błony biologiczne.
Termin „membrana” (łac. membrana - skóra, film) zaczął być używany ponad 100 lat temu w odniesieniu do granicy komórki, służąc z jednej strony jako bariera między zawartością komórki a środowiskiem zewnętrznym , a z drugiej jako półprzepuszczalna przegroda, przez którą może przechodzić woda i niektóre substancje. Jednak funkcje membrany nie są wyczerpane, ponieważ błony biologiczne stanowią podstawę strukturalnej organizacji komórki.
Struktura membrany. Zgodnie z tym modelem główną błoną jest dwuwarstwa lipidowa, w której hydrofobowe ogony cząsteczek są skierowane do wewnątrz, a hydrofilowe główki są skierowane na zewnątrz. Lipidy są reprezentowane przez fosfolipidy - pochodne glicerolu lub sfingozyny. Białka są przyłączone do warstwy lipidowej. Białka integralne (transbłonowe) przenikają przez błonę i są z nią mocno związane; obwodowe nie penetrują i są słabiej związane z błoną. Funkcje białek błonowych: utrzymanie struktury błon, odbieranie i przetwarzanie sygnałów z otoczenia. środowisko, transport niektórych substancji, kataliza reakcji zachodzących na błonach. grubość membrany wynosi od 6 do 10 nm.

Właściwości membrany:
1. Płynność. Błona nie jest sztywną strukturą, większość jej białek i lipidów może poruszać się w płaszczyźnie błon.
2. Asymetria. Skład warstwy zewnętrznej i wewnętrznej zarówno białek, jak i lipidów jest różny. Ponadto błony plazmatyczne komórek zwierzęcych mają na zewnątrz warstwę glikoprotein (glikokaliks, który pełni funkcje sygnałowe i receptorowe, a także jest ważny dla łączenia komórek w tkanki)
3. Polaryzacja. Zewnętrzna strona membrany niesie ładunek dodatni, podczas gdy wnętrze niesie ładunek ujemny.
4. Selektywna przepuszczalność. Błony żywych komórek przepuszczają, oprócz wody, tylko niektóre cząsteczki i jony rozpuszczonych substancji (użycie terminu „półprzepuszczalność” w odniesieniu do błon komórkowych nie jest do końca poprawne, ponieważ koncepcja ta sugeruje, że błona przepuszcza tylko rozpuszczalnik cząsteczki, zachowując wszystkie cząsteczki i jony rozpuszczone).

Zewnętrzna błona komórkowa (plazalemma) to ultramikroskopowa błona o grubości 7,5 nm, składająca się z białek, fosfolipidów i wody. Elastyczny film, dobrze zwilżany wodą i szybko odzyskujący integralność po uszkodzeniu. Posiada uniwersalną budowę, charakterystyczną dla wszystkich błon biologicznych. Położenie graniczne tej błony, jej udział w procesach selektywnej przepuszczalności, pinocytozy, fagocytozy, wydalania produktów wydalniczych i syntezy, w połączeniu z sąsiednimi komórkami i chroniąc komórkę przed uszkodzeniem, sprawia, że ​​jej rola jest niezwykle ważna. Komórki zwierzęce poza błoną są czasami pokryte cienką warstwą polisacharydów i białek - glikokaliksu. Komórki roślinne poza błoną komórkową mają silną ścianę komórkową, która tworzy zewnętrzne wsparcie i utrzymuje kształt komórki. Składa się z błonnika (celulozy), nierozpuszczalnego w wodzie polisacharydu.

Wśród Główne funkcje błony komórkowej to bariera, transport, enzymatyczna i receptorowa. Błona komórkowa (biologiczna) (inaczej błona plazmatyczna, plazmatyczna lub cytoplazmatyczna) chroni zawartość komórki lub jej organelli przed środowiskiem, zapewnia selektywną przepuszczalność substancji, znajdują się na niej enzymy, a także cząsteczki, które mogą „wychwytywać” różne sygnały chemiczne i fizyczne.

Tę funkcjonalność zapewnia specjalna struktura błony komórkowej.

W ewolucji życia na Ziemi komórka w ogóle mogła powstać dopiero po pojawieniu się błony, która oddzielała i stabilizowała zawartość wewnętrzną, zapobiegając jej rozpadowi.

W zakresie utrzymania homeostazy (samoregulacja względnej stałości środowiska wewnętrznego) funkcja barierowa błony komórkowej jest ściśle związana z transportem.

Małe cząsteczki są w stanie przejść przez plazmalemę bez żadnych „pomocników”, wzdłuż gradientu stężeń, tj. z obszaru o wysokim stężeniu danej substancji do obszaru o niskim stężeniu. Tak jest na przykład w przypadku gazów biorących udział w oddychaniu. Tlen i dwutlenek węgla dyfundują przez błonę komórkową w kierunku, w którym ich stężenie jest obecnie niższe.

Ponieważ membrana jest w większości hydrofobowa (dzięki podwójnej warstwie lipidowej), cząsteczki polarne (hydrofilowe), nawet małe, często nie mogą przez nią przeniknąć. W związku z tym wiele białek błonowych działa jako nośniki takich cząsteczek, wiążąc się z nimi i przenosząc je przez plazmalemmę.

Białka integralne (penetrujące błony) często działają na zasadzie otwierania i zamykania kanałów. Kiedy cząsteczka zbliża się do takiego białka, łączy się z nim i otwiera się kanał. Ta lub inna substancja przechodzi przez kanał białkowy, po czym zmienia się jej konformacja, a kanał zamyka się dla tej substancji, ale może otwierać się na przejście innej. Pompa sodowo-potasowa działa na tej zasadzie, pompując jony potasu do komórki i wypompowując z niej jony sodu.

Enzymatyczna funkcja błony komórkowej w większym stopniu realizowane na błonach organelli komórkowych. Większość białek syntetyzowanych w komórce pełni funkcję enzymatyczną. Siadając na membranie w określonej kolejności, organizują przenośnik, gdy produkt reakcji katalizowany przez jedno białko enzymatyczne przechodzi do następnego. Taki „rurociąg” stabilizuje białka powierzchniowe plazmalemmy.

Pomimo uniwersalności budowy wszystkich błon biologicznych (są one zbudowane według jednej zasady, są prawie takie same we wszystkich organizmach i w różnych strukturach komórek błonowych), ich skład chemiczny może nadal się różnić. Są bardziej płynne i bardziej stałe, niektóre mają więcej pewnych białek, inne mniej. Ponadto różne strony (wewnętrzna i zewnętrzna) tej samej membrany również się różnią.

Błona otaczająca komórkę (cytoplazmatyczna) na zewnątrz posiada wiele łańcuchów węglowodanowych przyłączonych do lipidów lub białek (w wyniku tego powstają glikolipidy i glikoproteiny). Wiele z tych węglowodanów funkcja receptora, będąc podatnym na niektóre hormony, wychwytując zmiany wskaźników fizycznych i chemicznych w środowisku.

Jeśli np. hormon wiąże się ze swoim receptorem komórkowym, to węglowodanowa część cząsteczki receptora zmienia swoją strukturę, a następnie zmienia się struktura powiązanej części białkowej przenikającej przez błonę. W kolejnym etapie w komórce rozpoczynają się lub zatrzymują różne reakcje biochemiczne, tj. zmienia się jej metabolizm i zaczyna się odpowiedź komórkowa na „czynnik drażniący”.

Oprócz wymienionych czterech funkcji błony komórkowej wyróżnia się inne: matrycę, energię, znakowanie, tworzenie kontaktów międzykomórkowych itp. Można je jednak uznać za „podfunkcje” już rozważanych.

Zewnętrzna błona komórkowa (plasmalemma, cytolemma, błona plazmatyczna) komórek zwierzęcych pokryte z zewnątrz (tj. po stronie nie stykającej się z cytoplazmą) warstwą łańcuchów oligosacharydowych kowalencyjnie przyłączonych do białek błonowych (glikoprotein) i w mniejszym stopniu do lipidów (glikolipidów). Ta węglowodanowa powłoka membrany nazywa się glikokaliks. Cel glikokaliksu nie jest jeszcze bardzo jasny; zakłada się, że struktura ta bierze udział w procesach rozpoznawania międzykomórkowego.

W komórkach roślinnych na wierzchu zewnętrznej błony komórkowej znajduje się gęsta warstwa celulozy z porami, przez którą odbywa się komunikacja między sąsiednimi komórkami przez mostki cytoplazmatyczne.

Komórki grzyby na wierzchu plazmlemmy - gęsta warstwa chityna.

Na bakteria – mureina.

Właściwości błon biologicznych

1. Możliwość samodzielnego montażu po destrukcyjnych uderzeniach. Ta właściwość jest określona przez właściwości fizykochemiczne cząsteczek fosfolipidów, które w roztworze wodnym łączą się tak, że hydrofilowe końce cząsteczek zwracają się na zewnątrz, a końce hydrofobowe do wewnątrz. Białka można wbudować w gotowe warstwy fosfolipidowe. Zdolność do samoorganizacji jest niezbędna na poziomie komórkowym.

2. Półprzepuszczalność(selektywność w przenoszeniu jonów i cząsteczek). Zapewnia utrzymanie stałości składu jonowego i molekularnego w komórce.

3. Płynność membrany. Błony nie są sztywnymi strukturami, podlegają ciągłym fluktuacjom w wyniku ruchów obrotowych i oscylacyjnych cząsteczek lipidów i białek. Zapewnia to dużą szybkość procesów enzymatycznych i innych procesów chemicznych w błonach.

4. Fragmenty membran nie mają wolnych końców, ponieważ są zamknięte w bąbelkach.

Funkcje zewnętrznej błony komórkowej (plasmalemma)

Główne funkcje plazmalemmy to: 1) bariera, 2) receptor, 3) wymiana, 4) transport.

1. funkcja bariery. Wyraża się to w tym, że plazmalemma ogranicza zawartość komórki, oddzielając ją od środowiska zewnętrznego, a błony wewnątrzkomórkowe dzielą cytoplazmę na oddzielne reakcje przegródki.

2. funkcja receptora. Jedną z najważniejszych funkcji plazmalemmy jest zapewnienie komunikacji (połączenia) komórki ze środowiskiem zewnętrznym poprzez aparat receptorowy obecny w błonach, który ma charakter białkowy lub glikoproteinowy. Główną funkcją formacji receptorowych plazmalemmy jest rozpoznawanie sygnałów zewnętrznych, dzięki czemu komórki są prawidłowo zorientowane i tworzą tkanki w procesie różnicowania. Z funkcją receptora wiąże się aktywność różnych układów regulatorowych, a także powstawanie odpowiedzi immunologicznej.

funkcja wymiany zależy od zawartości białek enzymatycznych w błonach biologicznych, które są katalizatorami biologicznymi. Ich aktywność zmienia się w zależności od pH podłoża, temperatury, ciśnienia, stężenia zarówno substratu, jak i samego enzymu. Enzymy określają intensywność kluczowych reakcji metabolizm, a także orientacja.

Funkcja transportowa błon. Membrana zapewnia selektywną penetrację do wnętrza komórki iz komórki do środowiska różnych substancji chemicznych. Transport substancji jest niezbędny do utrzymania odpowiedniego pH w komórce, właściwego stężenia jonów, co zapewnia sprawność enzymów komórkowych. Transport dostarcza składników odżywczych, które służą jako źródło energii, a także materiału do tworzenia różnych składników komórkowych. Warunkuje usuwanie toksycznych odpadów z komórki, wydzielanie różnych pożytecznych substancji i tworzenie gradientów jonowych niezbędnych do aktywności nerwowej i mięśniowej.Zmiany szybkości przenoszenia substancji mogą prowadzić do zaburzeń w procesach bioenergetycznych, metabolizmie wody i soli , pobudliwość i inne procesy. Korekta tych zmian leży u podstaw działania wielu leków.

Istnieją dwa główne sposoby, w jakie substancje przedostają się do komórki i z komórki do środowiska zewnętrznego;

transport pasywny,

transport aktywny.

Transport pasywny idzie wzdłuż gradientu stężenia chemicznego lub elektrochemicznego bez wydatkowania energii ATP. Jeżeli cząsteczka transportowanej substancji nie ma ładunku, to kierunek transportu biernego jest określony tylko różnicą stężenia tej substancji po obu stronach błony (gradient stężenia chemicznego). Jeśli cząsteczka jest naładowana, to na jej transport wpływa zarówno gradient stężenia chemicznego, jak i gradient elektryczny (potencjał błonowy).

Oba gradienty razem tworzą gradient elektrochemiczny. Transport pasywny substancji może odbywać się na dwa sposoby: dyfuzja prosta i dyfuzja ułatwiona.

Z prostą dyfuzją jony soli i woda mogą przenikać przez selektywne kanały. Kanały te są tworzone przez niektóre białka transbłonowe, które tworzą szlaki transportowe od końca do końca, które są otwarte na stałe lub tylko przez krótki czas. Poprzez kanały selektywne przenikają różne cząsteczki, których wielkość i ładunek odpowiadają kanałom.

Istnieje inny sposób prostej dyfuzji - jest to dyfuzja substancji przez dwuwarstwę lipidową, przez którą łatwo przechodzą substancje rozpuszczalne w tłuszczach i woda. Podwójna warstwa lipidowa jest nieprzepuszczalna dla naładowanych cząsteczek (jonów), a jednocześnie nienaładowane małe cząsteczki mogą swobodnie dyfundować, a im mniejsza cząsteczka, tym szybciej jest transportowana. Dość wysoka szybkość dyfuzji wody przez dwuwarstwę lipidową wynika właśnie z małych rozmiarów jej cząsteczek i braku ładunku.

Z ułatwioną dyfuzją białka biorą udział w transporcie substancji – nośników, które działają na zasadzie „ping-ponga”. W tym przypadku białko występuje w dwóch stanach konformacyjnych: w stanie „pong” miejsca wiązania transportowanej substancji są otwarte na zewnątrz dwuwarstwy, a w stanie „ping” te same miejsca otwierają się na drugiej bok. Ten proces jest odwracalny. Z której strony miejsce wiązania substancji będzie otwarte w danym czasie, zależy od gradientu stężenia tej substancji.

W ten sposób cukry i aminokwasy przechodzą przez błonę.

Przy dyfuzji ułatwionej szybkość transportu substancji znacznie wzrasta w porównaniu z dyfuzją prostą.

Oprócz białek nośnikowych w ułatwioną dyfuzję biorą udział niektóre antybiotyki, takie jak gramicydyna i walinomycyna.

Ponieważ zapewniają transport jonów, nazywa się je jonofory.

Aktywny transport substancji w komórce. Ten rodzaj transportu zawsze wiąże się z kosztem energii. Źródłem energii potrzebnej do aktywnego transportu jest ATP. Cechą charakterystyczną tego rodzaju transportu jest to, że odbywa się on na dwa sposoby:

za pomocą enzymów zwanych ATPazami;

transport w opakowaniach membranowych (endocytoza).

W zewnętrzna błona komórkowa zawiera białka enzymatyczne, takie jak ATPazy, którego funkcją jest zapewnienie aktywnego transportu jony przeciw gradientowi stężeń. Ponieważ zapewniają transport jonów, proces ten nazywany jest pompą jonową.

W komórce zwierzęcej istnieją cztery główne systemy transportu jonów. Trzy z nich zapewniają transfer przez błony biologiczne: Na+ i K+, Ca+, H+, a czwarta - przenoszenie protonów podczas pracy mitochondrialnego łańcucha oddechowego.

Przykładem aktywnego mechanizmu transportu jonów jest pompa sodowo-potasowa w komórkach zwierzęcych. Utrzymuje w komórce stałe stężenie jonów sodu i potasu, które różni się od stężenia tych substancji w środowisku: normalnie w komórce jest mniej jonów sodu niż w środowisku, a więcej potasu.

W rezultacie, zgodnie z prawami prostej dyfuzji, potas ma tendencję do opuszczania komórki, a sód dyfunduje do komórki. W przeciwieństwie do prostej dyfuzji, pompa sodowo-potasowa nieustannie wypompowuje sód z komórki i wstrzykuje potas: na trzy wyrzucone cząsteczki sodu, do komórki trafiają dwie cząsteczki potasu.

Ten transport jonów sodowo-potasowych zapewnia enzym zależny od ATP, który zlokalizowany jest w błonie w taki sposób, że przenika przez całą jej grubość.Sód i ATP wchodzą do tego enzymu od wewnątrz błony, a potas z błony. poza.

Przenoszenie sodu i potasu przez błonę następuje w wyniku zmian konformacyjnych, jakim ulega ATP-aza sodowo-potasowa, która jest aktywowana wraz ze wzrostem stężenia sodu wewnątrz komórki lub potasu w środowisku.

Hydroliza ATP jest wymagana do zasilania tej pompy. Proces ten zapewnia ten sam enzym ATP-aza zależna od sodu i potasu. Jednocześnie ponad jedna trzecia ATP zużywanego przez komórkę zwierzęcą w spoczynku jest zużywana na pracę pompy sodowo-potasowej.

Naruszenie prawidłowego funkcjonowania pompy sodowo – potasowej prowadzi do różnych groźnych chorób.

Wydajność tej pompy przekracza 50%, czego nie osiągają najbardziej zaawansowane maszyny stworzone przez człowieka.

Wiele aktywnych systemów transportowych jest napędzanych energią zmagazynowaną w gradientach jonowych, a nie przez bezpośrednią hydrolizę ATP. Wszystkie działają jako układy kotransportowe (ułatwiające transport związków niskocząsteczkowych). Na przykład o aktywnym transporcie niektórych cukrów i aminokwasów do komórek zwierzęcych decyduje gradient jonów sodu, a im wyższy gradient jonów sodu, tym większa szybkość wchłaniania glukozy. I odwrotnie, jeśli stężenie sodu w przestrzeni międzykomórkowej znacznie się zmniejszy, transport glukozy ustaje. W tym przypadku sód musi dołączyć do zależnego od sodu białka nośnikowego glukozy, które ma dwa miejsca wiązania: jedno dla glukozy, drugie dla sodu. Wnikające do komórki jony sodu przyczyniają się do wprowadzenia do komórki białka nośnikowego wraz z glukozą. Jony sodu, które dostały się do komórki wraz z glukozą, są wypompowywane z powrotem przez ATP-azę sodowo-potasową, która, utrzymując gradient stężenia sodu, pośrednio kontroluje transport glukozy.

Transport substancji w opakowaniach membranowych. Duże cząsteczki biopolimerów praktycznie nie mogą przeniknąć przez plazmalemę przez żaden z opisanych powyżej mechanizmów transportu substancji do komórki. Są wychwytywane przez komórkę i absorbowane w pakiecie membranowym, który nazywa się endocytoza. Ta ostatnia jest formalnie podzielona na fagocytozę i pinocytozę. Wychwytywanie cząstek stałych przez komórkę jest fagocytoza i płyn - pinocytoza. Podczas endocytozy obserwuje się następujące etapy:

odbiór wchłoniętej substancji dzięki receptorom w błonie komórkowej;

inwazja błony z utworzeniem bańki (pęcherzyków);

oddzielenie pęcherzyka endocytowego od błony z wydatkowaniem energii - tworzenie fagosomów i przywrócenie integralności błony;

Fuzja fagosomu z lizosomem i formacja fagolizosomy (wakuola przewodu pokarmowego), w którym następuje trawienie zaabsorbowanych cząstek;

usunięcie niestrawionego materiału w fagolizosomie z komórki ( egzocytoza).

W świecie zwierząt endocytoza jest charakterystycznym sposobem odżywiania wielu organizmów jednokomórkowych (np. w amebach), a wśród organizmów wielokomórkowych ten typ trawienia cząstek pokarmu występuje w komórkach endodermalnych w koelenteratach. Ssaki i ludzie posiadają układ siateczkowo-histio-śródbłonkowy komórek ze zdolnością do endocytozy. Przykładami są leukocyty krwi i komórki Kupffera wątroby. Te ostatnie wyścielają tzw. sinusoidalne naczynia włosowate wątroby i wychwytują różne obce cząstki zawieszone we krwi. Egzocytoza- jest to również sposób na usunięcie z komórki organizmu wielokomórkowego substratu przez nią wydzielanego, który jest niezbędny do funkcjonowania innych komórek, tkanek i narządów.

Na zewnątrz komórka jest pokryta błoną plazmatyczną (lub zewnętrzną błoną komórkową) o grubości około 6-10 nm.

Błona komórkowa to gęsty film białek i lipidów (głównie fosfolipidów). Cząsteczki lipidów ułożone są w sposób uporządkowany - prostopadle do powierzchni, w dwóch warstwach, tak aby ich części intensywnie oddziałujące z wodą (hydrofilowe) były skierowane na zewnątrz, a części obojętne względem wody (hydrofobowe) do wewnątrz.

Cząsteczki białka znajdują się w nieciągłej warstwie na powierzchni szkieletu lipidowego po obu stronach. Niektóre z nich zanurzone są w warstwie lipidowej, inne przechodzą przez nią, tworząc obszary przepuszczalne dla wody. Białka te pełnią różne funkcje – niektóre z nich są enzymami, inne są białkami transportowymi zaangażowanymi w przenoszenie pewnych substancji ze środowiska do cytoplazmy i odwrotnie.

Podstawowe funkcje błony komórkowej

Jedną z głównych właściwości błon biologicznych jest selektywna przepuszczalność (semiprzepuszczalność)- niektóre substancje przechodzą przez nie z trudem, inne łatwo, a nawet w kierunku wyższego stężenia, dlatego dla większości komórek stężenie jonów Na wewnątrz jest znacznie niższe niż w środowisku. Dla jonów K charakterystyczny jest odwrotny stosunek: ich stężenie wewnątrz komórki jest wyższe niż na zewnątrz. Dlatego jony Na zawsze mają tendencję do wchodzenia do komórki, a jony K do wychodzenia na zewnątrz. Wyrównaniu się stężeń tych jonów uniemożliwia obecność w błonie specjalnego systemu, który pełni rolę pompy, która wypompowuje jony Na z komórki i jednocześnie pompuje jony K do jej wnętrza.

Chęć przemieszczania się jonów Na z zewnątrz do wewnątrz jest wykorzystywana do transportu cukrów i aminokwasów do komórki. Dzięki aktywnemu usuwaniu jonów Na z komórki powstają warunki do wejścia do niej glukozy i aminokwasów.

W wielu komórkach wchłanianie substancji następuje również poprzez fagocytozę i pinocytozę. Na fagocytoza elastyczna membrana zewnętrzna tworzy małe zagłębienie, do którego wchodzi wychwycona cząstka. To wgłębienie zwiększa się i otoczona częścią błony zewnętrznej, cząstka jest zanurzona w cytoplazmie komórki. Zjawisko fagocytozy jest charakterystyczne dla ameby i niektórych innych pierwotniaków, a także leukocytów (fagocytów). Podobnie komórki wchłaniają płyny zawierające substancje niezbędne dla komórki. Zjawisko to zostało nazwane pinocytoza.

Błony zewnętrzne różnych komórek znacznie różnią się zarówno składem chemicznym białek i lipidów, jak i ich względną zawartością. To właśnie te cechy decydują o różnorodności fizjologicznej aktywności błon różnych komórek i ich roli w życiu komórek i tkanek.

Retikulum endoplazmatyczne komórki jest połączone z błoną zewnętrzną. Za pomocą błon zewnętrznych przeprowadzane są różnego rodzaju kontakty międzykomórkowe, tj. komunikacja między poszczególnymi komórkami.

Wiele typów komórek charakteryzuje się obecnością na ich powierzchni dużej liczby wypukłości, fałd, mikrokosmków. Przyczyniają się zarówno do znacznego zwiększenia powierzchni komórek i poprawy metabolizmu, jak i do silniejszego wiązania poszczególnych komórek ze sobą.

Na zewnątrz błony komórkowej komórki roślinne mają grube błony, które są wyraźnie widoczne w mikroskopie optycznym, składające się z celulozy (celulozy). Tworzą mocne podparcie dla tkanek roślinnych (drewno).

Niektóre komórki pochodzenia zwierzęcego mają również szereg struktur zewnętrznych, które znajdują się na szczycie błony komórkowej i mają charakter ochronny. Przykładem jest chityna komórek powłokowych owadów.

Funkcje błony komórkowej (krótko)

Błona komórkowa zwany także błoną plazmatyczną (lub cytoplazmatyczną) i plazmalemma. Ta struktura nie tylko oddziela wewnętrzną zawartość komórki od środowiska zewnętrznego, ale także wchodzi w skład większości organelli komórkowych i jądra, z kolei oddzielając je od hialoplazmy (cytozolu) - lepko-ciekłej części cytoplazmy. Umówmy się zadzwonić błona cytoplazmatyczna taki, który oddziela zawartość komórki od środowiska zewnętrznego. Pozostałe terminy odnoszą się do wszystkich membran.

Podstawą budowy błony komórkowej (biologicznej) jest podwójna warstwa lipidów (tłuszczów). Powstanie takiej warstwy jest związane z cechami ich cząsteczek. Lipidy nie rozpuszczają się w wodzie, tylko kondensują w niej na swój własny sposób. Jedna część pojedynczej cząsteczki lipidu to głowa polarna (przyciąga ją woda, czyli jest hydrofilowa), a druga to para długich niepolarnych ogonów (ta część cząsteczki jest odpychana przez wodę, czyli jest hydrofobowa) . Ta struktura molekuł sprawia, że ​​„chowają” ogony przed wodą i zwracają swe polarne głowy w stronę wody.

W rezultacie powstaje dwuwarstwa lipidowa, w której niepolarne ogony znajdują się wewnątrz (zwrócone do siebie), a polarne głowy są skierowane na zewnątrz (do środowiska zewnętrznego i cytoplazmy). Powierzchnia takiej membrany jest hydrofilowa, ale wewnątrz jest hydrofobowa.

W błonach komórkowych wśród lipidów dominują fosfolipidy (są to lipidy złożone). Ich głowy zawierają pozostałości kwasu fosforowego. Oprócz fosfolipidów występują glikolipidy (lipidy + węglowodany) oraz cholesterol (należy do steroli). Ten ostatni nadaje błonie sztywność, znajdując się w jej grubości między ogonami pozostałych lipidów (cholesterol jest całkowicie hydrofobowy).

W wyniku oddziaływania elektrostatycznego pewne cząsteczki białek są przyłączane do naładowanych głów lipidów, które stają się białkami błon powierzchniowych. Inne białka oddziałują z niepolarnymi ogonami, częściowo zatapiają się w dwuwarstwie lub przenikają ją na wskroś.

Zatem błona komórkowa składa się z dwuwarstwy lipidów, białek powierzchniowych (obwodowych), zanurzonych (półintegralnych) i penetrujących (integralnych). Ponadto niektóre białka i lipidy na zewnątrz błony są związane z łańcuchami węglowodanowymi.

to płynny model mozaikowy struktury membrany został przedstawiony w latach 70. XX wieku. Wcześniej przyjęto model kanapkowy struktury, zgodnie z którym dwuwarstwa lipidowa znajduje się wewnątrz, a od wewnątrz i na zewnątrz membrana jest pokryta ciągłymi warstwami białek powierzchniowych. Jednak nagromadzenie danych eksperymentalnych obaliło tę hipotezę.

Grubość błon w różnych komórkach wynosi około 8 nm. Błony (nawet różne strony jednej) różnią się między sobą procentem różnych rodzajów lipidów, białek, aktywnością enzymatyczną itp. Niektóre błony są bardziej płynne i bardziej przepuszczalne, inne mają większą gęstość.

Pęknięcia w błonie komórkowej łatwo łączą się ze względu na właściwości fizykochemiczne podwójnej warstwy lipidowej. W płaszczyźnie błony poruszają się lipidy i białka (o ile nie są utrwalone przez cytoszkielet).

Funkcje błony komórkowej

Większość białek zanurzonych w błonie komórkowej pełni funkcję enzymatyczną (są enzymami). Często (zwłaszcza w błonach organelli komórkowych) enzymy układają się w określonej kolejności tak, że produkty reakcji katalizowane przez jeden enzym przechodzą do drugiego, potem trzeciego itd. Powstaje przenośnik, który stabilizuje białka powierzchniowe, ponieważ nie pozwalają enzymom pływać wzdłuż dwuwarstwy lipidowej.

Błona komórkowa pełni funkcję odgraniczającą (barierową) od środowiska i jednocześnie funkcję transportową. Można powiedzieć, że jest to jej najważniejszy cel. Błona cytoplazmatyczna, posiadająca siłę i selektywną przepuszczalność, utrzymuje niezmienność składu wewnętrznego komórki (jej homeostazę i integralność).

W tym przypadku transport substancji odbywa się na różne sposoby. Transport wzdłuż gradientu stężeń polega na przemieszczaniu się substancji z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu (dyfuzja). Na przykład gazy dyfundują (CO 2, O 2).

Istnieje również transport wbrew gradientowi koncentracji, ale z nakładem energii.

Transport jest pasywny i lekki (kiedy pomaga mu jakiś przewoźnik). W przypadku substancji rozpuszczalnych w tłuszczach możliwa jest pasywna dyfuzja przez błonę komórkową.

Istnieją specjalne białka, które sprawiają, że błony przepuszczają cukry i inne substancje rozpuszczalne w wodzie. Nośniki te wiążą się z transportowanymi cząsteczkami i przeciągają je przez błonę. W ten sposób glukoza jest transportowana do czerwonych krwinek.

Białka rozciągające, po połączeniu, mogą tworzyć pory do przemieszczania się niektórych substancji przez błonę. Takie nośniki nie poruszają się, ale tworzą kanał w błonie i działają podobnie do enzymów, wiążąc określoną substancję. Transfer odbywa się w wyniku zmiany konformacji białka, dzięki czemu w błonie powstają kanały. Przykładem jest pompa sodowo-potasowa.

Funkcja transportowa błony komórkowej eukariotycznej jest również realizowana poprzez endocytozę (i egzocytozę). Dzięki tym mechanizmom duże cząsteczki biopolimerów, a nawet całe komórki, wchodzą do komórki (i z niej). Endo- i egzocytoza nie są charakterystyczne dla wszystkich komórek eukariotycznych (prokariota w ogóle ich nie mają). Tak więc endocytozę obserwuje się u pierwotniaków i dolnych bezkręgowców; u ssaków leukocyty i makrofagi pochłaniają szkodliwe substancje i bakterie, tj. endocytoza pełni funkcję ochronną dla organizmu.

Endocytoza dzieli się na fagocytoza(cytoplazma otacza duże cząstki) i pinocytoza(wychwytywanie kropel cieczy z rozpuszczonymi w niej substancjami). Mechanizm tych procesów jest w przybliżeniu taki sam. Zaabsorbowane substancje na powierzchni komórki otoczone są błoną. Powstaje pęcherzyk (fagocytarny lub pinocytowy), który następnie przenosi się do komórki.

Egzocytoza to usuwanie substancji z komórki przez błonę cytoplazmatyczną (hormony, polisacharydy, białka, tłuszcze itp.). Substancje te są zamknięte w pęcherzykach błonowych, które pasują do błony komórkowej. Obie błony łączą się, a zawartość znajduje się na zewnątrz komórki.

Błona cytoplazmatyczna pełni funkcję receptora. Aby to zrobić, na jego zewnętrznej stronie znajdują się struktury, które potrafią rozpoznać bodziec chemiczny lub fizyczny. Niektóre białka wnikające do plazmalemmy są połączone z zewnątrz z łańcuchami polisacharydowymi (tworząc glikoproteiny). Są to osobliwe receptory molekularne, które wychwytują hormony. Kiedy dany hormon wiąże się ze swoim receptorem, zmienia swoją strukturę. To z kolei uruchamia mechanizm odpowiedzi komórkowej. Jednocześnie kanały mogą się otwierać, a niektóre substancje mogą zacząć wnikać do komórki lub być z niej usuwane.

Funkcja receptora błon komórkowych została dobrze zbadana na podstawie działania hormonu insuliny. Kiedy insulina wiąże się ze swoim receptorem glikoproteinowym, aktywuje się katalityczna wewnątrzkomórkowa część tego białka (enzym cyklaza adenylanowa). Enzym syntetyzuje cykliczny AMP z ATP. Już aktywuje lub hamuje różne enzymy metabolizmu komórkowego.

Funkcja receptora błony cytoplazmatycznej obejmuje również rozpoznawanie sąsiednich komórek tego samego typu. Takie komórki są połączone ze sobą różnymi kontaktami międzykomórkowymi.

W tkankach, za pomocą kontaktów międzykomórkowych, komórki mogą wymieniać między sobą informacje za pomocą specjalnie zsyntetyzowanych substancji o niskiej masie cząsteczkowej. Jednym z przykładów takiej interakcji jest hamowanie kontaktu, gdy komórki przestają rosnąć po otrzymaniu informacji, że wolna przestrzeń jest zajęta.

Kontakty międzykomórkowe są proste (błony różnych komórek sąsiadują ze sobą), blokowanie (wnikanie błony jednej komórki w drugą), desmosomy (gdy błony są połączone wiązkami włókien poprzecznych wnikających do cytoplazmy). Ponadto istnieje wariant kontaktów międzykomórkowych dzięki mediatorom (pośrednikom) - synapsom. W nich sygnał jest przesyłany nie tylko chemicznie, ale także elektrycznie. Synapsy przekazują sygnały między komórkami nerwowymi, a także z nerwu do mięśnia.