Charakterystyka, funkcje i struktura błony plazmatycznej

The błona plazmatyczna, błona komórkowa, plazmalemma lub błona cytoplazmatyczna, jest strukturą natury lipidowej, która otacza i ogranicza komórki, będąc niezbędnym składnikiem jej architektury. Biomembrany mają właściwość zamknięcia pewnej struktury na zewnątrz. Jego główną funkcją jest bariera.

Ponadto kontroluje tranzyt cząstek, które mogą wejść i wyjść. Białka błonowe działają jako „drzwi molekularne” z dość wymagającymi strażnikami. Skład membrany odgrywa również rolę w rozpoznawaniu komórek.

Strukturalnie są to dwuwarstwy utworzone przez naturalnie występujące fosfolipidy, białka i węglowodany. Analogicznie fosfolipid reprezentuje fosfor z głową i ogonem. Ogon składa się z łańcuchów węglowych nierozpuszczalnych w wodzie, są one zgrupowane do wewnątrz.

Natomiast głowy są polarne i dają środowisko wodnistych komórek. Membrany są niezwykle stabilnymi strukturami. Siły, które je utrzymują, to siły van der Waalsa, wśród tworzących je fosfolipidów; to pozwala im mocno otaczać krawędź komórek.

Są jednak również dość dynamiczne i płynne. Właściwości membran różnią się w zależności od analizowanego typu komórek. Na przykład czerwone krwinki muszą być elastyczne, aby poruszać się przez naczynia krwionośne. 

W przeciwieństwie do tego, w neuronach błona (otoczka mielinowa) ma strukturę niezbędną do skutecznego umożliwienia przewodzenia impulsów nerwowych.

Indeks

• 1 Ogólna charakterystyka
  • 1.1 Płynność membrany
  • 1.2 Krzywizna
  • 1.3 Dystrybucja lipidów
• 2 Funkcje
• 3 Struktura i skład
  • 3.1 Model mozaiki płynnej
  • 3.2 Rodzaje lipidów
  • 3.3 Tratwy lipidowe
  • 3.4 Białka błonowe
• 4 odniesienia

Ogólna charakterystyka

Membrany są dość dynamicznymi strukturami, które różnią się znacznie w zależności od rodzaju komórek i składu ich lipidów. Membrany są modyfikowane zgodnie z tymi właściwościami w następujący sposób:

Płynność membrany

Membrana nie jest statyczną jednostką, zachowuje się jak płyn. Stopień płynności struktury zależy od kilku czynników, w tym składu lipidów i temperatury, w której membrany są eksponowane.

Gdy wszystkie wiązania istniejące w łańcuchach węglowych są nasycone, membrana ma tendencję do zachowywania się jak żel, a oddziaływania van der Waalsa są stabilne. I odwrotnie, gdy występują podwójne wiązania, oddziaływania są mniejsze i płynność wzrasta

Ponadto istnieje wpływ długości łańcucha węglowego. Im dłużej jest, tym więcej interakcji zachodzi z sąsiadami, zwiększając płynność. Wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się również płynność membrany.

Cholesterol ma nieodzowną rolę w regulacji płynności i zależy od stężenia cholesterolu. Gdy ogony są długie, cholesterol działa jak immobilizer, zmniejszając płynność. Zjawisko to występuje na normalnym poziomie cholesterolu.

Efekt zmienia się, gdy stężenie cholesterolu jest niższe. Podczas interakcji z ogonami lipidów efektem jest oddzielenie ich, co zmniejsza płynność.

Krzywizna

Podobnie jak płynność, krzywizna błony jest określana przez lipidy, które tworzą każdą membranę w szczególności.

Krzywizna zależy od wielkości głowy lipidu i ogona. Te z długimi ogonami i dużymi głowami są płaskie; osoby o stosunkowo mniejszych głowach mają tendencję do zakrzywiania się znacznie bardziej niż poprzednia grupa.

Ta właściwość jest ważna między innymi w zjawiskach wywoływania błony, tworzenia pęcherzyków, mikrokosmków.

Dystrybucja lipidów

Dwa „arkusze” tworzące każdą membranę - pamiętamy, że jest to warstwa dwuwarstwowa - nie mają takiego samego składu lipidów w sobie; dlatego mówi się, że rozkład jest asymetryczny. Ten fakt ma ważne konsekwencje funkcjonalne.

Specyficznym przykładem jest skład błony komórkowej erytrocytów. W tych komórkach krwi sfingomielina i fosfatydylocholina (które tworzą błony o większej względnej płynności) znajdują się po stronie zewnętrznej komórki.

Lipidy, które mają tendencję do tworzenia większej ilości struktur płynnych, są zwrócone w stronę cytozolu. Po tym wzorze nie występuje cholesterol, który jest rozprowadzany mniej więcej jednorodnie w obu warstwach.

Funkcje

Funkcja membrany każdego typu komórek jest ściśle związana z jej strukturą. Pełnią jednak podstawowe funkcje.

Biomembrany są odpowiedzialne za ograniczanie środowiska komórkowego. Podobnie w komórce znajdują się przedziały błoniaste.

Na przykład mitochondria i chloroplasty są otoczone błonami i struktury te biorą udział w reakcjach biochemicznych zachodzących w tych organellach.

Membrany regulują przepływ materiałów do komórki. Dzięki tej barierze niezbędne materiały mogą wejść, zarówno pasywnie, jak i aktywnie (z potrzebą ATP). Również niepożądane lub toksyczne materiały nie wchodzą.

Membrany utrzymują skład jonowy komórki na odpowiednich poziomach, poprzez procesy osmozy i dyfuzji. Woda może swobodnie przemieszczać się w zależności od gradientu stężenia. Sole i metabolity mają specyficzne transportery, a także regulują pH komórkowe.

Dzięki obecności białek i kanałów na powierzchni membrany, sąsiednie komórki mogą oddziaływać i wymieniać materiały. W ten sposób komórki łączą się i powstają tkanki.

Wreszcie membrany zawierają znaczną liczbę białek sygnałowych i umożliwiają między innymi interakcje z hormonami, neuroprzekaźnikami..

Struktura i skład

Podstawowym składnikiem błon są fosfolipidy. Cząsteczki te są amfipatyczne, mają strefę polarną i niepolarną. Biegun pozwala im oddziaływać z wodą, podczas gdy ogon jest hydrofobowym łańcuchem węglowym.

Skojarzenie tych cząsteczek następuje spontanicznie w dwuwarstwie, z hydrofobowymi ogonami oddziałującymi ze sobą i głowami skierowanymi na zewnątrz.

W małej komórce zwierzęcej znajdujemy niesamowicie dużą liczbę lipidów, rzędu 10⁹ cząsteczki Membrany mają grubość około 7 nm. Hydrofobowy rdzeń wewnętrzny na prawie wszystkich membranach ma grubość od 3 do 4 nm.

Model mozaiki płynnej

Model, który jest obecnie obsługiwany przez biomembrany, jest znany jako „płynna mozaika”, sformułowany w latach 70. przez naukowców Singera i Nicolsona. Model proponuje, aby membrany tworzyły nie tylko lipidy, ale także węglowodany i białka. Termin mozaika odnosi się do wspomnianej mieszaniny.

Powierzchnia membrany, która jest skierowana na zewnątrz komórki, nazywana jest twarzą egzoplazmatyczną. Natomiast strona wewnętrzna to cytozol.

Ta sama nomenklatura dotyczy biomembran tworzących organelle, z tym wyjątkiem, że w tym przypadku egzoplazmatyczna twarz wskazuje na wnętrze komórki, a nie na zewnątrz.

Lipidy, które tworzą błony, nie są statyczne. Mają one zdolność poruszania się, z pewnym stopniem swobody w określonych regionach, poprzez strukturę.

Błony składają się z trzech podstawowych typów lipidów: fosfoglicerydów, sfingolipidów i steroidów; wszystkie są cząsteczkami amfipatycznymi. Następnie opiszemy szczegółowo każdą grupę:

Rodzaje lipidów

Pierwsza grupa, złożona z fosfoglicerydów, pochodzi z 3-fosforanu glicerolu. Ogon o hydrofobowym charakterze składa się z dwóch łańcuchów kwasów tłuszczowych. Długość łańcuchów jest zmienna: mogą mieć od 16 do 18 węgli. Mogą mieć pojedyncze lub podwójne wiązania między węglami.

Podklasyfikacja tej grupy jest podana przez typ głowy, którą prezentują. Fosfatydylocholiny są najliczniejsze, a głowa zawiera cholinę. W innych typach różne cząsteczki, takie jak etanoloamina lub seryna, oddziałują z grupą fosforanową.

Inną grupą fosfoglicerydów są plazmalogeny. Łańcuch lipidowy jest połączony z glicerolem przez wiązanie estrowe; z kolei łańcuch węglowy jest związany z glicerolem za pomocą wiązania eterowego. Są dość obfite w sercu i mózgu.

Sfingolipidy pochodzą z sfingozyny. Sfingomielina jest obfitym sfingolipidem. Glikolipidy składają się z głów utworzonych z cukrów.

Trzecią i ostatnią klasą lipidów tworzących błony są steroidy. Są to pierścienie złożone z węgli, połączone w grupy po cztery. Cholesterol jest sterydem obecnym w błonach, a szczególnie obfitym u ssaków i bakterii.

Tratwy lipidowe

Istnieją specyficzne strefy błon organizmów eukariotycznych, w których skoncentrowany jest cholesterol i sfingolipidy. Te domeny są również znane jako tratwy lipid.

W obrębie tych regionów znajdują się także różne białka, których funkcje to sygnalizacja komórkowa. Uważa się, że składniki lipidowe modulują składniki białkowe w tratwach.

Białka błonowe

W błonie komórkowej zakotwiczone są serie białek. Mogą być one integralne, zakotwiczone w lipidach lub umieszczone na obrzeżach.

Całki przechodzą przez membranę. Dlatego muszą posiadać hydrofilowe i hydrofobowe domeny białkowe, aby móc oddziaływać ze wszystkimi składnikami.

W białkach zakotwiczonych w lipidach łańcuch węglowy jest zakotwiczony w jednej z warstw membrany. Białko tak naprawdę nie wchodzi do błony.

Wreszcie, obwodowe nie oddziałują bezpośrednio z hydrofobową strefą membrany. Przeciwnie, można je łączyć za pomocą integralnego białka lub głowic polarnych. Mogą być umieszczone po obu stronach membrany.

Odsetek białek w każdej błonie jest bardzo zróżnicowany: od 20% w neuronach do 70% w błonie mitochondrialnej, ponieważ potrzebuje dużej ilości pierwiastków białkowych do przeprowadzenia zachodzących tam reakcji metabolicznych.

Referencje

1. Kraft, M. L. (2013). Organizacja i funkcja błony plazmatycznej: przemierzanie tratw lipidowych. Biologia molekularna komórki, 24(18), 2765-2768.
2. Lodish, H. (2002). Molekularna biologia komórki. 4. edycja. Garland Science
3. Lodish, H. (2005). Biologia komórkowa i molekularna. Ed. Panamericana Medical.
4. Lombard, J. (2014). Dawno, dawno temu, błony komórkowe: 175 lat badań nad granicami komórek. Biologia bezpośrednio, 9(1), 32.
5. Thibodeau, G.A., Patton, K.T. i Howard, K. (1998). Struktura i funkcja. Elsevier Hiszpania.