Budowa i funkcje błon biologicznych, Prezentacje z Transport

Pobierz Budowa i funkcje błon biologicznych i więcej Prezentacje w PDF z Transport tylko na Docsity! Budowa i funkcje błon biologicznych Wprowadzenie Przeczytaj Film Sprawdź się Dla nauczyciela Każda żywa komórka otoczona jest błoną komórkową. Dzięki niej zachowuje swoistą odrębność przy jednoczesnej możliwości kontaktu z otoczeniem. W komórkach eukariotycznych wewnętrzny system błon śródkomórkowych (system lamelarny) dzieli komórkę na sektory, które różnią się wielkością i funkcją. To zjawisko przedziałowości (kompartmentacji) pozwala na jednoczesne zachodzenie w tej samej komórce wzajemnie wykluczających się procesów metabolicznych (w tym samym czasie w różnych kompartmentach zachodzą procesy kataboliczne i anaboliczne). Twoje cele Omówisz budowę błon biologicznych. Zrozumiesz założenia modelu płynnej mozaiki, obrazującego strukturę błony biologicznej. Wymienisz funkcje błon biologicznych. Wykażesz związek między budową błony komórkowej a pełnionymi przez nią funkcjami. Schemat błony komórkowej komórki zwierzęcej. Kolorem czerwonym oznaczono podwójną warstwę lipidów. Zanurzone w niej białka globularne mają barwę niebieską. Glikolipidy zaznaczono na zielono. Źródło: Mariana Ruiz Villarreal, Wikimedia Commons, domena publiczna. Budowa i funkcje błon biologicznych Struktury tworzone przez fosfolipidy: 1 – micela; 2 – liposom; 3 – dwuwarstwa lipidowa. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Steroidem wchodzącym w skład zwierzęcych błon komórkowych jest cholesterol (u roślin jego substytutami są sitosterol i stigmasterol). Płaska przestrzenna budowa cholesterolu pozwala mu na łączenie się z tłuszczowymi częściami fosfolipidów. Skutkuje to zwiększeniem sztywności i lepkości błon przy jednoczesnym ograniczeniu ich płynności. Zawartość cholesterolu w błonie jest zmienna i zależy od jej funkcji. Na przykład w błonie komórkowej erytrocytów stanowi on niemal 25% jej masy. Razem ze specyficznym dla erytrocytów białkiem – spektryną cholesterol wzmacnia błonę komórkową, umożliwiając czerwonym krwinkom przeciskanie się przez włosowate naczynia krwionośne, których światło jest zbliżone wymiarami do średnicy komórek. Składniki białkowe Obok fosfolipidów, drugim podstawowym składnikiem błon biologicznych są białka. Wzajemny stosunek lipidów i białek w błonach jest różny i zależy od rodzaju błony i jej funkcjonalności. Mielina, którą wytwarzają błony komórek owiniętych kilkukrotnie wokół niektórych włókien nerwowych, charakteryzuje się niewielką zawartością białek (ok. 18%) i pełni funkcję izolatora. Błony komórkowe większości komórek są pod względem funkcjonalnym bardziej aktywne, tzn. zawierają kanały, receptory, enzymy oraz pompy. Zawartość białek w tych błonach wynosi ok. 50%. Największą zawartością białek (nawet do 75%) charakteryzują się błony związane z przekształcaniem energii, np. wewnętrzne błony chloroplastów i mitochondriów. Białka bezpośrednio związane z błoną to białka integralne. Mogą zawierać elementy hydrofobowe na jednym ze swoich krańców i dzięki temu umocowywać się w błonie. Jeżeli przebijają one błonę i przechodzą przez nią w poprzek nazywane są białkami transbłonowymi. W takim przypadku oba krańce białka maja charakter hydrofilowy, a środek jest hydrofobowy. Białka integralne transbłonowe często mają charakter białek transportujących. Białka luźno połączone z błoną (słabymi wiązaniami niekowalencyjnymi z częściami białek integralnych lub fosfolipidów) to białka powierzchniowe (peryferyczne). Białka błonowe pełnią szereg funkcji: Hydrofilowe kanały białek integralnych selektywnie transportują cząsteczki zgodnie z gradientem stężeń. Białka nośnikowe mogą transportować cząsteczki aktywnie, wbrew gradientowi, z wykorzystaniem ATP. Białka kanałowe. Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Transport Aktywność enzymatyczna Przekazywanie sygnałów Oddziaływania międzykomórkowe Rozpoznawanie się komórek Kontakt z macierzą komórkową Na zewnętrznej powierzchni błon komórek zwierzęcych znajduje się warstwa cukrowcowa – glikokaliks. Twór ten powstaje przez glikozylację lipidów i białek. Przyłączenie do elementów błony łańcuchów węglowodanowych powoduje powstanie glikozydów – glikoprotein (glikolizowane białka błonowe) i glikolipidów (glikolizowane tłuszcze). Składnikami glikolipidów mogą być: galaktoza, glukoza, glukozoamina, galaktozoamina, mannoza, fukoza czy kwasy sjalowe. Glikokaliks chroni powierzchnię komórek przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi. Jego skład i grubość są odmienne u różnych komórek, co umożliwia ich identyfikację przez komórki układu odpornościowego. Bardzo dobrze chłonie wodę, co nadaje powierzchni komórki pewnej śliskości. Zapobiega to np. zlepianiu się erytrocytów i ich przywieraniu do ścian naczyń krwionośnych. Glikokaliks odpowiada także za kotwiczenie białek transbłonowych w dwuwarstwie fosfolipidowej, zabezpieczając je przed wpadaniem ich do wnętrza komórki. Jest też specyficznym sygnalizatorem dla białek transbłonowych, który wskazuje im miejsce docelowe. Obecność glikokaliksu na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej oraz niesymetryczne rozmieszczenie białek i grup polarnych lipidów w obu warstwach odpowiadają za zjawisko asymetryczności błony: warstwa zewnętrzna różni się składem od warstwy wewnętrznej. Obecny powszechnie akceptowany model budowy błony komórkowej został opracowany w 1972 r. przez Singera i Nicolsona. Błona komórkowa jest strukturą dynamiczną, zmieniającą się w czasie. Zanurzone w błonie białka mogą się przemieszczać, co w połączeniu z ruchami fosfolipidów nadaje jej płynny charakter. Płynność błon komórkowych zależna jest między innymi od temperatury, składu chemicznego płynów otaczających błonę oraz zawartości cholesterolu. Film Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/D1FGfytQP Budowa i funkcje błony komórkowej. Źródło: Englishsquare.pl sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Film nawiązujący do treści materiału. Polecenie 1 Polecenie 2 Polecenie 3 Polecenie 4 Obejrzyj film, a następnie wymień po jednej funkcji, jaką pełnią błona komórkowa oraz błony znajdujące się wewnątrz komórki. Wykaż związek budowy błony komórkowej z pełnionymi przez nią funkcjami. Na podstawie informacji zawartych w filmie wymień dwa procesy przekształcania energii zachodzące w błonach określonych struktur komórkowych. Podaj nazwy struktur komórkowych, w których zachodzą te procesy. Wyjaśnij, na czym polega asymetria błon biologicznych. Polecenie 5 Źródło: Englishsquare.pl Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Grafika interaktywna przedstawia model błony komórkowej. Przeanalizuj go, a następnie nazwij elementy budowy błony komórkowej, które oznaczono literami X, Y i Z. Omów pełnione przez nie funkcje. Sprawdź się Pokaż ćwiczenia: 輸醙難 Ćwiczenie 1 Połącz rodzaje białek błonowych z funkcjami, jakie mogą pełnić. białka mające jedynie domeny hydrofilowe odbieranie bodźców ze środowiska białka mające zarówno domeny hydrofobowe, jak i hydrofilowe dyfuzja wspomagana Ćwiczenie 2 Spośród poniższych zdań wybierz to, które nie opisuje poprawnie funkcji glikoprotein występujących w błonie komórkowej komórek zwierzęcych. Chronią komórkę przed uszkodzeniami mechanicznymi i chemicznymi. Są niezbędne do prawidłowego nawilżenia błony komórkowej. Pełnią funkcję receptorową. Zwiększają płynność błony komórkowej.     輸 輸 Ćwiczenie 5 Poniższa grafika przedstawia porównanie pewnego białka obecnego w błonie komórkowej (po prawej) i jej syntetycznego odpowiednika (po lewej). Białko to nie zużywa ATP do pełnienia swojej funkcji. Spośród poniższych stwierdzeń wybierz wszystkie te, które poprawnie opisują przedstawione białko. Stanowi element glikokaliksu. Pełni funkcję transportową. Jest pompą jonową. Pełni funkcję receptorową.     醙 醙 Źródło: Jkwchui, licencja: CC BY-SA 3.0. Jest kanałem jonowym. Ćwiczenie 6 Przeprowadzono eksperyment mający na celu ustalenie wpływu temperatury na transport barwnika (betaniny) przez błonę komórkową (poza komórkę) buraka zwyczajnego (Beta vulgaris L.). Betanina jest barwnikiem rozpuszczalnym w wodzie i przez błonę komórkową może przedostawać się jedynie dzięki specyficznym przenośnikom białkowym lub przeciskając się między fosfolipidami błonowymi (w warunkach fizjologicznych dochodzi do tego rzadko). Badano ilość barwnika uwalnianego z komórek buraka w danych temperaturach. Wiadomo, że intensywność transportu barwnika buraka na zewnątrz komórek zależy od stabilności jego błon komórkowych. Stabilność ta jest z kolei silnie zależna od temperatury. Ustalono, że im wyższa temperatura, tym więcej barwnika uwalniały do otoczenia komórki buraka, przy czym największy wzrost ilości barwnika osiągnięto po podgrzaniu komórek buraka powyżej 50°C. Ćwiczenie 7 ErbB2 jest jednym z białek receptorowych obecnych w dużej ilości w błonie komórkowej komórek nowotworowych pewnych odmian raka piersi. Od niedawna istnieją metody zwiększające częstość endocytozy białka ErbB2. Skuteczność tych metod rośnie po zastosowaniu leku o nazwie lowastatyna, zwiększającego płynność błony. Lek ten stosuje się także w terapiach przeciwmiażdżycowych. Na podstawie: Jinrui Zhang i in., Cholesterol Content in Cell Membrane Maintains Surface Levels of ErbB2 and Confers a Therapeuc Vulnerability in ErbB2-posive Breast Cancer, „Cell Communicaon and Signaling” 2019, nr 17(1). Opierając się na powyższym tekście i własnej wiedzy, nazwij związek chemiczny wchodzący w skład błony komórkowej, którego poziom obniża lowastatyna. Wyjaśnij, jaki wpływ na właściwości błony komórkowej ma ten związek.  醙 難 Ćwiczenie 8 W komórce zwierzęcej istnieje system białek, łączących ich cytoszkielet z błoną komórkową i dalej z macierzą pozakomórkową (w przypadku roślin błona komórkowa związana jest też ze ścianą komórkową). Taka sieć białkowych powiązań ułatwia między innymi transport substancji w poprzek błony i odpowiedź na czynniki stresowe. Pomiędzy błoną komórkową a cytoplazmą rozciąga się „rusztowanie” zbudowane z aktyny i spektryny. W połączeniu białek błony komórkowej z tym rusztowaniem pośredniczą inne, liczne i wciąż odkrywane białka. Gen ANK1 koduje białko o nazwie ankiryna. Białko to wykazuje powinowactwo zarówno do aktyny, jak i licznych transbłonowych protein błony komórkowej. Fizjologiczna aktywność białek transbłonowych zależna jest od prawidłowego ulokowania w błonie komórkowej Na podstawie: Shane R. Cunha i in., Ankyrin Protein Networks in Membrane Formaon and Stabilizaon, „Journal of Cellular and Mollecular Medicine” 2009, nr 13(11–12), s. 4364–4376. Wyjaśnij, dlaczego mutacja genu ANK1 może powodować upośledzenie transportu (zarówno aktywnego, jak i biernego) jonów do i z komórki. 難