BŁONA PLAZMOWA: CHARAKTERYSTYKA, FUNKCJE I STRUKTURA - BIOLOGIA - 2024

Błon komórkowych, błon komórkowych, plazmatycznej lub błoną cytoplazmatyczną, to struktura lipidowej, która otacza i ogranicza komórek, co jest niezbędnym składnikiem ich architektury. Biomembrany mają właściwość zamykania określonej struktury zewnętrzną stroną. Jego główną funkcją jest bariera.

Ponadto kontroluje przepływ cząstek, które mogą wchodzić i wychodzić. Białka błonowe pełnią rolę „bram molekularnych” u dość wymagających strażników. Skład błony odgrywa również rolę w rozpoznawaniu komórek.

Strukturalnie są to dwuwarstwy zbudowane z naturalnie ułożonych fosfolipidów, białek i węglowodanów. Podobnie fosfolipid reprezentuje luminofor z głową i ogonem. Ogon składa się z nierozpuszczalnych w wodzie łańcuchów węglowych, zgrupowanych wewnątrz.

Zamiast tego głowy są polarne i oddają wodne środowisko komórkowe. Membrany to niezwykle stabilne struktury. Siły, które je utrzymują, należą do van der Waalsa, pośród fosfolipidów, które je tworzą; to pozwala im mocno otoczyć krawędź komórek.

Jednak są też dość dynamiczne i płynne. Właściwości błon różnią się w zależności od analizowanego typu komórek. Na przykład czerwone krwinki muszą być elastyczne, aby przemieszczać się przez naczynia krwionośne.

Natomiast w neuronach błona (otoczka mielinowa) ma niezbędną strukturę, aby umożliwić sprawne przewodzenie impulsu nerwowego.

Charakterystyka ogólna

Autor: Jpablo cad, źródło Wikimedia Commons

Błony są dość dynamicznymi strukturami, które różnią się znacznie w zależności od typu komórki i składu jej lipidów. Membrany są modyfikowane zgodnie z następującymi cechami:

Płynność błony

Membrana nie jest statyczną jednostką, zachowuje się jak płyn. Stopień płynności struktury zależy od kilku czynników, między innymi składu lipidów i temperatury, na działanie której są narażone membrany.

Kiedy wszystkie wiązania występujące w łańcuchach węglowych są nasycone, membrana ma tendencję do zachowywania się jak żel, a interakcje van der Waalsa są stabilne. Wręcz przeciwnie, gdy występują wiązania podwójne, interakcje są mniejsze, a płynność wzrasta.

Ponadto występuje wpływ długości łańcucha węglowego. Im dłuższy, tym więcej interakcji zachodzi z sąsiadami, co zwiększa płynność. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się również płynność membrany.

Cholesterol odgrywa niezastąpioną rolę w regulacji płynności i zależy od jego stężenia. Kiedy kolejki są długie, cholesterol działa jak ich unieruchomienie, zmniejszając płynność. Zjawisko to występuje przy normalnym poziomie cholesterolu.

Efekt zmienia się, gdy poziom cholesterolu jest niższy. Oddziałując z ogonami lipidów, wywołuje efekt ich oddzielenia, zmniejszając płynność.

Krzywizna

Podobnie jak płynność, krzywizna błony jest określana przez lipidy tworzące każdą poszczególną membranę.

Krzywizna zależy od wielkości głowy i ogona lipidów. Te z długimi ogonami i dużymi głowami są płaskie; osoby ze stosunkowo mniejszymi głowami mają tendencję do zakrzywiania się znacznie bardziej niż poprzednia grupa.

Ta właściwość jest ważna między innymi w zjawiskach ewagacji błony, tworzeniu się pęcherzyków, mikrokosmkach.

Dystrybucja lipidów

Dwa „arkusze” tworzące każdą membranę - pamiętaj, że jest to dwuwarstwowa - nie mają w sobie tego samego składu lipidów; z tego powodu mówi się, że rozkład jest asymetryczny. Fakt ten ma ważne konsekwencje funkcjonalne.

Specyficznym przykładem jest skład błony komórkowej erytrocytów. W tych krwinkach sfingomielina i fosfatydylocholina (które tworzą błony o większej względnej płynności) znajdują się zwrócone na zewnątrz komórki.

Lipidy, które mają tendencję do tworzenia bardziej płynnych struktur, są skierowane w stronę cytozolu. Po tym wzorze nie występuje cholesterol, który rozkłada się mniej więcej jednorodnie w obu warstwach.

cechy

Funkcja błony każdego typu komórki jest ściśle związana z jej strukturą. Jednak spełniają podstawowe funkcje.

Biomembrany są odpowiedzialne za wyznaczanie granic środowiska komórkowego. Podobnie, w komórce znajdują się błoniaste przedziały.

Na przykład mitochondria i chloroplasty są otoczone błonami i te struktury biorą udział w reakcjach biochemicznych zachodzących w tych organellach.

Membrany regulują przenikanie materiałów do komórki. Dzięki tej barierze niezbędne materiały mogą wchodzić biernie lub aktywnie (z potrzebą ATP). Nie dostają się również niepożądane lub toksyczne materiały.

Membrany utrzymują skład jonowy komórki na odpowiednim poziomie, poprzez procesy osmozy i dyfuzji. Woda może swobodnie przepływać w zależności od gradientu stężenia. Sole i metabolity posiadają specyficzne transportery, a także regulują pH w komórkach.

Dzięki obecności białek i kanałów na powierzchni błony sąsiednie komórki mogą wchodzić w interakcje i wymieniać materiały. W ten sposób komórki jednoczą się i powstają tkanki.

Wreszcie błony zawierają znaczną liczbę białek sygnalizacyjnych i umożliwiają interakcję między innymi z hormonami, neuroprzekaźnikami.

Struktura i skład

Podstawowym składnikiem membran są fosfolipidy. Te cząsteczki są amfipatyczne, mają strefę polarną i niepolarną. Biegunowy umożliwia im interakcję z wodą, podczas gdy ogon to hydrofobowy łańcuch węglowy.

Asocjacja tych cząsteczek zachodzi spontanicznie w dwuwarstwie, z hydrofobowymi ogonami oddziałującymi ze sobą i główkami skierowanymi na zewnątrz.

W małej komórce zwierzęcej znajdujemy niewiarygodnie dużą liczbę lipidów, rzędu ¹⁰⁹ cząsteczek. Membrany mają grubość około 7 nm. Hydrofobowy rdzeń wewnętrzny w prawie wszystkich membranach ma grubość od 3 do 4 nm.

Płynny wzór mozaiki

Obecny model biomembran jest znany jako „płynna mozaika”, sformułowany w latach 70. XX wieku przez badaczy Singera i Nicolsona. Model proponuje, że błony są zbudowane nie tylko z lipidów, ale także z węglowodanów i białek. Termin mozaika odnosi się do tej mieszaniny.

Powierzchnia błony zwrócona na zewnątrz komórki nazywana jest powierzchnią egzoplazmatyczną. W przeciwieństwie do tego wewnętrzna powierzchnia jest cytozolowa.

Ta sama nomenklatura odnosi się do biomembran tworzących organelle, z wyjątkiem tego, że powierzchnia egzoplazmatyczna w tym przypadku wskazuje na wnętrze komórki, a nie na zewnątrz.

Lipidy tworzące błony nie są statyczne. Mają one zdolność poruszania się, z pewnym stopniem swobody w określonych regionach, przez strukturę.

Błony składają się z trzech podstawowych typów lipidów: fosfoglicerydów, sfingolipidów i steroidów; wszystkie są cząsteczkami amfipatycznymi. Poniżej szczegółowo opiszemy każdą grupę:

Rodzaje lipidów

Pierwsza grupa, złożona z fosfoglicerydów, pochodzi z glicerolo-3-fosforanu. Ogon, z natury hydrofobowy, składa się z dwóch łańcuchów kwasów tłuszczowych. Długość łańcuchów jest zmienna: mogą mieć od 16 do 18 atomów węgla. Mogą mieć pojedyncze lub podwójne wiązania między atomami węgla.

Podklasyfikacja tej grupy wynika z rodzaju prezentowanej głowy. Najliczniejsze są fosfatydylocholiny, a głowa zawiera cholinę. W innych typach różne cząsteczki, takie jak etanoloamina lub seryna, oddziałują z grupą fosforanową.

Inną grupą fosfoglicerydów są plazmalogeny. Łańcuch lipidowy jest połączony z glicerolem wiązaniem estrowym; z kolei istnieje łańcuch węglowy połączony z glicerolem poprzez wiązanie eterowe. Występują dość obficie w sercu i mózgu.

Sfingolipidy pochodzą z sfingozyny. Sfingomielina jest sfingolipidem występującym w dużych ilościach. Glikolipidy składają się z główek wykonanych z cukrów.

Trzecią i ostatnią klasą lipidów tworzących błony są steroidy. Są to pierścienie wykonane z węgla, połączone w grupy po cztery. Cholesterol jest steroidem obecnym w błonach, a szczególnie obficie występuje w błonach ssaków i bakterii.

Tratwy lipidowe

Istnieją określone obszary błon organizmów eukariotycznych, w których koncentruje się cholesterol i sfingolipidy. Te domeny są również znane jako tratwy lipidowe.

W tych regionach znajdują się również różne białka, których funkcją jest sygnalizacja komórkowa. Uważa się, że składniki lipidowe modulują składniki białkowe w tratwach.

Białka błonowe

W błonie komórkowej zakotwiczonych jest szereg białek. Mogą być integralne, zakotwiczone w lipidach lub zlokalizowane na obwodzie.

Całki przechodzą przez membranę. Dlatego muszą mieć hydrofilowe i hydrofobowe domeny białkowe, aby oddziaływać ze wszystkimi składnikami.

W białkach zakotwiczonych w lipidach łańcuch węglowy jest zakotwiczony w jednej z warstw błony. W rzeczywistości białko nie dostaje się do błony.

Wreszcie, obwód nie oddziałuje bezpośrednio ze strefą hydrofobową membrany. Raczej mogą być przyczepione za pomocą integralnego białka lub przez głowy polarne. Mogą być umieszczone po obu stronach membrany.

Procent białek w każdej błonie jest bardzo zróżnicowany: od 20% w neuronach do 70% w błonie mitochondrialnej, ponieważ potrzebuje ona dużej ilości elementów białkowych do przeprowadzenia zachodzących tam reakcji metabolicznych.

Bibliografia

1. Kraft, ML (2013). Organizacja i funkcja błony plazmatycznej: przemieszczanie się obok tratw lipidowych. Biologia molekularna komórki, 24 (18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Biologia molekularna komórki. Wydanie 4. Garland science
3. Lodish, H. (2005). Biologia komórkowa i molekularna. Panamerican Medical Ed.
4. Lombard, J. (2014). Dawno, dawno temu błony komórkowe: 175 lat badań granic komórek. Biology direct, 9 (1), 32.
5. Thibodeau, GA, Patton, KT i Howard, K. (1998). Struktura i funkcja. Elsevier Hiszpania.