Błona komórkowa: jej budowa i funkcje. Co to jest membrana? Budowa i funkcje błony Jaka jest definicja błony komórkowej

Błona komórkowa to struktura pokrywająca zewnętrzną część komórki. Nazywa się ją także cytolemą lub plazmalemmą.

Formacja ta zbudowana jest z warstwy bilipidowej (dwuwarstwy) z wbudowanymi w nią białkami. Węglowodany tworzące plazmalemmę są w stanie związanym.

Rozkład głównych składników plazmalemmy jest następujący: ponad połowę składu chemicznego stanowią białka, jedną czwartą zajmują fosfolipidy, a jedną dziesiątą stanowi cholesterol.

Błona komórkowa i jej rodzaje

Błona komórkowa to cienka warstwa, której podstawę tworzą warstwy lipoprotein i białek.

Według lokalizacji wyróżnia się organelle błonowe, które mają pewne cechy w komórkach roślinnych i zwierzęcych:

mitochondria;
rdzeń;
siateczka śródplazmatyczna;
kompleks Golgiego;
lizosomy;
chloroplasty (w komórkach roślinnych).

Istnieje również wewnętrzna i zewnętrzna błona komórkowa (plazmolemma).

Struktura błony komórkowej

Błona komórkowa zawiera węglowodany, które pokrywają ją w postaci glikokaliksu. Jest to struktura ponadbłonowa, która pełni funkcję barierową. Znajdujące się tu białka są w stanie wolnym. Niezwiązane białka biorą udział w reakcjach enzymatycznych, zapewniając zewnątrzkomórkowy rozkład substancji.

Białka błony cytoplazmatycznej reprezentowane są przez glikoproteiny. Na podstawie składu chemicznego białka w całości zawarte w warstwie lipidowej (na całej jej długości) zalicza się do białek integralnych. Również peryferyjne, nie sięgające jednej z powierzchni plazmalemy.

Te pierwsze pełnią funkcję receptorów, wiążąc się z neuroprzekaźnikami, hormonami i innymi substancjami. Białka insercyjne są niezbędne do budowy kanałów jonowych, przez które następuje transport jonów i substratów hydrofilowych. Te ostatnie to enzymy katalizujące reakcje wewnątrzkomórkowe.

Podstawowe właściwości błony plazmatycznej

Dwuwarstwa lipidowa zapobiega wnikaniu wody. Lipidy to związki hydrofobowe reprezentowane w komórce przez fosfolipidy. Grupa fosforanowa jest skierowana na zewnątrz i składa się z dwóch warstw: zewnętrznej, skierowanej do środowiska zewnątrzkomórkowego i wewnętrznej, ograniczającej zawartość wewnątrzkomórkową.

Obszary rozpuszczalne w wodzie nazywane są głowami hydrofilowymi. Miejsca kwasów tłuszczowych są kierowane do komórki w postaci hydrofobowych ogonów. Część hydrofobowa oddziałuje z sąsiadującymi lipidami, co zapewnia ich wzajemne połączenie. Podwójna warstwa ma selektywną przepuszczalność w różnych obszarach.

Zatem w środku membrana jest nieprzepuszczalna dla glukozy i mocznika, przez którą swobodnie przechodzą substancje hydrofobowe: dwutlenek węgla, tlen, alkohol. Ważny jest cholesterol, którego zawartość decyduje o lepkości plazmalemy.

Funkcje zewnętrznej błony komórkowej

Charakterystykę funkcji przedstawiono w skrócie w tabeli:

Funkcja membrany	Opis
Rola bariery	Plazlemma pełni funkcję ochronną, chroniąc zawartość komórki przed działaniem obcych czynników. Dzięki specjalnej organizacji białek, lipidów i węglowodanów zapewniona jest półprzepuszczalność plazmalemy.
Funkcja receptora	Substancje biologicznie czynne ulegają aktywacji poprzez błonę komórkową w procesie wiązania z receptorami. Zatem reakcje immunologiczne zachodzą poprzez rozpoznawanie obcych czynników przez aparat receptorowy komórki zlokalizowany na błonie komórkowej.
Funkcja transportowa	Obecność porów w plazmalemie pozwala regulować przepływ substancji do komórki. Proces transferu zachodzi pasywnie (bez zużycia energii) dla związków o niskiej masie cząsteczkowej. Transport aktywny wiąże się z wydatkowaniem energii uwalnianej podczas rozkładu adenozynotrójfosforanu (ATP). Metoda ta ma zastosowanie do przenoszenia związków organicznych.
Udział w procesach trawiennych	Substancje odkładają się na błonie komórkowej (sorpcja). Receptory wiążą się z podłożem, przenosząc go do komórki. Tworzy się pęcherzyk, który swobodnie leży wewnątrz komórki. Łącząc się, takie pęcherzyki tworzą lizosomy z enzymami hydrolitycznymi.
Funkcja enzymatyczna	Enzymy są niezbędnymi składnikami trawienia wewnątrzkomórkowego. Reakcje wymagające udziału katalizatorów zachodzą przy udziale enzymów.

Jakie znaczenie ma błona komórkowa

Błona komórkowa bierze udział w utrzymaniu homeostazy ze względu na wysoką selektywność substancji wchodzących i wychodzących z komórki (w biologii nazywa się to przepuszczalnością selektywną).

Wyrostki plazmalemy dzielą komórkę na przedziały (przedziały) odpowiedzialne za wykonywanie określonych funkcji. Specjalnie zaprojektowane membrany odpowiadające wzorowi płynnej mozaiki zapewniają integralność komórki.

Błony biologiczne- ogólna nazwa funkcjonalnie aktywnych struktur powierzchniowych, które wiążą komórki (błony komórkowe lub plazmatyczne) i organelle wewnątrzkomórkowe (błony mitochondriów, jąder, lizosomów, retikulum endoplazmatycznego itp.). Zawierają lipidy, białka, cząsteczki heterogenne (glikoproteiny, glikolipidy) oraz, w zależności od pełnionej funkcji, liczne drobne składniki: koenzymy, kwasy nukleinowe, przeciwutleniacze, karotenoidy, jony nieorganiczne itp.

Skoordynowane działanie układów błonowych – receptorów, enzymów, mechanizmów transportowych – pomaga utrzymać homeostazę komórek, a jednocześnie szybko reagować na zmiany w środowisku zewnętrznym.

DO podstawowe funkcje błon biologicznych można przypisać:

· oddzielenie komórki od środowiska i utworzenie przedziałów (przedziałów) wewnątrzkomórkowych;

· kontrola i regulacja transportu ogromnej różnorodności substancji przez membrany;

· udział w zapewnieniu interakcji międzykomórkowych, przekazywanie sygnałów do komórki;

· konwersja energii substancji organicznych żywności na energię wiązań chemicznych cząsteczek ATP.

Organizacja molekularna błony komórkowej (komórkowej) jest w przybliżeniu taka sama we wszystkich komórkach: składa się z dwóch warstw cząsteczek lipidów z zawartymi w nich wieloma specyficznymi białkami. Niektóre białka błonowe mają aktywność enzymatyczną, podczas gdy inne wiążą składniki odżywcze ze środowiska i transportują je do komórki przez błony. Białka błonowe wyróżniają się charakterem połączenia ze strukturami błonowymi. Niektóre białka tzw zewnętrzne lub peryferyjne , są luźno związane z powierzchnią membrany, inne, tzw wewnętrzne lub integralne , zanurzony w membranie. Białka obwodowe można łatwo ekstrahować, natomiast białka integralne można wyizolować jedynie przy użyciu detergentów lub rozpuszczalników organicznych. Na ryc. Rycina 4 przedstawia strukturę błony plazmatycznej.

Zewnętrzne lub plazmowe błony wielu komórek, a także błony organelli wewnątrzkomórkowych, na przykład mitochondriów, chloroplastów, izolowano w postaci wolnej i badano ich skład molekularny. Wszystkie błony zawierają lipidy polarne w ilościach od 20 do 80% ich masy, w zależności od rodzaju błony, reszta to głównie białka. Zatem w błonach plazmatycznych komórek zwierzęcych ilość białek i lipidów z reguły jest w przybliżeniu taka sama; wewnętrzna błona mitochondrialna zawiera około 80% białek i tylko 20% lipidów, natomiast błony mielinowe komórek mózgowych zawierają około 80% lipidów i tylko 20% białek.

Ryż. 4. Struktura błony komórkowej

Część lipidowa błony jest mieszaniną różnych typów lipidów polarnych. Lipidy polarne, do których zaliczają się fosfoglicerolipidy, sfingolipidy i glikolipidy, nie są magazynowane w komórkach tłuszczowych, ale integrują się z błonami komórkowymi i to w ściśle określonych proporcjach.

Wszystkie polarne lipidy w błonach ulegają ciągłej odnowie w procesie metabolicznym; w normalnych warunkach w komórce ustala się dynamiczny stan stacjonarny, w którym tempo syntezy lipidów jest równe szybkości ich rozpadu.

Błony komórek zwierzęcych zawierają głównie fosfoglicerolipidy i w mniejszym stopniu sfingolipidy; triacyloglicerole występują jedynie w śladowych ilościach. Niektóre błony komórek zwierzęcych, zwłaszcza zewnętrzna błona plazmatyczna, zawierają znaczne ilości cholesterolu i jego estrów (ryc. 5).

Ryc.5. Lipidy błonowe

Obecnie ogólnie przyjętym modelem struktury membrany jest model mozaiki płynnej, zaproponowany w 1972 roku przez S. Singera i J. Nicholsona.

Według niej białka można porównać do gór lodowych unoszących się w morzu lipidów. Jak wspomniano powyżej, istnieją 2 rodzaje białek błonowych: integralne i obwodowe. Białka integralne przenikają przez błonę; cząsteczki amfipatyczne. Białka obwodowe nie przenikają przez błonę i są z nią słabiej związane. Główną ciągłą częścią membrany, czyli jej matrycą, jest polarna dwuwarstwa lipidowa. W normalnej temperaturze komórki matryca znajduje się w stanie ciekłym, co zapewnia pewien stosunek nasyconych i nienasyconych kwasów tłuszczowych w hydrofobowych ogonach polarnych lipidów.

Model płynnej mozaiki zakłada również, że na powierzchni białek integralnych znajdujących się w błonie znajdują się grupy R reszt aminokwasowych (głównie grupy hydrofobowe, przez co białka wydają się „rozpuszczać” w centralnej hydrofobowej części dwuwarstwy ). Jednocześnie na powierzchni białek obwodowych, czyli zewnętrznych, znajdują się głównie hydrofilowe grupy R, które pod wpływem sił elektrostatycznych przyciągane są do hydrofilowo naładowanych polarnych głów lipidów. Białka integralne, do których zaliczają się enzymy i białka transportowe, są aktywne tylko wtedy, gdy znajdują się wewnątrz hydrofobowej części dwuwarstwy, gdzie uzyskują konfigurację przestrzenną niezbędną do ujawnienia aktywności (ryc. 6). Należy jeszcze raz podkreślić, że wiązania kowalencyjne nie powstają ani pomiędzy cząsteczkami dwuwarstwy, ani pomiędzy białkami i lipidami dwuwarstwy.

Ryc.6. Białka błonowe

Białka błonowe mogą swobodnie poruszać się w płaszczyźnie bocznej. Białka peryferyjne dosłownie unoszą się na powierzchni dwuwarstwowego „morza”, podczas gdy białka integralne, podobnie jak góry lodowe, są prawie całkowicie zanurzone w warstwie węglowodorów.

W większości membrany są asymetryczne, to znaczy mają nierówne boki. Ta asymetria objawia się w następujący sposób:

· po pierwsze, że wewnętrzna i zewnętrzna strona błon plazmatycznych komórek bakteryjnych i zwierzęcych różni się składem polarnych lipidów. Na przykład wewnętrzna warstwa lipidowa błon ludzkich czerwonych krwinek zawiera głównie fosfatydyloetanoloaminę i fosfatydyloserynę, a zewnętrzna warstwa zawiera fosfatydylocholinę i sfingomielinę.

Po drugie, niektóre systemy transportu w membranach działają tylko w jednym kierunku. Na przykład w błonach erytrocytów znajduje się system transportowy („pompa”), który pompuje jony Na + z komórki do środowiska, a jony K + do komórki dzięki energii uwalnianej podczas hydrolizy ATP.

· po trzecie, zewnętrzna powierzchnia błony komórkowej zawiera bardzo dużą liczbę grup oligosacharydowych, którymi są głowy glikolipidowe i oligosacharydowe łańcuchy boczne glikoprotein, podczas gdy na wewnętrznej powierzchni błony komórkowej praktycznie nie ma grup oligosacharydowych.

Asymetria błon biologicznych zostaje zachowana dzięki temu, że przeniesienie poszczególnych cząsteczek fosfolipidów z jednej strony dwuwarstwy lipidowej na drugą jest bardzo trudne ze względów energetycznych. Cząsteczka lipidu polarnego może swobodnie poruszać się po swojej stronie dwuwarstwy, ale ma ograniczoną zdolność przeskakiwania na drugą stronę.

Mobilność lipidów zależy od względnej zawartości i rodzaju występujących nienasyconych kwasów tłuszczowych. Węglowodorowy charakter łańcuchów kwasów tłuszczowych nadaje właściwościom membranowym płynność i ruchliwość. W obecności cis-nienasyconych kwasów tłuszczowych siły spójności pomiędzy łańcuchami są słabsze niż w przypadku samych nasyconych kwasów tłuszczowych, a lipidy pozostają wysoce mobilne nawet w niskich temperaturach.

Na zewnątrz błon znajdują się specyficzne obszary rozpoznawania, których funkcją jest rozpoznawanie określonych sygnałów molekularnych. Na przykład to przez błonę niektóre bakterie dostrzegają niewielkie zmiany w stężeniu składnika odżywczego, co stymuluje ich ruch w kierunku źródła pożywienia; zjawisko to nazywa się chemotaksja.

Błony różnych komórek i organelli wewnątrzkomórkowych mają pewną specyfikę ze względu na swoją strukturę, skład chemiczny i funkcje. Wyróżnia się następujące główne grupy błon organizmów eukariotycznych:

błona plazmatyczna (zewnętrzna błona komórkowa, plazmalema),

· błona jądrowa,

siateczka śródplazmatyczna,

błony aparatu Golgiego, mitochondria, chloroplasty, osłonki mielinowe,

pobudliwe membrany.

W organizmach prokariotycznych oprócz błony komórkowej występują formacje błony wewnątrzcytoplazmatycznej; u prokariotów heterotroficznych są one nazywane mezosomy. Te ostatnie powstają w wyniku inwazji zewnętrznej błony komórkowej i w niektórych przypadkach pozostają z nią w kontakcie.

Błona krwinek czerwonych składa się z białek (50%), lipidów (40%) i węglowodanów (10%). Większość węglowodanów (93%) jest związana z białkami, reszta z lipidami. W błonie lipidy ułożone są asymetrycznie, w przeciwieństwie do symetrycznego ułożenia w micelach. Na przykład cefalina występuje głównie w wewnętrznej warstwie lipidowej. Ta asymetria jest najwyraźniej utrzymywana dzięki poprzecznemu ruchowi fosfolipidów w błonie, realizowanemu za pomocą białek błonowych i dzięki energii metabolicznej. Wewnętrzna warstwa błony erytrocytów zawiera głównie sfingomielinę, fosfatydyloetanoloaminę, fosfatydyloserynę, a zewnętrzna warstwa zawiera fosfatydylocholinę. Błona krwinek czerwonych zawiera integralną glikoproteinę glikoforyna, składające się ze 131 reszt aminokwasowych i penetrujące błonę oraz tzw. białko pasma 3, składające się z 900 reszt aminokwasowych. Składniki węglowodanowe glikoforyny pełnią funkcję receptorową dla wirusów grypy, fitohemaglutynin i wielu hormonów. W błonie erytrocytów znaleziono inne integralne białko, zawierające niewiele węglowodanów i przenikające przez błonę. Wzywają go białko tunelowe(składnik a), ponieważ uważa się, że tworzy kanał dla anionów. Białkiem obwodowym związanym z wewnętrzną stroną błony erytrocytów jest spektryna.

Błony mielinowe otaczające aksony neuronów są wielowarstwowe, zawierają dużą ilość lipidów (około 80%, z czego połowa to fosfolipidy). Białka tych błon są ważne dla mocowania leżących na nich soli błonowych.

Membrany chloroplastowe. Chloroplasty pokryte są dwuwarstwową membraną. Błona zewnętrzna ma pewne podobieństwa do błony mitochondriów. Oprócz tej błony powierzchniowej chloroplasty mają wewnętrzny system błon - lamele. Blaszki tworzą albo spłaszczone pęcherzyki - tylakoidy, które ułożone jeden nad drugim gromadzą się w paczki (granas) lub tworzą układ błon zrębowych (lamele zrębu). Płytki grany i zrębu po zewnętrznej stronie błony tylakoidów to stężone grupy hydrofilowe, galakto- i sulfolipidy. Część fitolowa cząsteczki chlorofilu jest zanurzona w globuli i styka się z hydrofobowymi grupami białek i lipidów. Jądra porfirynowe chlorofilu są zlokalizowane głównie pomiędzy stykającymi się błonami tylakoidów grana.

Wewnętrzna (cytoplazmatyczna) błona bakteryjna jego struktura jest podobna do wewnętrznych błon chloroplastów i mitochondriów. Zlokalizowane są w nim enzymy łańcucha oddechowego i transportu aktywnego; enzymy biorące udział w tworzeniu składników błony. Dominującym składnikiem błon bakteryjnych są białka: stosunek białko/lipid (wagowo) wynosi 3:1. Błona zewnętrzna bakterii Gram-ujemnych w porównaniu z błoną cytoplazmatyczną zawiera mniejszą ilość różnych fosfolipidów i białek. Obie błony różnią się składem lipidów. Błona zewnętrzna zawiera białka tworzące pory umożliwiające penetrację wielu substancji niskocząsteczkowych. Charakterystycznym składnikiem błony zewnętrznej jest także specyficzny lipopolisacharyd. Szereg białek błony zewnętrznej służy jako receptory dla fagów.

Błona wirusa. Wśród wirusów struktury błonowe są charakterystyczne dla tych zawierających nukleokapsyd, który składa się z białka i kwasu nukleinowego. Ten „rdzeń” wirusów jest otoczony błoną (otoczką). Składa się również z dwuwarstwy lipidowej z osadzonymi glikoproteinami zlokalizowanymi głównie na powierzchni błony. W przypadku wielu wirusów (mikrowirusów) 70–80% wszystkich białek znajduje się w błonach, pozostałe białka znajdują się w nukleokapsydzie.

Zatem błony komórkowe są strukturami bardzo złożonymi; ich składowe kompleksy molekularne tworzą uporządkowaną dwuwymiarową mozaikę, która nadaje biologiczną specyficzność powierzchni membrany.

Błona biologiczna

Obraz błony komórkowej. Małe niebiesko-białe kulki odpowiadają hydrofilowym główkom lipidów, a dołączone do nich linie odpowiadają hydrofobowym ogonom. Rysunek przedstawia tylko integralne białka błonowe (czerwone globule i żółte helisy). Żółte owalne kropki wewnątrz błony - cząsteczki cholesterolu Żółto-zielone łańcuchy paciorków na zewnątrz błony - łańcuchy oligosacharydów tworzących glikokaliks

W skład błony biologicznej wchodzą także różne białka: integralne (przenikające przez błonę), półintegralne (zanurzone jednym końcem w zewnętrznej lub wewnętrznej warstwie lipidowej), powierzchniowe (znajdujące się na zewnętrznej lub sąsiadującej z wewnętrzną stroną błony). Niektóre białka stanowią punkty styku błony komórkowej z cytoszkieletem wewnątrz komórki i ścianą komórkową (jeśli taka istnieje) na zewnątrz. Niektóre białka integralne pełnią funkcję kanałów jonowych, różnych transporterów i receptorów.

Funkcje biomembran

bariera - zapewnia regulowany, selektywny, pasywny i aktywny metabolizm z otoczeniem. Na przykład błona peroksysomowa chroni cytoplazmę przed nadtlenkami niebezpiecznymi dla komórki. Przepuszczalność selektywna oznacza, że przepuszczalność membrany dla różnych atomów lub cząsteczek zależy od ich wielkości, ładunku elektrycznego i właściwości chemicznych. Selektywna przepuszczalność zapewnia, że komórka i przedziały komórkowe są oddzielone od środowiska i zaopatrzone w niezbędne substancje.

transport - transport substancji do i z komórki odbywa się poprzez błonę. Transport przez błony zapewnia: dostarczanie składników odżywczych, usuwanie końcowych produktów przemiany materii, wydzielanie różnych substancji, tworzenie gradientów jonowych, utrzymanie w komórce odpowiedniego pH i stężenia jonów, niezbędnych do funkcjonowania enzymów komórkowych.

Cząsteczki, które z jakiegoś powodu nie są w stanie przejść przez dwuwarstwę fosfolipidową (na przykład ze względu na właściwości hydrofilowe, ponieważ wewnętrzna membrana jest hydrofobowa i nie przepuszcza substancji hydrofilowych, lub ze względu na ich duży rozmiar), ale niezbędne do komórkę, mogą przenikać przez błonę poprzez specjalne białka nośnikowe (transportery) i białka kanałowe lub poprzez endocytozę.

Podczas transportu pasywnego substancje przenikają przez dwuwarstwę lipidową bez zużycia energii, na drodze dyfuzji. Odmianą tego mechanizmu jest dyfuzja ułatwiona, w której określona cząsteczka pomaga substancji przejść przez membranę. Cząsteczka ta może mieć kanał, przez który przechodzi tylko jeden rodzaj substancji.

Transport aktywny wymaga energii, ponieważ zachodzi wbrew gradientowi stężeń. Na błonie znajdują się specjalne białka pompujące, w tym ATPaza, która aktywnie pompuje jony potasu (K+) do komórki i wypompowuje z niej jony sodu (Na+).

matrix - zapewnia pewną względną pozycję i orientację białek błonowych, ich optymalną interakcję;

mechaniczny - zapewnia autonomię komórki, jej struktur wewnątrzkomórkowych, a także połączenie z innymi komórkami (w tkankach). Ściany komórkowe odgrywają główną rolę w zapewnianiu funkcji mechanicznych, a u zwierząt – substancji międzykomórkowej.

energia - podczas fotosyntezy w chloroplastach i oddychania komórkowego w mitochondriach w ich błonach działają systemy przenoszenia energii, w których uczestniczą także białka;

receptor - niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami (cząsteczkami, za pomocą których komórka odbiera określone sygnały).

Na przykład hormony krążące we krwi działają tylko na komórki docelowe, które mają receptory odpowiadające tym hormonom. Neuroprzekaźniki (substancje chemiczne zapewniające przewodzenie impulsów nerwowych) wiążą się również ze specjalnymi białkami receptorowymi w komórkach docelowych.

enzymatyczne - białka błonowe są często enzymami. Na przykład błony plazmatyczne komórek nabłonkowych jelit zawierają enzymy trawienne.

realizacja wytwarzania i przewodzenia biopotencjałów.

Za pomocą membrany w komórce utrzymuje się stałe stężenie jonów: stężenie jonu K+ wewnątrz komórki jest znacznie wyższe niż na zewnątrz, natomiast stężenie Na+ jest znacznie niższe, co jest bardzo ważne, gdyż zapewnia to utrzymanie różnicy potencjałów na błonie i wytworzenie impulsu nerwowego.

oznakowanie komórki – na błonie znajdują się antygeny, które pełnią rolę markerów – „etykiet” umożliwiających identyfikację komórki. Są to glikoproteiny (czyli białka z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów), które pełnią rolę „anten”. Ze względu na niezliczoną liczbę konfiguracji łańcuchów bocznych możliwe jest utworzenie specyficznego markera dla każdego typu komórki. Za pomocą markerów komórki mogą rozpoznawać inne komórki i współdziałać z nimi, na przykład przy tworzeniu narządów i tkanek. Umożliwia to również układowi odpornościowemu rozpoznawanie obcych antygenów.

Struktura i skład biomembran

Błony składają się z trzech klas lipidów: fosfolipidów, glikolipidów i cholesterolu. Fosfolipidy i glikolipidy (lipidy z dołączonymi węglowodanami) składają się z dwóch długich hydrofobowych ogonów węglowodorowych, które są połączone z naładowaną hydrofilową głową. Cholesterol nadaje sztywność błonie, zajmując wolną przestrzeń pomiędzy hydrofobowymi ogonami lipidów i zapobiegając ich zginaniu. Dlatego membrany o niskiej zawartości cholesterolu są bardziej elastyczne, a te o wysokiej zawartości cholesterolu są bardziej sztywne i kruche. Cholesterol służy również jako „korek”, który zapobiega przemieszczaniu się cząsteczek polarnych z komórki do komórki. Ważną część błony stanowią białka, które wnikają w nią i odpowiadają za różne właściwości błon. Ich skład i orientacja różnią się w różnych membranach.

Błony komórkowe są często asymetryczne, to znaczy warstwy różnią się składem lipidów, przejściem pojedynczej cząsteczki z jednej warstwy do drugiej (tzw. klapka) jest trudne.

Organelle błonowe

Są to zamknięte pojedyncze lub połączone ze sobą odcinki cytoplazmy, oddzielone od hialoplazmy błonami. Organelle jednobłonowe obejmują retikulum endoplazmatyczne, aparat Golgiego, lizosomy, wakuole, peroksysomy; do podwójnych błon - jądro, mitochondria, plastydy. Zewnętrzna część komórki jest ograniczona tak zwaną błoną plazmatyczną. Struktura błon różnych organelli różni się składem lipidów i białek błonowych.

Selektywna przepuszczalność

Błony komórkowe mają selektywną przepuszczalność: glukoza, aminokwasy, kwasy tłuszczowe, glicerol i jony powoli przez nie dyfundują, a same błony w pewnym stopniu aktywnie regulują ten proces - niektóre substancje przechodzą, inne nie. Istnieją cztery główne mechanizmy przedostawania się substancji do komórki lub z komórki: dyfuzja, osmoza, transport aktywny oraz egzo- lub endocytoza. Pierwsze dwa procesy mają charakter pasywny, tj. nie wymagają zużycia energii; Dwa ostatnie to procesy aktywne, związane ze zużyciem energii.

Selektywna przepuszczalność membrany podczas transportu pasywnego wynika z specjalnych kanałów - białek integralnych. Przenikają przez membranę, tworząc rodzaj przejścia. Pierwiastki K, Na i Cl mają swoje własne kanały. W zależności od gradientu stężeń cząsteczki tych pierwiastków przemieszczają się do i z komórki. Pod wpływem podrażnienia kanały jonowe sodu otwierają się i następuje nagły napływ jonów sodu do komórki. W takim przypadku dochodzi do braku równowagi potencjału błonowego. Następnie przywracany jest potencjał błonowy. Kanały potasowe są zawsze otwarte, umożliwiając powolne przedostawanie się jonów potasu do komórki.

Spinki do mankietów

Bruce Alberts i in. Biologia molekularna komórki. - 5. wyd. - Nowy Jork: Garland Science, 2007. - ISBN 0-8153-3218-1 - podręcznik biologii molekularnej w języku angielskim. język

Rubin A.B. Biofizyka, podręcznik w 2 tomach. . - Wydanie 3, poprawione i rozszerzone. - Moskwa: Wydawnictwo Uniwersytetu Moskiewskiego, 2004. - ISBN 5-211-06109-8

Gennis R. Biomembrany. Struktura i funkcje molekularne: tłumaczenie z języka angielskiego. = Biomembrany. Struktura i funkcja molekularna (Robert B. Gennis). - I edycja. - Moskwa: Mir, 1997. - ISBN 5-03-002419-0

Iwanow V.G., Bieriestowski T.N. Dwuwarstwa lipidowa błon biologicznych. - Moskwa: Nauka, 1982.

Antonow V.F., Smirnova E.N., Shevchenko E.V. Błony lipidowe podczas przejść fazowych. - Moskwa: Nauka, 1994.

Zobacz także

Vladimirov Yu. A., Uszkodzenia składników błon biologicznych podczas procesów patologicznych

Fundacja Wikimedia.

2010.
Życie biologiczne

Biolog

Zobacz, co oznacza „Błona biologiczna” w innych słownikach: błona biologiczna - Termin błona biologiczna Termin w języku angielskim błona biologiczna Synonimy biomembrana Skróty Powiązane terminy błona lipidowa na podłożu, dostarczanie genów, białka, biopolimery, powłoki biokompatybilne, dwuwarstwowe, hydrofobowe... ...

Encyklopedyczny słownik nanotechnologii BŁONA BIOLOGICZNA - patrz błona cytoplazmatyczna. ilość całej masy nadziemnej i podziemnej (w glebie) danej rośliny, fitocenozy lub biocenozy w jednostce czasu...

Zobacz, co oznacza „Błona biologiczna” w innych słownikach: Słownik terminów botanicznych - ogólna nazwa funkcjonalnie aktywnych struktur powierzchniowych komórek o grubości kilku warstw molekularnych, ograniczających cytoplazmę i większość struktur wewnątrzkomórkowych, a także tworzących wewnątrzkomórkowy układ kanalików, fałdów i... ...

Błona biologiczna Duży słownik medyczny - to ogólna nazwa funkcjonalnie aktywnych formacji powierzchniowych, które ograniczają tę lub inną organizację żywej materii o grubości kilku warstw molekularnych...

Słowniczek terminów z zakresu fizjologii zwierząt gospodarskich

Podstawową jednostką strukturalną żywego organizmu jest komórka będąca zróżnicowanym odcinkiem cytoplazmy otoczonym błoną komórkową. Ze względu na to, że komórka pełni wiele ważnych funkcji, takich jak rozmnażanie, odżywianie, ruch, błona musi być plastyczna i gęsta.

Historia odkrycia i badań błony komórkowej

W 1925 roku Grendel i Gorder przeprowadzili udany eksperyment mający na celu identyfikację „cieni” czerwonych krwinek, czyli pustych błon. Pomimo kilku poważnych błędów naukowcy odkryli dwuwarstwę lipidową. Ich pracę kontynuowali Danielli, Dawson w 1935 i Robertson w 1960. W wyniku wielu lat pracy i nagromadzenia argumentów, w 1972 roku Singer i Nicholson stworzyli model płynnej mozaiki struktury membrany. Dalsze eksperymenty i badania potwierdziły prace naukowców.

Oznaczający

Rozważmy główne funkcje błony komórkowej

1. Oddziela wewnętrzną zawartość komórki od składników środowiska zewnętrznego.

2. Pomaga w utrzymaniu stałego składu chemicznego komórki.

3. Reguluje prawidłowy metabolizm.

4. Zapewnia komunikację pomiędzy komórkami.

5. Rozpoznaje sygnały.

6. Funkcja ochrony.

„Powłoka plazmowa”

Zewnętrzna błona komórkowa, zwana także błoną plazmatyczną, to ultramikroskopowy film, którego grubość waha się od pięciu do siedmiu nanomilimetrów. Składa się głównie ze związków białkowych, fosfolidów i wody. Folia jest elastyczna, łatwo wchłania wodę, a po uszkodzeniu szybko przywraca swoją integralność.

Ma uniwersalną strukturę. Błona ta zajmuje pozycję graniczną, bierze udział w procesie selektywnej przepuszczalności, usuwaniu produktów rozpadu i ich syntezie. Związek z „sąsiadami” i niezawodna ochrona zawartości wewnętrznej przed uszkodzeniem sprawia, że jest on ważnym elementem m.in. budowy ogniwa. Błona komórkowa organizmów zwierzęcych jest czasami pokryta cienką warstwą - glikokaliksem, który zawiera białka i polisacharydy. Komórki roślinne na zewnątrz błony są chronione przez ścianę komórkową, która służy jako podpora i utrzymuje kształt. Głównym składnikiem jego składu jest błonnik (celuloza) – polisacharyd nierozpuszczalny w wodzie.

Zatem zewnętrzna błona komórkowa pełni funkcję naprawy, ochrony i interakcji z innymi komórkami.

Struktura błony komórkowej

Grubość tej ruchomej skorupy waha się od sześciu do dziesięciu nanomilimetrów. Błona komórkowa komórki ma specjalny skład, którego podstawą jest dwuwarstwa lipidowa. Ogony hydrofobowe, obojętne na wodę, znajdują się po wewnętrznej stronie, natomiast główki hydrofilowe, oddziałujące z wodą, skierowane są na zewnątrz. Każdy lipid jest fosfolipidem, który powstał w wyniku oddziaływania substancji takich jak glicerol i sfingozyna. Szkielet lipidowy jest ściśle otoczony białkami, które są ułożone w nieciągłą warstwę. Część z nich zanurzona jest w warstwie lipidowej, reszta przez nią przechodzi. W efekcie powstają obszary przepuszczalne dla wody. Funkcje pełnione przez te białka są różne. Część z nich to enzymy, reszta to białka transportowe, które przenoszą różne substancje ze środowiska zewnętrznego do cytoplazmy i z powrotem.

Błona komórkowa jest przenikana i ściśle połączona przez białka integralne, a połączenie z białkami obwodowymi jest słabsze. Białka te pełnią ważną funkcję, jaką jest utrzymanie struktury błony, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia, transport substancji oraz katalizowanie reakcji zachodzących na błonach.

Mieszanina

Podstawą błony komórkowej jest warstwa dwucząsteczkowa. Dzięki swojej ciągłości komórka posiada właściwości barierowe i mechaniczne. Na różnych etapach życia ta dwuwarstwa może zostać zakłócona. W efekcie powstają defekty strukturalne porów hydrofilowych. W takim przypadku mogą zmienić się absolutnie wszystkie funkcje takiego składnika, jak błona komórkowa. Rdzeń może cierpieć z powodu wpływów zewnętrznych.

Właściwości

Błona komórkowa komórki ma ciekawe cechy. Ze względu na swoją płynność membrana ta nie jest sztywną strukturą, a większość tworzących ją białek i lipidów porusza się swobodnie po płaszczyźnie membrany.

Ogólnie rzecz biorąc, błona komórkowa jest asymetryczna, dlatego skład warstw białkowych i lipidowych jest zróżnicowany. Błony plazmatyczne w komórkach zwierzęcych posiadają od zewnętrznej strony warstwę glikoproteinową, która pełni funkcje receptorowe i sygnalizacyjne, a także odgrywa dużą rolę w procesie łączenia komórek w tkankę. Błona komórkowa jest polarna, co oznacza, że ładunek na zewnątrz jest dodatni, a ładunek wewnątrz jest ujemny. Oprócz wszystkich powyższych, błona komórkowa ma selektywny wgląd.

Oznacza to, że oprócz wody do komórki wpuszczana jest tylko pewna grupa cząsteczek i jonów rozpuszczonych substancji. Stężenie substancji takiej jak sód w większości komórek jest znacznie niższe niż w środowisku zewnętrznym. Jony potasu mają inny stosunek: ich ilość w komórce jest znacznie większa niż w środowisku. Pod tym względem jony sodu mają tendencję do przenikania przez błonę komórkową, a jony potasu mają tendencję do uwalniania na zewnątrz. W tych okolicznościach membrana aktywuje specjalny system, który pełni rolę „pompującą”, wyrównując stężenie substancji: jony sodu pompowane są na powierzchnię komórki, a jony potasu do środka. Ta cecha jest jedną z najważniejszych funkcji błony komórkowej.

Ta tendencja jonów sodu i potasu do przemieszczania się do wewnątrz z powierzchni odgrywa dużą rolę w transporcie cukru i aminokwasów do komórki. W procesie aktywnego usuwania jonów sodu z komórki błona stwarza warunki dla nowego pobrania glukozy i aminokwasów do jej wnętrza. Wręcz odwrotnie, w procesie przenoszenia jonów potasu do wnętrza komórki, uzupełniana jest liczba „transporterów” produktów rozpadu z wnętrza komórki do środowiska zewnętrznego.

W jaki sposób odżywianie komórek odbywa się przez błonę komórkową?

Wiele komórek pobiera substancje w procesach takich jak fagocytoza i pinocytoza. W pierwszym wariancie elastyczna membrana zewnętrzna tworzy niewielkie wgłębienie, w którym trafia wychwycona cząstka. Średnica wgłębienia staje się następnie większa, aż zamknięta cząstka przedostanie się do cytoplazmy komórki. Poprzez fagocytozę odżywiają się niektóre pierwotniaki, takie jak ameby, a także komórki krwi - leukocyty i fagocyty. Podobnie komórki wchłaniają płyn zawierający niezbędne składniki odżywcze. Zjawisko to nazywa się pinocytozą.

Błona zewnętrzna jest ściśle połączona z siateczką śródplazmatyczną komórki.

Wiele rodzajów głównych składników tkanki ma wypukłości, fałdy i mikrokosmki na powierzchni błony. Komórki roślinne na zewnątrz tej skorupy pokryte są inną, grubą i dobrze widoczną pod mikroskopem. Włókno, z którego są wykonane, stanowi podporę dla tkanek roślinnych, takich jak drewno. Komórki zwierzęce mają również szereg struktur zewnętrznych, które znajdują się na błonie komórkowej. Mają wyłącznie charakter ochronny, czego przykładem jest chityna zawarta w komórkach powłokowych owadów.

Oprócz błony komórkowej istnieje błona wewnątrzkomórkowa. Jego funkcją jest podzielenie komórki na kilka wyspecjalizowanych zamkniętych przedziałów - przedziałów lub organelli, w których należy zachować określone środowisko.

Nie sposób zatem przecenić roli takiego składnika podstawowej jednostki żywego organizmu, jak błona komórkowa. Struktura i funkcje sugerują znaczne powiększenie całkowitej powierzchni komórki i poprawę procesów metabolicznych. Ta struktura molekularna składa się z białek i lipidów. Odgradzając komórkę od środowiska zewnętrznego, membrana zapewnia jej integralność. Z jego pomocą połączenia międzykomórkowe utrzymują się na dość silnym poziomie, tworząc tkanki. W związku z tym możemy stwierdzić, że błona komórkowa odgrywa jedną z najważniejszych ról w komórce. Struktura i funkcje przez nią pełnione różnią się radykalnie w różnych komórkach, w zależności od ich przeznaczenia. Dzięki tym cechom osiąga się różnorodne czynności fizjologiczne błon komórkowych i ich rolę w istnieniu komórek i tkanek.

Błona (biologia)

Funkcje biomembran

bariera - zapewnia regulowany, selektywny, pasywny i aktywny metabolizm z otoczeniem. Na przykład błona peroksysomowa chroni cytoplazmę przed nadtlenkami niebezpiecznymi dla komórki. Przepuszczalność selektywna oznacza, że przepuszczalność membrany dla różnych atomów lub cząsteczek zależy od ich wielkości, ładunku elektrycznego i właściwości chemicznych. Selektywna przepuszczalność zapewnia, że komórka i przedziały komórkowe są oddzielone od środowiska i zaopatrzone w niezbędne substancje.

transport - transport substancji do i z komórki odbywa się poprzez błonę. Transport przez błony zapewnia: dostarczanie składników odżywczych, usuwanie końcowych produktów przemiany materii, wydzielanie różnych substancji, tworzenie gradientów jonowych, utrzymanie w komórce odpowiedniego pH i stężenia jonów, niezbędnych do funkcjonowania enzymów komórkowych.

matrix - zapewnia pewną względną pozycję i orientację białek błonowych, ich optymalną interakcję;

mechaniczny - zapewnia autonomię komórki, jej struktur wewnątrzkomórkowych, a także połączenie z innymi komórkami (w tkankach). Ściany komórkowe odgrywają główną rolę w zapewnianiu funkcji mechanicznych, a u zwierząt – substancji międzykomórkowej.

energia - podczas fotosyntezy w chloroplastach i oddychania komórkowego w mitochondriach w ich błonach działają systemy przenoszenia energii, w których uczestniczą także białka;

receptor - niektóre białka znajdujące się w błonie są receptorami (cząsteczkami, za pomocą których komórka odbiera określone sygnały).

enzymatyczne - białka błonowe są często enzymami. Na przykład błony plazmatyczne komórek nabłonkowych jelit zawierają enzymy trawienne.

realizacja wytwarzania i przewodzenia biopotencjałów.

oznakowanie komórki – na błonie znajdują się antygeny, które pełnią rolę markerów – „etykiet” umożliwiających identyfikację komórki. Są to glikoproteiny (czyli białka z przyłączonymi do nich rozgałęzionymi łańcuchami bocznymi oligosacharydów), które pełnią rolę „anten”. Ze względu na niezliczoną liczbę konfiguracji łańcuchów bocznych możliwe jest utworzenie specyficznego markera dla każdego typu komórki. Za pomocą markerów komórki mogą rozpoznawać inne komórki i współdziałać z nimi, na przykład przy tworzeniu narządów i tkanek. Umożliwia to również układowi odpornościowemu rozpoznawanie obcych antygenów.

Struktura i skład biomembran

Błony komórkowe są często asymetryczne, to znaczy warstwy różnią się składem lipidów, przejściem pojedynczej cząsteczki z jednej warstwy do drugiej (tzw. klapka) jest trudne.