Struktura błony komórkowej

Tylko bardzo cienka, elastyczna bariera oddziela zawartość komórki od jej otoczenia. Funkcja błony komórkowej selektywnie umożliwia wymianę i przechodzenie niektórych cząsteczek, jednocześnie utrzymując niepożądane substancje na zewnątrz. Części błony komórkowej umożliwiają również komórce komunikowanie się z innymi komórkami i otaczającym ją środowiskiem. Zarówno rośliny, jak i zwierzęta posiadają błony komórkowe, ale ich struktura i organizacja błon komórkowych jest różna, ponieważ Rośliny, drożdże i bakterie mają sztywną ścianę komórkową na zewnątrz membrany, która zapewnia dodatkowe wsparcie i strukturę. Unikalne funkcje błony komórkowej decydują o jej strukturze i właściwościach.

Błonę komórkową tworzy dwuwarstwowa struktura specjalnych cząsteczek lipidowych, zwanych fosfolipidami. Każdy fosfolipid ma dwa łańcuchy kwasów tłuszczowych przyłączone do głowy fosforanowo-glicerolowej. Kwasy tłuszczowe są hydrofobowe (nienawidzą wody), podczas gdy główka fosforanowa jest hydrofilowa (lubi wodę). Dwie warstwy fosfolipidów ustawiają się tak, że kwasy tłuszczowe znajdują się wewnątrz warstw lub listków. Według „Carnegie-Mellon: Struktura i funkcja błony komórkowej”, gdy pojawia się błona dwuwarstwowa w kontakcie z wodą cząsteczki fosfolipidów przegrupowują się, aby utrzymać ogony kwasów tłuszczowych z dala od woda.

W błonie komórkowej rozproszone są dwa rodzaje białek: białka integralne i białka obwodowe. Białka integralne, zbudowane z długich łańcuchów aminokwasów, przechodzą przez całą błonę. Niektóre części białka oddziałują ze środowiskiem zewnętrznym, a inne z wnętrzem komórki. Dlatego białka integralne są również nazywane białkami transbłonowymi. Białka integralne pełnią dwie główne funkcje. Działają jak pory, które przepuszczają pewne „jony lub składniki odżywcze do komórki” i „przekazują sygnały do ​​iz komórki”, jak twierdzi James Burnette III w artykule Carnegie-Mellon.

Natomiast białka obwodowe przyczepiają się tylko do powierzchni błony i służą jako kotwice dla cytoszkieletu lub włókien zewnątrzkomórkowych.

Płaszcz węglowodanowy znany jako glikokaliks pokrywa powierzchnię komórki. Glikokaliks składa się z krótkich oligosacharydów przyłączonych do pewnych typów białek transbłonowych. Według „Komórka: struktura błony osocza” glikokaliks zapewnia tożsamość komórki. Zasadniczo zapewnia zestaw markerów, które mogą odróżnić identyczne komórki od komórek obcych lub atakujących. Glikokaliks służy również do ochrony powierzchni komórki.

Cholesterole to kolejny rodzaj lipidów znajdujących się na błonie komórkowej. Rozproszone we wnętrzu kwasów tłuszczowych, cholesterole zapobiegają zbyt ciasnemu upakowaniu ogonów i pomagają utrzymać płyn błonowy.

Po raz pierwszy zaproponowany przez Singera i Nicolsona („Science”, 18 lutego 1972) jako model płynnej mozaiki, błona komórkowa ma dwie zasadnicze cechy, które pozwalają jej pełnić swoje funkcje. Po pierwsze, błona komórkowa jest mozaikową strukturą różnych cząsteczek. Każdy typ komórki w organizmach wielokomórkowych i jednokomórkowych będzie miał unikalną kolekcję i kombinację białek, węglowodanów i lipidów. Jako przykład Burnette z Carnegie-Mellon wspomina, że ​​błona czerwonych krwinek zawiera ponad 50 rodzajów białek.

Drugą właściwością błony komórkowej jest jej płynność. Według Burnette'a fosfolipidy poruszają się swobodnie i przestawiają się w każdej warstwie membrany, ale rzadko przechodzą przez obszar hydrofobowy i przenoszą się do przeciwległej warstwy. Hydrofilowe główki są zawsze na zewnętrznym obwodzie, a hydrofobowe ogony pozostają w rdzeniu dwuwarstwy.

Płynna właściwość membrany skutkuje asymetrycznymi dwuwarstwami. Burnette opisuje, że w odpowiedzi na zmieniające się środowisko lub różne temperatury wewnątrz i na zewnątrz ogniwa może być ich więcej białka lub cząsteczki węglowodanów na każdej warstwie w dowolnym momencie, co pozwala na selektywne przechodzenie cząsteczek i jonów przez membrana.

Ilustrację właściwości płynnej mozaiki błony komórkowej przedstawiono w „Carnegie-Mellon: Struktura i funkcja błony komórkowej”.