System błon wewnętrznych

Błony wewnątrzkomórkowe komórki eukariotycznej tworzą jeden zintegrowany system, nazywany systemem błon wewnętrznych. Należą do niego otoczka jądrowa, siateczka śródplazmatyczna szorstka i gładka, aparat Golgiego, pęcherzyki transportowe, lizosomy, u roślin wakuola z tonoplastem, a także błona komórkowa. System jest zintegrowany strukturalnie, bo część błon przechodzi w siebie bezpośrednio, a reszta wymienia fragmenty błon w pęcherzykach. Jest też zintegrowany funkcjonalnie, bo jego części po kolei wytwarzają, wykańczają i rozsyłają te same cząsteczki. Mitochondrium i chloroplast do tego systemu nie należą: mają własne błony, własne DNA i pochodzenie endosymbiotyczne, a białka importują wprost z cytozolu, nie w pęcherzykach.

Integrację najłatwiej zobaczyć, śledząc jedno białko przeznaczone na eksport. Powstaje ono na rybosomie siateczki szorstkiej i od razu trafia do jej światła, czyli wnętrza, a nie do cytozolu. Pęcherzyk odpączkowujący od siateczki przenosi je do aparatu Golgiego. Białko wchodzi do niego od strony cis, zwróconej do siateczki, przechodzi przez kolejne cysterny, w których jest modyfikowane, i wychodzi od strony trans. Stamtąd kolejny pęcherzyk wiezie je pod wskazany adres: na zewnątrz komórki, do lizosomu albo do samej błony komórkowej. Białko na eksport opuszcza komórkę przez egzocytozę: pęcherzyk zlewa się z błoną komórkową i wylewa zawartość na zewnątrz, a jego błona wbudowuje się w błonę komórkową.

Integracja nie znaczy, że wszystkie części robią to samo. Siateczka gładka nie ma rybosomów i wytwarza lipidy: fosfolipidy, z których zbudowane są błony całego systemu, oraz hormony steroidowe. W komórkach wątroby unieszkodliwia też leki i trucizny, a w komórkach mięśniowych magazynuje jony wapnia. Aparat Golgiego modyfikuje białka, na przykład dołącza do nich reszty cukrowe, sortuje je i pakuje w pęcherzyki. Od niego odpączkowują lizosomy. U roślin wytwarza też polisacharydy ściany komórkowej, takie jak pektyny i hemicelulozy. W czasie podziału komórki roślinnej pęcherzyki z aparatu Golgiego wypełnione pektynami gromadzą się w płaszczyźnie podziału i zlewają w przegrodę pierwotną. Ich zawartość tworzy blaszkę środkową między komórkami potomnymi, a ich błony stają się nowymi błonami komórkowymi. Wakuola z tonoplastem gromadzi wodę, jony i produkty przemiany materii i utrzymuje turgor.

Lizosomy są wytworem całego systemu: ich enzymy trawienne, hydrolazy, powstają na siateczce szorstkiej, a do lizosomów trafiają przez aparat Golgiego. Lizosom zlewa się z pęcherzykiem powstałym przy endocytozie i trawi pobrany materiał. Trawi też zużyte organelle własnej komórki, co nazywa się autofagią. Wykorzystuje to jedna z terapii nowotworów: przeciwciało połączone z lekiem wiąże się z komórką nowotworową i zostaje wchłonięte przez endocytozę, a lek uwalnia się dopiero wtedy, gdy lizosom rozłoży cały kompleks. O rolę lizosomów w takiej terapii CKE zapytała w maju 2025 roku.

Kompartmentacja to podział komórki na przedziały oddzielone błonami, a system błon wewnętrznych jest jej głównym narzędziem. Daje komórce dwie korzyści. Po pierwsze, w jednym przedziale można utrzymać warunki, które w całej komórce byłyby szkodliwe. Lizosom ma pH 4–5, utrzymywane przez pompy protonowe w jego błonie, a jego enzymy w obojętnym cytozolu są prawie nieaktywne. Nawet gdy lizosom pęknie, komórka nie strawi sama siebie. Po drugie, obok siebie mogą zachodzić procesy o sprzecznych wymaganiach, na przykład synteza białek w siateczce i ich rozkład w lizosomach, a substraty mogą być zagęszczone tam, gdzie są potrzebne, zamiast rozcieńczone w całej komórce.

Uczniowie często piszą, że przedziały są połączone kanałami. Nie są. Poza miejscem, w którym otoczka jądrowa przechodzi w siateczkę, materiał przemieszcza się w pęcherzykach, które odpączkowują od jednej błony i zlewają się z następną. Dlatego ładunek przez całą drogę zostaje w świetle systemu (we wnętrzu siateczki, aparatu Golgiego i pęcherzyków) i nigdy nie miesza się z cytozolem.