W 1972 roku wysunięto teorię, że częściowo przepuszczalna błona otacza komórkę i wykonuje szereg ważnych zadań, a struktura i funkcja błon komórkowych są istotnymi kwestiami dotyczącymi prawidłowego funkcjonowania wszystkich komórek w ciele. Teoria komórek stała się powszechna w XVII wieku wraz z wynalezieniem mikroskopu. Okazało się, że tkanki roślinne i zwierzęce składają się z komórek, ale ze względu na niską rozdzielczość urządzenia nie można było dostrzec żadnych barier wokół komórki zwierzęcej. W XX wieku dokładniej zbadano charakter chemiczny błony, stwierdzono, że jej podstawą są lipidy.
Struktura i funkcja błon komórkowych
Błona komórkowa otacza cytoplazmę żywych komórek, fizycznie oddzielając składniki wewnątrzkomórkowe od środowiska zewnętrznego. Grzyby, bakterie i rośliny również mają ściany komórkowe, które zapewniają ochronę i zapobiegają przechodzeniu dużych cząsteczek. Błony komórkowe również odgrywają rolę w:tworzenie cytoszkieletu i przyłączanie się do macierzy pozakomórkowej innych ważnych cząstek. Jest to konieczne, aby utrzymać je razem, tworząc tkanki i narządy ciała. Cechy strukturalne błony komórkowej obejmują przepuszczalność. Główną funkcją jest ochrona. Błona składa się z warstwy fosfolipidowej z osadzonymi białkami. Ta część bierze udział w procesach, takich jak adhezja komórek, przewodnictwo jonowe i systemy sygnalizacyjne, i służy jako powierzchnia przyłączenia dla kilku struktur zewnątrzkomórkowych, w tym ściany, glikokaliksu i cytoszkieletu wewnętrznego. Membrana utrzymuje również potencjał komórki, działając jako filtr selektywny. Jest selektywnie przepuszczalny dla jonów i cząsteczek organicznych oraz kontroluje ruch cząstek.
Mechanizmy biologiczne angażujące błonę komórkową
1. Dyfuzja pasywna: Niektóre substancje (małe cząsteczki, jony), takie jak dwutlenek węgla (CO2) i tlen (O2), mogą dyfundować przez błonę plazmatyczną. Powłoka działa jak bariera dla pewnych cząsteczek i jonów, które mogą być skoncentrowane po obu stronach.
2. Kanał transbłonowy i białko transportowe: składniki odżywcze, takie jak glukoza lub aminokwasy, muszą dostać się do komórki, a niektóre produkty przemiany materii muszą opuścić.
3. Endocytoza to proces wchłaniania cząsteczek. W błonie komórkowej dochodzi do niewielkiego odkształcenia (wgłobienia), w którym następuje połykanie transportowanej substancji. To wymagaenergii, a tym samym jest formą aktywnego transportu.
4. Egzocytoza: występuje w różnych komórkach w celu usunięcia niestrawionych pozostałości substancji wniesionych przez endocytozę w celu wydzielania substancji, takich jak hormony i enzymy oraz całkowitego transportu substancji przez barierę komórkową.
Struktura molekularna
Błona komórkowa to biologiczna błona, składająca się głównie z fosfolipidów i oddzielająca zawartość całej komórki od środowiska zewnętrznego. Proces powstawania przebiega samoistnie w normalnych warunkach. Aby zrozumieć ten proces i poprawnie opisać budowę i funkcje błon komórkowych, a także właściwości, konieczna jest ocena natury struktur fosfolipidowych, które charakteryzują się polaryzacją strukturalną. Kiedy fosfolipidy w wodnym środowisku cytoplazmy osiągną krytyczne stężenie, łączą się w micele, które są bardziej stabilne w środowisku wodnym.
Właściwości membrany
- Stabilność. Oznacza to, że po utworzeniu membrany jest mało prawdopodobne, aby się zapadła.
- Siła. Błona lipidowa jest wystarczająco niezawodna, aby zapobiegać przechodzeniu substancji polarnej; zarówno rozpuszczone substancje (jony, glukoza, aminokwasy), jak i znacznie większe cząsteczki (białka) nie mogą przejść przez utworzoną granicę.
- Dynamiczny charakter. Jest to chyba najważniejsza właściwość przy rozważaniu budowy komórki. Błona komórkowa możepodlegać różnym odkształceniom, można je składać i wyginać bez zapadania się. W szczególnych okolicznościach, takich jak połączenie pęcherzyków lub pączkowanie, może zostać przerwane, ale tylko tymczasowo. W temperaturze pokojowej jego składniki lipidowe są w ciągłym, chaotycznym ruchu, tworząc stabilną granicę płynów.
Model płynnej mozaiki
Mówiąc o strukturze i funkcjach błon komórkowych, należy zauważyć, że we współczesnym ujęciu błona jako model płynnej mozaiki była rozważana w 1972 roku przez naukowców Singera i Nicholsona. Ich teoria odzwierciedla trzy główne cechy struktury membrany. Integralne białka błonowe zapewniają mozaikowy szablon dla błony i są zdolne do ruchu poprzecznego w płaszczyźnie ze względu na zmienną naturę organizacji lipidów. Białka transbłonowe są również potencjalnie mobilne. Ważną cechą budowy membrany jest jej asymetria. Jaka jest struktura komórki? Błona komórkowa, jądro komórkowe, białka i tak dalej. Komórka jest podstawową jednostką życia, a wszystkie organizmy składają się z jednej lub więcej komórek, z których każda posiada naturalną barierę oddzielającą ją od otoczenia. Ta zewnętrzna granica komórki jest również nazywana błoną plazmatyczną. Składa się z czterech różnych typów cząsteczek: fosfolipidów, cholesterolu, białek i węglowodanów. Model płynnej mozaiki opisuje strukturę błony komórkowej w następujący sposób: elastyczna i elastyczna, zbliżona konsystencją do oleju roślinnego, dzięki czemu wszystkoposzczególne cząsteczki po prostu unoszą się w ciekłym ośrodku i wszystkie są zdolne do poruszania się na boki w tej otoczce. Mozaika to coś, co zawiera wiele różnych detali. W błonie komórkowej jest reprezentowany przez fosfolipidy, cząsteczki cholesterolu, białka i węglowodany.
Fosfolipidy
Fosfolipidy tworzą podstawową strukturę błony komórkowej. Te cząsteczki mają dwa różne końce: głowę i ogon. Głowica zawiera grupę fosforanową i jest hydrofilowa. Oznacza to, że przyciągają go cząsteczki wody. Ogon składa się z atomów wodoru i węgla zwanych łańcuchami kwasów tłuszczowych. Łańcuchy te są hydrofobowe, nie lubią mieszać się z cząsteczkami wody. Ten proces jest podobny do tego, co dzieje się, gdy olej roślinny wlewa się do wody, to znaczy nie rozpuszcza się w niej. Strukturalne cechy błony komórkowej związane są z tzw. dwuwarstwą lipidową, na którą składają się fosfolipidy. Hydrofilowe główki fosforanowe znajdują się zawsze tam, gdzie znajduje się woda w postaci płynu wewnątrzkomórkowego i pozakomórkowego. Hydrofobowe ogony fosfolipidów w błonie są ułożone w taki sposób, że trzymają je z dala od wody.
Cholesterol, białka i węglowodany
Kiedy ludzie słyszą słowo „cholesterol”, zwykle myślą, że jest ono złe. Jednak cholesterol jest w rzeczywistości bardzo ważnym składnikiem błon komórkowych. Jego cząsteczki składają się z czterech pierścieni składających się z atomów wodoru i węgla. Są hydrofobowe i występują wśród hydrofobowych ogonów w podwójnej warstwie lipidowej. Ich znaczenie polega na:utrzymując konsystencję, wzmacniają membrany, zapobiegając krzyżowaniu. Cząsteczki cholesterolu zapobiegają również kontaktowi i twardnieniu ogonków fosfolipidowych. Gwarantuje to płynność i elastyczność. Białka błonowe działają jak enzymy przyspieszające reakcje chemiczne, działają jako receptory dla określonych cząsteczek lub transportują substancje przez błonę komórkową.
Węglowodany lub sacharydy znajdują się tylko na zewnątrzkomórkowej stronie błony komórkowej. Razem tworzą glikokaliks. Zapewnia amortyzację i ochronę błony plazmatycznej. Na podstawie struktury i rodzaju węglowodanów w glikokaliksie organizm może rozpoznać komórki i określić, czy powinny tam być, czy nie.
Białka błonowe
Struktury błony komórkowej komórki zwierzęcej nie można sobie wyobrazić bez tak znaczącego składnika, jakim jest białko. Mimo to mogą być znacznie gorsze od innego ważnego składnika - lipidów. Istnieją trzy główne białka błonowe.
- Integralna. Całkowicie pokrywają środowisko dwuwarstwowe, cytoplazmatyczne i zewnątrzkomórkowe. Pełnią funkcję transportową i sygnalizacyjną.
- Peryferyjne. Białka są przyłączone do błony za pomocą wiązań elektrostatycznych lub wodorowych na ich powierzchniach cytoplazmatycznych lub pozakomórkowych. Są zaangażowane przede wszystkim jako środek przyłączania białek integralnych.
- Transmembranowy. Pełnią funkcje enzymatyczne i sygnalizacyjne, a także modulują podstawową strukturę dwuwarstwy lipidowej błony.
Funkcje błon biologicznych
Efekt hydrofobowy, który reguluje zachowanie węglowodorów w wodzie, kontroluje struktury tworzone przez lipidy błonowe i białka błonowe. Wiele właściwości błon jest nadawanych przez nośniki dwuwarstw lipidowych, które tworzą podstawową strukturę wszystkich błon biologicznych. Integralne białka błonowe są częściowo ukryte w dwuwarstwie lipidowej. Białka transbłonowe mają wyspecjalizowaną organizację aminokwasów w swojej sekwencji pierwszorzędowej.
Białka błony peryferyjnej są bardzo podobne do białek rozpuszczalnych, ale są również związane z błoną. Wyspecjalizowane błony komórkowe pełnią wyspecjalizowane funkcje komórkowe. Jak budowa i funkcje błon komórkowych wpływają na organizm? Funkcjonalność całego organizmu zależy od ułożenia błon biologicznych. Z organelli wewnątrzkomórkowych, zewnątrzkomórkowych i międzykomórkowych oddziaływań błon powstają struktury niezbędne do organizacji i wykonywania funkcji biologicznych. Wiele cech strukturalnych i funkcjonalnych jest wspólnych dla bakterii, komórek eukariotycznych i wirusów otoczkowych. Wszystkie błony biologiczne zbudowane są na podwójnej warstwie lipidowej, która warunkuje występowanie szeregu wspólnych cech. Białka błonowe pełnią wiele specyficznych funkcji.
- Kontrolowanie. Błony plazmatyczne komórek wyznaczają granice interakcji komórki ze środowiskiem.
- Transport. Błony wewnątrzkomórkowe komórek są podzielone na kilka bloków funkcjonalnych o różnychskład wewnętrzny, z których każdy jest wspierany przez niezbędną funkcję transportu w połączeniu z przepuszczalnością kontrolną.
- Transdukcja sygnału. Fuzja błon zapewnia mechanizm wewnątrzkomórkowego powiadomienia pęcherzykowego i zapobiega swobodnemu wnikaniu różnych rodzajów wirusów do komórki.
Znaczenie i wnioski
Struktura zewnętrznej błony komórkowej wpływa na całe ciało. Odgrywa ważną rolę w ochronie integralności, umożliwiając penetrację tylko wybranym substancjom. Stanowi również dobrą bazę do zakotwiczenia cytoszkieletu i ściany komórkowej, co pomaga w utrzymaniu kształtu komórki. Lipidy stanowią około 50% masy błony większości komórek, chociaż różni się to w zależności od rodzaju błony. Struktura zewnętrznej błony komórkowej ssaków jest bardziej złożona, zawiera cztery główne fosfolipidy. Ważną właściwością dwuwarstw lipidowych jest to, że zachowują się jak dwuwymiarowy płyn, w którym poszczególne cząsteczki mogą swobodnie obracać się i poruszać na boki. Taka płynność jest ważną właściwością błon, którą określa się w zależności od temperatury i składu lipidów. Ze względu na strukturę pierścieni węglowodorowych, cholesterol odgrywa rolę w określaniu płynności błon. Selektywna przepuszczalność błon biologicznych dla małych cząsteczek pozwala komórce kontrolować i utrzymywać jej wewnętrzną strukturę.
Biorąc pod uwagę strukturę komórki (błona komórkowa, jądro komórkowe itd.), możemy stwierdzić, żeże ciało jest samoregulującym się systemem, który nie może zaszkodzić sobie bez pomocy z zewnątrz i zawsze będzie szukał sposobów na przywrócenie, ochronę i prawidłowe funkcjonowanie każdej komórki.
