzchni dwuwarstwy fosfolipidowej, nie są jednak połączone z rdzeniem hydrofobowym
WęglowodanyPrzyłączone do białek lub lipidów na zewnątrzkomórkowej stronie błony (tworząc glikoproteiny i glikolipidy)
Zmieniona tabela z OpenStax Biology.

Chcesz dołączyć do dyskusji?

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