wykład # 7 19.01.2006
System błon wewnętrznych
Ø Błona elementarna zewnętrzna (plazmalemma)
Ø System endomembranowy (GERL)
§ Reticulum endoplazmatyczne (ER)
§ Diktiosomy
§ Pęcherzyki egzo- i endocytowe
§ Lizosomy
Ø Pęcherzyki egzocytowe biorące udział w procesie sekrecji (wydzielania) łączą się z plazmalemmą w momencie wylewania zawartości poza komórkę (powoduje to wzrost powierzchni błony).
Ø Odwrotną sytuacją jest fagocytoza (i inne formy endocytozy), która powoduje zmniejszenie powierzchni błony poprzez utworzenie pęcherzyka endocytowego.
Ø Biorąc pod uwagę oba powyższe zjawiska, można stwierdzić, że w pewnym sensie pazmalemma jest składnikiem systemu endomembranowego.
Ø Kompartymentacja – powstanie pęcherzyków z dwuwarstwy lipidowej (oddzielenie części środowiska poprzez zamknięcie go wewnątrz pęcherzyka).
Ø System błon wewnętrznych tworzy platformę dla reakcji zachodzących w komórce (tam zachodzi obróbka produkowanych substancji).
Ø Każdy fragment błony posiada specyficzne markery białkowe (dzięki temu można odróżnić stronę cytoplazmatyczną i cysternową). Wnętrze pęcherzyka (lub strona od cysterny) jest częścią środowiska zewnętrznego – przy egzocytozie ta właśnie strona kontaktuje się ze środowiskiem zewnętrznym.
Fosfolipidy
§ Ze względu na polarność cząsteczek fosfolipidów, hydrofilowe główki skierowane są do środowiska wodnego, a hydrofobowe ogonki skierowane są w stronę tłuszczową (kontakt z ciałem tłuszczowym lub innymi ogonkami fosfolipidów – tworzenie miceli i dwuwarstw).
§ Dwuwarstwy lipidowe spontanicznie zamykają się w formę pęcherzyka (liposom).
§ Ze względu na hydrofobowy charakter wnętrza błony fosfolipidowej, jest ona nieprzepuszczalną barierą dla polarnych cząsteczek; za transport tych cząsteczek odpowiadają białka tworzące:
· kanały (mogą być otwarte lub zamknięte; gdy są otwarte, następuje transport bierny; płyną tędy substancje, które nie łączą się z białkiem kanałowym)
· przenośniki / transportery (przenoszona cząsteczka łączy się z przenośnikiem – transport aktywny)
Przenikalność niektórych cząsteczek
§ Małe, niepolarne cząsteczki przechodzą łatwo (O2, CO2)
§ Małe, polarne cząsteczki, ale nie posiadające ładunku - również łatwo.
§ woda – 18D – szybko (1D = 1,66 x 10-24)
§ etanol – 46D – szybko
§ mocznik – 60D – szybko
§ glicerol – 92D – trudno
§ glukoza – 180D – nie przechodzi
Istnieją błony (np. tylakoidów oraz stabilizowane bakteriorodopsyną (u bakterii purpurowych), w których białka są stabilne (nie poruszają się); w pozostałych rodzajach błon białka mogą się poruszać.
Ruch fosfolipidów w dwuwarstwie
§ Rozprostowywanie łańcuchów (fleksja)
§ Zakręcanie łańcuchów (rotacja)
§ Wyskakiwanie główki ponad powierzchnię
§ Dyfuzja
§ Flip-Flop – zmiana pomiędzy błonami (przy pomocy białek zwanych flipazami)
Domeny błony
§ Zżelifikowane domeny – układ fosfolipidów parakrystaliczny, usztywniony i regularny; brak białek w tym obszarze.
§ Płynne domeny – domeny o dużej dynamice; dużo białek
Ø Asymetria cis-trans – niesymetryczne rozmieszczenie białek wpoprzek błony (np. białka zwiazane tylko z jednym listkiem błony – są po jednej stronie).
Ø Na powierzchni błony znajdują się części cukrowe glikoproteidów, pełniące funkcje markerów.
Ø W błonach istnieją także białka integralne (przenikają całą grubość błony), mają skomplikowaną budowę (należą do nich białka kanałowe i transportery).
Ø Białka wielokrotnego przejścia (ich łańcuch wiele razy przechodzi wpoprzek błony) tworzą różne układy (np. α-helisa może tworzyć kanał).
Ø Białka transbłonowe oraz wewnętrzna powierzchnia błony jest widoczna po zastosowaniu techniki mrożeniowej (dzięki temu można zobaczyć aż 4 powierzchnie jednej błony). Przy użyciu metody mrożeniowej można ukazać również budowę syntaz celulozowych. U roślin wyższych syntazy tworzą 6-promienną rozetę; u glonów mogą tworzyć kompleksy linearne.
Ø Polaryzacja zygot u brunatnic następuje w wyniku gromadzenia się pomp jonowych i kanałów wapniowych po przeciwnych stronach komórki (powstaje tzw. prąd wapniowy, bo z jednej strony wapń jest wpuszczany, a z drugiej wypuszczany).
Ø Błona otaczająca jądro komórkowe (nukleolemma) jest również widoczna po zastosowaniu techniki mrożeniowej). Dzięki temu można zobaczyć pory jądrowe o 8-promiennej strukturze.
Ø Białka kanałów jonowych nie łączą się z cząsteczką transportowaną, są specyficzne nawet dla tak podobnych jonów jak sód i potas. Przepuszczalność kanału dochodzi do 1 mln. jonów na sekundę.
Poryny
§ Transmembranowe części białek z grupy poryn mają budowę nie α-helikalną, ale β-kartkową (zwaną β-beczułką; beczułka wypełniona jest wodą).
§ Białka te tworzą duże (przepuszczające cząsteczki do 600 D), niespecyficzne pory w błonach zewnętrznych bakterii, mitochondriów i plastydów.
Akwaporyny
§ Specjalnym rodzajem kanałów membranowych są akwaporyny (AQPs). Są to kanały wodne ułatwiające bardzo szybki wpływ lub wypływ wody np. w erytrocytach (lub w tonoplaście komórki roślinnej podczas zmian turgoru).
§ Białka akwaporyn składają się z 6 transbłonowych segmentów α-helikalnych.
§ Por ma średnicę 0,3 nm, co oznacza, że w świetle kanału mieści się dokładnie jedna cząsteczka wody (single file passage). Mimo to szybkość przepływu sięga kilku mld. cząsteczek na sekundę
Bramkowanie (gating)
Jest to otwieranie lub zamykanie kanału; zależy od różnych czynników; kanały mogą być bramkowane:
· napięciem (różnica potencjału na błonie) np. neurony
· ligandami (czynniki chemiczne np. hormony roślinne lub neurotransmitery)
· naprężeniami (tzw. kanały mechanosensytywne); wrażliwe na stres mechaniczny, np. nić aktynowa w błędniku.
Transportery
§ Transportery łączą się z cząsteczką transportowaną co zmienia konfigurację białek przenośnika.
§ Transport bierny - zgodny z gradientem koncentracji lub potencjału (w przypadku cząsteczek naładowanych) po obu stronach błony (wypadkowa tych dwu czynników to gradient elektrochemiczny) siła biernego transportu wynikająca z obu czynników.
§ Transport aktywny – przeciwko gradientowi elektrochemicznemu
Rodzaje transporterów:
§ uniport – trnasportuje jedną cząsteczkę w jednym kierunku (np. glukozę)
§ symport – transportuje dwie cząsteczki w jednym kierunku (np. sód + glukoza)
§ antyport – transportuje dwie cząsteczki w przeciwnych kierunkach (np. pompa sodowo-potasowa)
Pompa sodowo-potasowa to pompa elektrochemiczna, dzięki której 3 jony sodu są zastępowane 2 jonami potasu, tworzy się różnica potencjałów, aż w pewnym momencie następuje otwarcie kanałów bramkowanych napięciem.
Dalej o GERL
Ø System endomembranowy ma związek z plazmalemmą oraz nukleolemmą, tonoplastem, błoną mitochondrialną itd.
Ø Kształt ER nadają mu aktynowe pęczki (platformowanie ER przez aktynę). ER można obserwowac stosując barwnik fluorescencyjny DiOC6.
Ø Ruch anterogradowy (do przodu) – pęcherzyki od ER łączą się ze stroną cis AG. W cysternach odbywa się dojrzewanie białek; od strony trans odrywają się pęcherzyki, które wędrują do plazmalemmy, wakuoli lub ruchem retrogradowym (do tyłu) do ER.
Ø kierunku ruchu pęcherzyka decyduje etykieta białkowa (np. klatryna).
Ø Ciała tłuszczowe w komórkach roślin oleistych powstają z SER jako pęcherzyki wypełnione trójglicerydami, otoczone jednowarstwą fosfolipidową naszpikowaną stabilizującymi „pinezkami” oleozynowymi.
Ø Ciała białkowe tworzące się z RER w komórkach tkanki odżywczej (endosperm), tworzą się poprzez magazynowanie białek syntetyzowanych na rybosomach RER.
4
nauka877