Читать книгу Fizjologia człowieka w zarysie - Группа авторов - Страница 7

Struktura dwuwarstwy lipidowej jest podstawą budowy błon komórki (ryc. 1.2). Każda komórka jest otoczona błoną, która oddziela wnętrze komórki od środowiska pozakomórkowego. Komórki posiadają również system błon znajdujących się w ich wnętrzu. Oddzielają one poszczególne kompartmenty komórki oraz otaczają niektóre organelle.

Lipidy błonowe łączą w pojedynczej cząsteczce dwie bardzo różne właściwości: mają hydrofilową głowę oraz jeden lub dwa hydrofobowe ogony węglowodorowe.

Wśród lipidów błonowych można wyróżnić przede wszystkim fosfolipidy, glikolipidy i cholesterol. Istotną rolę w strukturze błon komórkowych odgrywają również białka.

Rycina 1.1. Komórka zwierzęca

(autorzy ryciny: M. Maksimiuk, A. Sobiborowicz).

Najliczniej występującymi lipidami błonowymi są fosfolipidy, w których hydrofilowa grupa głowy jest powiązana z resztą cząsteczki przez grupę fosforanową. Fosfolipidem najczęściej występującym w większości błon komórki jest fosfatydylocholina (lecytyna), w której hydrofilową głową jest mała cząsteczka choliny złączona z fosforanem, a ogonami hydrofobowymi są dwa długie łańcuchy węglowodorowe. Cząsteczki o właściwościach zarówno hydrofilowych, jak i hydrofobowych określa się mianem amfipatycznych. Cząsteczki hydrofilowe rozpuszczają się łatwo w wodzie, gdyż zawierają naładowane atomy lub grupy polarne, mogące tworzyć wiązania elektrostatyczne lub wiązania wodorowe z cząsteczkami wody, które także są cząsteczkami polarnymi. Cząsteczki hydrofobowe są nierozpuszczalne w wodzie, gdyż ich wszystkie lub prawie wszystkie atomy są nienaładowane i niepolarne, co skutkuje niemożnością tworzenia wiązań z polarnymi cząsteczkami wody. W komórkach eukariotycznych synteza prawie wszystkich nowych błon zachodzi w jednym przedziale wewnątrzkomórkowym – w siateczce śródplazmatycznej (retikulum endoplazmatyczne, ER – endoplasmic reticulum). Powstająca tam nowa błona jest eksportowana do innych błon komórki przez cykliczne odrywanie się pęcherzyków i ich fuzję z istniejącymi już błonami (fragmenty błony są odrywane z ER w postaci małych pęcherzyków, które zostają następnie wbudowane w inne błony w procesie zwanym fuzją). Podczas takiego transportu pęcherzykowego zachowana jest charakterystyczna orientacja dwuwarstwy lipidowej w stosunku do cytozolu, ponieważ wszystkie błony w komórce mają dwie różniące się powierzchnie:

– wewnętrzną (cytozolową), która jest eksponowana do cytozolu;

– zewnętrzną (niecytozolową), która jest eksponowana do otoczenia komórki lub do wewnętrznej przestrzeni organelli.

Rycina 1.2. Błona komórkowa

(autorzy ryciny: M Maksimiuk, A. Sobiborowicz).

Glikolipidy występują głównie w zewnętrznej warstwie błony komórkowej. Ich grupy cukrowe są eksponowane na zewnątrz komórki. Glikolipidy uzyskują swoje grupy cukrowe podczas obróbki w aparacie Golgiego.

Cholesterol znajdujący się w błonach komórkowych zwiększa ich sztywność, a zarazem plastyczność.

Białka błonowe stanowią około 50% masy większości błon. Poza transportowaniem określonych substancji odżywczych, metabolitów i jonów przez dwuwarstwę lipidową białka pełnią w błonach również inne funkcje. Niektóre z nich łączą błonę z makrocząsteczkami po jednej lub drugiej stronie błony, inne działają jako receptory wykrywające w otoczeniu komórki sygnały chemiczne i przekazują niesioną przez nie informację do jej wnętrza. Niektóre białka działają jako enzymy katalizujące specyficzne reakcje.

Wyróżnia się cztery podstawowe klasy białek błonowych:

– białka transportujące, np. pompa sodowo-potasowa, która aktywnie wypompowuje z komórki jony Na⁺ i wprowadza do niej jony K⁺;

– białka wiążące, np. integryny, które wiążą wewnątrzkomórkowe filamenty aktyny z białkami substancji zewnątrzkomórkowej;

– białka receptorowe, np. receptor płytkopochodnego czynnika wzrostu (PDGF), który wiąże znajdujący się w środowisku zewnętrznym komórki PDGF i wytwarza wewnątrzkomórkowe sygnały powodujące jej wzrost i podziały;

– białka enzymatyczne, np. cyklaza adenylanowa, która katalizuje wytwarzanie wewnątrzkomórkowego cyklicznego AMP (cAMP) w odpowiedzi na sygnały zewnątrzkomórkowe.

Podobnie jak w przypadku wielu lipidów wchodzących w skład zewnętrznej warstwy błony komórkowej, do których są przyłączone kowalencyjnie cukry, również do większości białek błonowych przyłączają się krótkie łańcuchy cukrowe (oligosacharydy), w efekcie czego powstają glikoproteiny. Białka, do których jest przyłączony co najmniej jeden długi łańcuch polisacharydowy, to proteoglikany. Wszystkie cukrowce wchodzące w skład glikoprotein, proteoglikanów i glikolipidów są umiejscowione tylko po jednej, zewnętrznej stronie błony i tworzą na powierzchni komórki strukturę zwaną glikokaliksem, która chroni tę powierzchnię przed uszkodzeniem mechanicznym i chemicznym, a także umożliwia wzajemne rozpoznawanie się komórek i ich przyleganie.