lipidy błonowe
błona komórkowa jest dynamiczną strukturą złożoną z lipidów, białek i węglowodanów. Chroni komórkę, zapobiegając wyciekaniu materiałów, kontroluje to, co może wejść lub opuścić przez błonę, zapewnia miejsce wiązania hormonów i innych substancji chemicznych i służy jako karta identyfikacyjna dla układu odpornościowego, aby odróżnić komórki” ja „i” nie-ja”., Najpierw zbadamy anatomię błony komórkowej, a następnie kontynuujemy badania nad fizjologią transportu błon.
dwuwarstwowa fosfolipidowa jest główną tkaniną membrany. Struktura dwuwarstwowa powoduje, że membrana jest półprzepuszczalna. Pamiętaj, że cząsteczki fosfolipidu są amfifilowe, co oznacza, że zawierają zarówno obszar niepolarny, jak i polarny. Fosfolipidy mają polarną głowę (zawiera naładowaną grupę fosforanową) z dwoma niepolarnymi hydrofobowymi ogonami kwasów tłuszczowych., Ogony fosfolipidów skierowane są do siebie w rdzeniu błony, podczas gdy każda polarna głowa leży na zewnątrz i wewnątrz komórki. Posiadanie polarnych głowic zorientowanych w kierunku zewnętrznych i wewnętrznych stron błony przyciąga inne polarne cząsteczki do błony komórkowej. Rdzeń hydrofobowy blokuje dyfuzję jonów hydrofilowych i cząsteczek polarnych. Małe cząsteczki hydrofobowe i gazy, które mogą rozpuszczać się w rdzeniu membrany, z łatwością krzyżują się z nim.
inne cząsteczki wymagają białek do transportu ich przez błonę., Białka determinują większość specyficznych funkcji błony. Błona plazmowa i błony różnych organelli mają unikalne kolekcje białek. Na przykład, do tej pory ponad 50 rodzajów białek zostały znalezione w błonie osocza czerwonych krwinek.
Znaczenie struktury membrany Fosfolipidowej
co jest ważne w strukturze membrany fosfolipidowej? Po pierwsze, jest płynny. Pozwala to komórkom zmieniać kształt, umożliwiając wzrost i ruch., Płynność błony jest regulowana przez rodzaje fosfolipidów i obecność cholesterolu. Po drugie, błona fosfolipidowa jest selektywnie przepuszczalna.
zdolność cząsteczki do przechodzenia przez membranę zależy od jej polaryzacji i do pewnego stopnia jej wielkości. Wiele niepolarnych cząsteczek, takich jak tlen, dwutlenek węgla i małe węglowodory, może łatwo przepływać przez błony komórkowe. Ta cecha błon jest bardzo ważna, ponieważ hemoglobina, białko, które przenosi tlen w naszej krwi, jest zawarta w krwinkach czerwonych., Tlen musi być w stanie swobodnie przejść przez membranę tak, że hemoglobina może się w pełni załadowany tlenu w naszych płucach, i dostarczyć go skutecznie do naszych tkanek. Większość substancji polarnych jest zatrzymywana przez błonę komórkową, z wyjątkiem być może małych związków polarnych, takich jak alkohol węglowy, metanol. Glukoza jest zbyt duża, aby przejść przez błonę, a specjalne białko transportujące ją przepuszcza. Jeden z typów cukrzycy jest spowodowany błędną regulacją transportera glukozy. Zmniejsza to zdolność glukozy do dostania się do komórek i powoduje wysokie stężenie glukozy we krwi., Jony naładowane, takie jak jony sodu (na+) lub potasu (K+) rzadko przechodzą przez membranę, dlatego też potrzebują specjalnych cząsteczek transportujących, aby przejść przez membranę. Niezdolność Na + I K+ do przechodzenia przez błonę pozwala komórce regulować stężenia tych jonów wewnątrz lub na zewnątrz komórki. Przewodzenie sygnałów elektrycznych w neuronach opiera się na zdolności komórek do kontrolowania poziomu Na+ I K+.
selektywnie przepuszczalne błony pozwalają komórkom utrzymać chemię cytoplazmy różną od chemii środowiska zewnętrznego., Pozwala im to również na utrzymanie unikalnych chemicznie warunków wewnątrz ich organelli.
płynność błon komórkowych
błona komórkowa nie jest strukturą statyczną. Jest to dynamiczna struktura, która umożliwia ruch fosfolipidów i białek. Płynność jest terminem używanym do opisania łatwości przemieszczania się cząsteczek w błonie i jest ważną cechą funkcji komórki. Płynność jest zależna od temperatury (podwyższone temperatury sprawiają, że jest bardziej płynna, a obniżone temperatury sprawiają, że jest bardziej stała), nasyconych kwasów tłuszczowych i nienasyconych kwasów tłuszczowych., Nasycone kwasy tłuszczowe sprawiają, że błona jest mniej płynna, podczas gdy nienasycone kwasy tłuszczowe sprawiają, że jest bardziej płynna. Prawidłowy stosunek nasyconych do nienasyconych kwasów tłuszczowych utrzymuje płyn membranowy w każdej temperaturze sprzyjającej życiu. Na przykład pszenica ozima reaguje na obniżające się temperatury, zwiększając ilość nienasyconych kwasów tłuszczowych w błonach komórkowych, aby zapobiec nadmiernemu utwardzeniu błony komórkowej na zimno. W komórkach zwierzęcych cholesterol pomaga zapobiegać pakowaniu ogonów kwasów tłuszczowych, a tym samym obniża zapotrzebowanie na nienasycone kwasy tłuszczowe., Pomaga to utrzymać płynną naturę błony komórkowej, nie stając się zbyt płynna w temperaturze ciała.
białka błonowe
zawierają również białka, które pełnią wiele funkcji błony. Niektóre funkcje białek błonowych to:
- Transport. Ponieważ błona plazmowa jest tylko półprzepuszczalna, komórka potrzebuje sposobu na transport większych materiałów do i z komórki.
- Komunikacja. Ponieważ błona plazmowa jest granicą komórki, to tutaj komórka komunikuje się ze swoim otoczeniem., Białka błonowe są w stanie odbierać sygnały spoza komórki i rozpoczynać łańcuch zdarzeń, które powodują, że komórka reaguje na te sygnały.
- Białka błonowe mogą być enzymami, które biorą udział w reakcjach chemicznych metabolizmu. Są to procesy, które pozwalają komórce rosnąć, uzyskiwać energię i eliminować odpady.
- adhezja. Białka błonowe pomagają komórkom wiązać się ze sobą i tworzyć tkanki. Jednym z przykładów są komórki skóry, które muszą tworzyć ciasną powierzchnię, jeśli skóra ma zachować właściwą integralność., Białka błonowe również wiążą się z cząsteczkami wewnątrz i na zewnątrz komórki, które pomagają komórce utrzymać jej strukturę.
białka błonowe dzielą się na dwie główne kategorie: białka integralne i białka obwodowe. Integralne białka błonowe to te białka, które są osadzone w dwuwarstwowej warstwie lipidowej i generalnie charakteryzują się ich rozpuszczalnością w niepolarnych, hydrofobowych rozpuszczalnikach. Białka Transmembrane są przykładami białek integralnych z regionami hydrofobowymi, które całkowicie obejmują hydrofobowe wnętrze błony., Części białka narażone na działanie wewnątrz i na zewnątrz komórki są hydrofilowe. Białka integralne mogą służyć jako pory, które selektywnie umożliwiają jony lub składniki odżywcze i odpady do lub z komórki. Mogą również przesyłać sygnały przez membranę.
W przeciwieństwie do białek integralnych, które obejmują błonę, białka obwodowe znajdują się tylko po jednej stronie błony i są często przyłączone do białek integralnych. Niektóre białka obwodowe służą jako punkty kotwiczenia dla cytoszkieletu lub włókien zewnątrzkomórkowych. Białka są znacznie większe niż lipidy i poruszają się wolniej., Niektóre poruszają się w sposób pozornie ukierunkowany, podczas gdy inne dryfują. Niektóre są glikoproteiny, które mają grupę węglowodanów przyłączonych do białka. Są one na zewnątrz błony i ważne dla rozpoznawania komórek, działają jak komórkowa karta identyfikacyjna.
węglowodany błonowe
zewnątrzkomórkowa powierzchnia błony komórkowej jest ozdobiona grupami węglowodanowymi przyłączonymi do lipidów i białek. Węglowodany są dodawane do lipidów i białek w procesie zwanym glikozylacją i nazywane są glikolipidami lub glikoproteinami., Te krótkie węglowodany lub oligosacharydy są zwykle łańcuchami zawierającymi 15 lub mniej cząsteczek cukru. Oligosacharydy dają tożsamość komórkową (tzn. odróżniają ” ja ” od „nonself”) i są czynnikiem odróżniającym w ludzkich grupach krwi i odrzuceniu przeszczepu.
membrany są asymetryczne
jak wspomniano powyżej i widać na zdjęciu, błona komórkowa jest asymetryczna. Zewnątrzkomórkowa powierzchnia błony styka się z macierzą zewnątrzkomórkową. Zewnątrzkomórkowa strona błony zawiera oligosacharydy, które wyróżniają komórkę jako ” jaźń.,”Zawiera również koniec integralnych białek, które oddziałują z sygnałami z innych komórek i wyczuwają środowisko pozakomórkowe. Wewnętrzna błona jest w kontakcie z zawartością komórki. Ta strona błony zakotwia się w cytoszkielet i zawiera koniec integralnych białek, które przekazują sygnały odbierane po stronie zewnętrznej.
podsumowanie: membrany jako mozaiki struktury i funkcji
błona biologiczna jest kolażem wielu różnych białek osadzonych w macierzy płynów dwuwarstwy lipidowej., Dwuwarstwowa lipidowa jest główną tkaniną membrany, a jej struktura tworzy półprzepuszczalną membranę. Rdzeń hydrofobowy utrudnia dyfuzję struktur hydrofilowych, takich jak jony i cząsteczki polarne, ale pozwala cząsteczkom hydrofobowym, które mogą rozpuszczać się w błonie, z łatwością ją krzyżować.