Wykład 1.1 Flashcards
Jakie wnioski wyciągnął E. Overton (1895) na temat przepuszczalności błon biologicznych?
Zauważył, że cząsteczki polarne wnikają do wnętrza komórki znacznie wolniej niż cząsteczki niepolarne, co sugerowało istnienie lipidowej bariery ograniczającej przenikanie substancji hydrofilowych.
Na czym polega doświadczenie Gortera i Grendla (1925) dotyczące erytrocytów?
Wydobyli lipidy z błon erytrocytów i rozpostarli je na powierzchni wody. Okazało się, że powierzchnia tak utworzonej warstwy była około dwukrotnie większa niż powierzchnia komórek. Wniosek: błony erytrocytów tworzy dwuwarstwa lipidowa.
Na czym polega model Dawson–Danielli (1935) i jakie ma ograniczenia?
Zakładał, że białka globularne przylegają do zewnętrznych powierzchni dwuwarstwy lipidowej, tworząc sandwich: warstwa białkowa–lipidy–warstwa białkowa. Model ten nie uwzględnia jednak integralnych białek wnikających w głąb dwuwarstwy ani ruchliwości elementów błony.
Czego dowiodła mikrografia elektronowa błon wykonana przez R. Robertsona (1959)?
Wykazała istnienie wyraźnej dwuwarstwy lipidowej i zasugerowała tzw. „unit membrane” – uporządkowaną, zdefiniowaną strukturę o grubości ok. 7–8 nm, w której widać jasne i ciemne warstwy odpowiadające lipdom (lipidy + białka).
Na czym polega metoda freeze-fracture w badaniach błon biologicznych?
Zamrożoną tkankę lub komórki przełamuje się mechanicznie, a następnie powstałe powierzchnie (zwykle idące przez środek dwuwarstwy lipidowej) ogląda się w mikroskopie elektronowym. Technika ta ujawnia rozkład białek błonowych oraz umożliwia obserwację wnętrza dwuwarstwy.
Jaka jest główna idea modelu płynnej mozaiki (Singer i Nicolson, 1972)?
Błona biologiczna to płynna, dwuwymiarowa mozaika lipidów i białek: białka nie tworzą osobnych warstw, lecz są zanurzone w dwuwarstwie lipidowej (mogą się w niej przemieszczać). Lipidy stanowią środowisko dla białek i barierę oddzielającą środowisko wewnątrz- i zewnątrzkomórkowe.
Dlaczego model płynnej mozaiki bywa uznawany za uproszczenie?
Pomija m.in. fakt, że błona komórkowa jest bardzo niejednorodna, zawiera tysiące rodzajów lipidów o różnych funkcjach, panuje w niej asymetria lipidowa oraz występują lokalne domeny (np. rafts). Nie jest to więc jedynie „morze lipidów z pływającymi białkami”, lecz wysoko zorganizowany, dynamiczny układ.
Czym są tratwy lipidowe (lipid rafts) według Simonsa i Ikonena (1997)?
To małe (10–200 nm), dynamiczne i heterogenne mikrodomeny w błonie, wzbogacone w sfingolipidy i cholesterol. Stanowią „sztywniejsze” obszary, w których mogą preferencyjnie lokować się niektóre białka, uczestnicząc w procesach sygnalizacyjnych i transportowych.
Dlaczego w błonach komórkowych występuje tak wiele różnych lipidów?
Każdy typ lipidu może pełnić odmienne funkcje (wpływ na płynność, krzywiznę, interakcje z białkami, tworzenie domen). Zróżnicowanie to umożliwia błonie elastyczne dostosowywanie się do warunków fizjologicznych oraz realizację wielu procesów (transdukcja sygnałów, transport, tworzenie tratw lipidowych itd.).
Co oznacza asymetria dwuwarstwy lipidowej?
Skład i rozmieszczenie lipidów w listku zewnętrznym różni się od tego w listku wewnętrznym. Np. fosfatydyloseryna czy fosfatydyloinozytol częściej występują po stronie cytoplazmatycznej. Ta asymetria jest ważna dla utrzymania żywotności komórki i umożliwia różne procesy sygnałowe i rozpoznawcze.
Jakie zadanie pełni cytoszkielet w organizacji błony?
Może stabilizować określone domeny błonowe i ograniczać ruchy białek, tworząc tzw. „korytarze” (membrane corrals). Dzięki temu dyfuzja boczna białek jest miejscami ograniczana, co wpływa na rozmieszczenie kompleksów receptorowych czy sygnalizacyjnych.
W jaki sposób bada się obecnie tratwy lipidowe, biorąc pod uwagę trudności wizualizacji?
Wykorzystuje się zaawansowane techniki mikroskopowe (m.in. STED, super-resolution microscopy), metody spektroskopowe, znakowanie specyficznymi sondami lipidowymi/białkowymi. Jednak obserwacja samych raftów bywa trudna, bo są małe, dynamiczne, a niektóre techniki mogą artefaktualnie modyfikować ich strukturę w trakcie pomiarów.
Jakie znaczenie mają tratwy lipidowe w kontekście sygnalizacji komórkowej?
Mogą gromadzić białka sygnalizacyjne (np. receptory, kinazy) i sprzyjać szybszej, bardziej zlokalizowanej interakcji między nimi. Uważa się, że w raftach zachodzą kluczowe procesy związane z przekazywaniem sygnałów i endocytozą, co wpływa na regulację wielu szlaków w komórce (immunologicznych, wzrostowych, itp.).
Jaki wpływ ma zawartość cholesterolu na właściwości błony komórkowej?
Cholesterol usztywnia błonę i zmniejsza jej przepuszczalność, jednocześnie wpływając na płynność w określonym zakresie temperatur. Wysoka zawartość cholesterolu „porządkuje” lipidy (zwłaszcza w tratwach lipidowych), co może wzmacniać mechanicznie błonę, ale nadmierna ilość potrafi ograniczać mobilność białek.
Dlaczego w błonie plazmatycznej (komórkowej) znajduje się zwykle najwięcej cholesterolu?
Błona plazmatyczna musi pełnić rolę bariery chroniącej komórkę przed środowiskiem zewnętrznym, dlatego jej przepuszczalność powinna być niska, a wytrzymałość mechaniczna wysoka. Duża zawartość cholesterolu sprawia, że błona jest usztywniona i mniej przepuszczalna.
Jak różni się zawartość cholesterolu w siateczce śródplazmatycznej (ER) w porównaniu do błony plazmatycznej?
W ER (zwłaszcza gładkiej) zawartość cholesterolu jest znacząco niższa, bo ta organella uczestniczy w intensywnym transporcie białek, pęcherzyków czy syntezie lipidów. Niższy poziom cholesterolu sprzyja większej elastyczności i przepuszczalności, co ułatwia te procesy.
Jakie znaczenie ma stosunek lipidów do białek w błonie różnych organelli?
Zależy od funkcji organellum. W błonach aktywnych metabolicznie (np. błony mitochondrialne wewnętrzne) dominuje białko (np. 70–80%), bo tam znajduje się dużo kompleksów enzymatycznych i transportowych. Z kolei błona plazmatyczna ma wyższy udział lipidów (ok. 30–50%), ponieważ pełni istotną funkcję barierową.
Dlaczego lipidy błonowe określa się mianem „amfipatycznych”?
Mają region hydrofilowy (polarną „główkę”) i region hydrofobowy (długie łańcuchy węglowodorowe). Dzięki temu w środowisku wodnym spontanicznie tworzą dwuwarstwę, w której części hydrofobowe chowają się w jej wnętrzu, a części polarne skierowane są ku wodzie.
Jakie podstawowe rodzaje lipidów występują w błonach komórkowych?
Fosfolipidy (np. fosfatydylocholina, fosfatydyloseryna), sfingolipidy (sfingomielina, glikosfingolipidy), cholesterol oraz różne fosfatydyloinozytyle. Każdy z nich pełni specyficzne role strukturalne i funkcjonalne (np. sygnalizacja komórkowa, tworzenie tratw lipidowych).
Na czym polega efekt hydrofobowy będący „główną siłą napędową” tworzenia dwuwarstwy lipidowej?
Cząsteczki wody wymuszają asocjację fragmentów hydrofobowych lipidów, aby zminimalizować powierzchnię kontaktu z wodą. W efekcie lipidy spontanicznie układają się w dwuwarstwę: regiony hydrofilowe są skierowane na zewnątrz, a hydrofobowe chowają się wewnątrz.
Dlaczego istnieje tyle różnych odmian fosfolipidów i sfingolipidów w jednej błonie komórkowej?
Różne lipidy mają odmienne „główki” (np. cholinowa, serynowa, inozytolowa), łańcuchy kwasów tłuszczowych o różnej długości i stopniu nienasycenia. Ta różnorodność umożliwia tworzenie lokalnych domen o odmiennych właściwościach (płynność, grubość błony, interakcja z białkami) i pełnienie wielu wyspecjalizowanych funkcji.
Dlaczego fosfatydyloinozytole są tak ważne w sygnalizacji komórkowej?
Fosfatydyloinozytole (np. PIP₂, PIP₃) stanowią kluczowe substraty w szlakach sygnalizacyjnych (np. ścieżka PI3K/Akt). Po fosforylacji i dalszych modyfikacjach przyciągają białka sygnałowe do błony, regulują endocytozę, cytoszkielet, a także procesy wzrostu i różnicowania komórek.
Co oznacza, że cholesterol jest „dyrygentem” funkcjonowania całej błony?
Cholesterol może tworzyć specyficzne interakcje z niektórymi fosfolipidami (zwłaszcza sfingolipidami), kształtując mikrodomeny (tratwy lipidowe). Poprzez wpływ na stan agregacji i upakowanie lipidów reguluje płynność, przepuszczalność i organizację przestrzenną błony, co przekłada się na aktywność i lokalizację białek błonowych.
Jak ogólnie zmienia się przepuszczalność i stabilność błony wraz z rosnącą zawartością cholesterolu?
Rośnie stabilność i mechaniczna wytrzymałość błony, a maleje jej przepuszczalność (zwłaszcza dla małych cząsteczek polarnych). Równocześnie umiarkowane ilości cholesterolu zapewniają optymalną płynność w szerokim zakresie temperatur.
