Celem Błona komórkowa jest oddzielenie zawartości komórki od środowiska zewnętrznego. Ponieważ życie wyewoluowało w wodnym (czyli wodnym) środowisku, komórki istnieją i zawierają wodę. A ponieważ woda i tłuszcz/olej nie mieszają się dobrze, na tej podstawie powstały membrany.
W tym poście przyjrzymy się dokładnie, czym jest trójwarstwowa błona komórkowa, dlaczego powstaje model trójwarstwowy i co struktura błony komórkowej robi dla komórek.
Cząsteczki hydrofobowe/niepolarne vs. Cząsteczki hydrofilowe/polarne
Duże molekuły składające się prawie wyłącznie z atomów węgla i wodoru nazywane są niepolarnymi lub hydrofobowymi molekułami „bojącymi się wody”. Składające się z tłuszczów, olejów, wosków i innych lipidów, po umieszczeniu w wodzie, mają tendencję do gromadzenia się razem, tworząc oleiste kropelki.
Cząsteczki zawierające grupy chemiczne z atomami tlenu, azotu i fosforu mają wiele rozdzielonych ładunków dodatnich i ujemnych, co oznacza, że są polarne. Będąc polarnymi, dobrze mieszają się z wodą, która również jest polarna, dlatego nazywa się je hydrofilnymi, czyli „wodolubnymi”.
Fosfolipidy: typ cząsteczki amfifilowej
Termin amfifilowa odnosi się do cząsteczki, która ma zarówno właściwości hydrofobowe, jak i hydrofilowe. Klasycznym przykładem takiej cząsteczki jest fosfolipid. Szkieletem fosfolipidu jest glicerol, zawierający trzy atomy węgla, z którymi inne cząsteczki mogą być połączone za pomocą grup alkoholowych (wiązanie estrowe, w terminologii chemicznej).
Kiedy łańcuch składający się głównie z atomów węgla i wodoru, zwany kwasem tłuszczowym, jest połączony z jedną lub więcej z trzech pozycji glicerolu, cząsteczka nazywana jest glicerydem. Jeśli są trzy takie kwasy tłuszczowe, to jest to trójgliceryd, który jest niezwykle hydrofobowy. Kiedy istnieją dwa takie kwasy tłuszczowe, nazywa się to diglicerydem. Jeśli jednak trzecia pozycja jest następnie połączona z grupą chemiczną znaną jako fosforan, cząsteczka nazywa się fosfolipidem.
Z kolei grupa fosforanowa fosfolipidu może być przyłączona do innej jednostki chemicznej, która może być wysoce polarna. Znana jako polarna głowa cząsteczki, ta istota dobrze miesza się z wodą, podczas gdy ogon cząsteczki, złożony z dwóch kwasów tłuszczowych, jest bardzo hydrofobowy. To z powodu różnych części fosfolipidów tworzy się struktura błony komórkowej.
Rodzaje fosfolipidów
Chociaż wszystko fosfolipidy składają się z hydrofobowego ogona wykonanego z kwasów tłuszczowych i polarnej głowy, różnią się długością typu łańcuchów kwasów tłuszczowych w ogonie i składnika jednostki polarnej przyłączonej do grupy fosforanowej w głowa. Jednym z przykładów klasy fosfolipidów są fosfatydylocholiny, w których grupa chemiczna cholina jest jednostką polarną przyłączoną do fosforanu.
Synteza fosfolipidów
Synteza fosfolipidów zachodzi w cytoplazmie komórek obok jednostki błonowej zwanej retikulum endoplazmatycznym (w podziale życia zwanym eukariontami). Retikulum endoplazmatyczne pokryte jest enzymami, które łączą fosfolipidy wewnątrz pęcherzyków. Pęcherzyki te później pączkują z retikulum endoplazmatycznego i przemieszczają się do błony komórkowej, gdzie odkładają się fosfolipidy i tworzy się struktura błony komórkowej.
Tworzenie trójwarstwowej błony komórkowej
W przypadku niewielkiej ilości fosfolipidów ogonki gromadzą się z ogonkami na zewnątrz, tworząc w wodzie micelę, kulę z hydrofilową na zewnątrz w wodzie i hydrofobowym wnętrzem. Jeśli jednak zwiększa się objętość fosfolipidów, tworzą się błony. Błona komórkowa jest znana jako trójwarstwowa błona komórkowa lub model trójwarstwowy, ponieważ składa się warstwy hydrofobowych ogonów fosfolipidów umieszczonych pomiędzy dwiema warstwami hydrofilowych główek.
Często jednak nazywa się ją dwuwarstwą, ponieważ składa się z dwóch zestawów fosfolipidów. Ponieważ każdy fosfolipid składa się z hydrofobowego ogona i hydrofilowej głowy, aby uciec z wodnistego środowiska, ogony wielu fosfolipidów ustawiają się razem i skierowane są do ogonów drugiej warstwy podobnych molekuły. Tak więc jedna warstwa główek hydrofilowych staje się zewnętrzną częścią błony komórkowej, a druga warstwa główek hydrofilowych staje się wnętrzem błony komórkowej.
Model trójwarstwowy opisał tę samą formację, ale stwierdza, że „zewnętrzne” hydrofilowe grupy głowy każda jest warstwą, podczas gdy wewnętrzne hydrofobowe grupy ogonowe są warstwą, w wyniku czego trzy różne warstwy.