Curs Membrane Structura

Preview:

Transcript

STRUCTURA SI FUNCTIILE BIOMEMBRANELORIn prima parte sunt prezentate notiuni legate de compozitia chimica a biomembranelor: lipidele membranare (glicerofosfolipide, colesterol, sfingolipide, acizi grasi), proteinele membranare (proteine periferice si transmembranare) si glucide componente si functiile acestora la nivelul membranelor. In toate tipurile de membrane celulare se regasesc componente chimice, denumite minore deoarece se gasesc n cantitati reduse, dar care ndeplinesc functii foarte importante la nivel membranar (functii structurale si functii n mentinerea integritatii structurale). Un astfel de componente minor este tocoferolul (vitamina E), un important antioxidant, ce are rolul de a preveni oxidarea acizilor grasi nesaturati din lipidele membranare. n partea a doua este prezentata, pe scurt, evolutia conceptelor legate de structura membranelor, n special modelul de mozaic fluid.

COMPOZITIA CHIMICA A BIOMEMBRANELORLIPIDELE MEMBRANARE Lipidele majore ale membranelor celulare reprezinta 50% din greutatea acestora si sunt reprezentate de trei clase majore: fosfolipidele, colesterolul, glicolipidele. Exista 5001000 de tipuri diferite de lipide n functie gruparile din capatul polar, lungimea si gradul de nesaturare al acizilor grasi componenti. Bistratul lipidic contine 5x106 molecule lipidice/ m2. Lipidele componente le membranelor fac parte din grupa fosfolipidelor (50-60%), colesterol (ntre 17-23%) si glicolipide (7-8%) . Continutul n sfingolipide si colesterol variaza n functie de tipul de celula. Clasa FOSFOLIPIDELOR cuprinde fosfogliceridele si sfingolipidele. Fosfolipidele au caracter amfipatic deoarece sunt formate dintr-o regiune hidrofila polara sau cap polar si o regiune hidrofoba nepolara sau cozi hidrofobe. Regiunea hidrofoba este formata din doua cozi hidrofobe alcatuite fiecare din cte un acid gras cu 14-24 atomi de carbon, unul fiind acid gras saturat, iar celalalt nesaturat, cu una sau mai multe legaturi duble de tip ,,cis". Diferentele n lungimea lantului de atomi de carbon ai acizilor grasi si n gradul lor de nesaturare influenteaza mpachetarea moleculelor lipidice si fluiditatea bistratului. Prezenta dublelor legaturi de tip ,,cis" introduce un punct de inflexiune n catenele acidului gras nesaturat. Cele mai numeroase fosfolipide membranare sunt fosfogliceridele. Ele sunt formate dintr-un schelet de glicerina, prin esterificarea a doua grupari hidroxil din structura glicerinei cu doi acizi grasi si a celei de-a treia, cu acid fosforic. Gruparea fosfat la rndul ei, leaga diferite tipuri de molecule, formndu-se regiunea cap hidrofila a diferitelor tipuri de fosfogliceride: fosfatidiletanolamine, fosfatidilserina, fosfatidilcolina, fosfatidilgicerol, difosfatidilglicerol (cardiolipina), fosfatidilinozitol. n acidul fosfatidic gruparea fosfat nu este legata la o alta molecula polara. GLICEROFOSOLIPIDELE sunt molecule formate din glicerol legat de doua molecule de acizi grasi si o grupare fosfat. Aceste lipide difera ntre ele prin tipul de acizi grasi din structura si diferite grupe (molecule) legate de restul fosfat.Precursorul biosintetic pentru toate glicerofosfolipidele si pentru trigliceride este acidul fosfatidic, ce se regaseste n cantitati mici la nivelul membranelor. 1

Fosfatidilglicerolul (PG) contine restur de glicerol esterificat cu doua molecule de acizi grasi si un rest de acid fosforic (rest fosfat). Este componenteul major al membranelor celulelor bacteriene si a membranelor cloroplastilor din celulele vegetale. n celule eucariote se gaseste n membrana interna a mitocondriilor. In organismele animale PG este componenta unei lipoproteine secretata n mod continuu de catre pneumocite si denumita surfactant pulmonar. Aceasta lipoproteina are rolul de a reduce tensiunea superficiala creata de catre stratul fin de lichide ce se gaseste la suprafata alveolelor pulmonare. Reducerea acestei tensiuni superficiale faciliteaza expansiunea alveolelor n timpul inspiratiei. Similar cu majoritatea lipoproteinelor, aceast surfactant contine un pol hidrofil si unul hidrofob. Lipsa acestui surfactant sta la baza aparitia unui sindrom respirator acut. Difosfatidilglicerol (DPG, cardiolipide) sunt lipide complexe ce contin doua grupari fosfatidil unite printr-o molecula de glicerol. Sunt lipide ce le regasim exclusiv la nivelul membranelor interne mitocondriale din celulele eucariote (unde reprezinta aproximativ 20% din totalul de lipide) si n membranele bacteriilor gram pozitive. La nivelul membranelor interne mitocondriale, DPG interactioneaza cu enzime implicate n fosforilarea oxidativa. S+a demonstrat ca functionalitatea complexului enyimatic depinde strict de prezenta acestor lipide, ndepartarea lor ducnd la afectarea activitatii enzimatice. Fosfatidilinozitol (PI) este formata dintr-o molecula de acid fosfatidic n care restul fosfat este legat de o molecula de inozitol. n prezenta ATP, fosfatidilinozitolul este fosforilat la nivelul gruparilor hidroxil 4 si 5 din restul de inozitol, cu formarea fosfatidilinozitol-4,5difosfatului (PIP2). Sub actiunea fosfolipazei C, enzima prezenta n membrana plasmatica, PIP2 este hidrolizat la inozitol-1,4,5-trifosfat (IP3) si DAG. Ambele molecule formate sunt mesageri chimici secundari, IP3 determinnd eliberarea calciului si DAG determinnd activarea protein-kinazei C. Fosfatidilserina (PS) este formata dintr-o molecula de acid fosfatidic n care restul fosfat este legat de aminoacidul serina. Aceasta lipida se regaseste n toate membranele dar n canitati foarte mici, deoarece este utilizata ca precursor pentru biosinteza cefalinelor si lecitinelor. Fosfatidiletanolaminele (PE) sau cefalinele sunt lipide specifice tesutului nervos. Din punct de vedere structural sunt glicerofosfolipide n care restul de acid fosfatidic este esterificat, la nivelul gruparii fosfat, cu etanolamina. Fosfatidil-colina sau lecitina Termenul de lecitine vine din grecescul lekithos = galbenus de ou (materialul din care au fost izolate pentru prima data). Lecitinele sunt lipide produse de catre ficat dar care se gasesc raspndite in tot organismul, fiind componente ele tuturor membranelor celulare (asigurnd elasticitatea acestora). Sunt lipide indispensabile la nivelul creierului, inimii si a pileii. La om, s-a estimat ca lecitinele reprezinta aproximativ 30% din substanta uscata a creierului, respectiv 15% din nervi. Diverse studii au demosntrat faptul ca lecitinele stimuleaza regenerarea unor mediatori cum este acetilcolina, ceea ce explica efectul benefic al acestora asupra functiei de memorare. In industria alimentara lecitinele (cunoscute si drept E322) sunt utilizate ca substante emulsifiante (de exemplu lecitinele din soia sunt utilizate drept emulsifianti n obtinerea ciocolatei). SFINGOLIPIDELE Alaturi de glicerofosfolipide, la nivelul membranelor sunt prezente si sfingolipidele. Aceastea sunt lipide complexe formate dintr-o molecula de acid gras esterificat cu o

2

componenta alcoolica, sfingozina si derivatul saturat sfinganina. n toate membranele sfingozina, derivatul nesaturat, se gaseste ntr-o configuratie trans. Structura sfingolipidelor este asemanatoare cu cea a glicerofosfolipidelor. Ele contin un capat nepolar, reprezentat de acidul gras si un capat polar, reprezentat de gruparile hidroxil C3 din structura sfingozinei, respectiv gruparile de tip fosfat, aminoindol respectiv glucidic (vezi structurile pe slide). Din punct de vedere metabolic, ceramidele sunt precursori ai sfingofosfolipidelor (sfingomieline) si sfingoglicolipidelor (cerebrozide, sulfatide si gangliozide). Ceramidele sunt formate din componenta alcoolica sfingozina/sfinganina legata amidic de un rest de acid gras. Se gasesc n cantitati mai reduse n organism (fiind precursori sintetici pentru alte lipide). Sfingomielinele sunt fosfolipide prezente n membranele n toate tipurile de membrane celulare, dar preponderent la nivelul sistemului nervos, n tecile de mielina. Din punct de vedere structural contin componenta alcoolica (sfingozina / sfinganina) legata amidic de un acid gras si un rest de acid fosforic legat esteric de gruparea alcoolica. n continuare, restul fosfat poate fi estericat cu o noua grupare alcoolica, cum este de exemplu colina. Cerebrozidele sunt glicolipide neutre, formate din componenta aminoalcoolica legata la nivelul gruparii amino de acizi grasi cu catena lunga (22:0, 24:0, 24:1) si la nivelul gruparii alcoolice de un rest glucidic. Cerebrozidele din creier contin -galactose (galactocerebrozide) n timp ce n celelalte tesuturi apare -glucoza (glucocerebrozide). Sulfatidele sunt glicosfingolipide n care restul glucidic este esterificat cu o molecula de acid sulfuric. Aceste tipuri de lipide sunt prezente n membranele celulele sistemului nervos central si an cele ale tesutului renal. Sinteza acestor lipide utilizeaza drept precursor cerebrozidele neutre care sunt apoi transformate sub actiunea unor sulfotransferaze specifice. Oligoglicoceramidele sunt sfingolipide ce contin resturi oligoglucidice. Cele mai cunoscute sunt galactoziceramidele (izolate din creier), lactozilceramide (izolate din splina) si triglicozilceramidele (izolate din rinichi, splina si eritrocite). n organismele animale au mai fost izolate fucoglicolipide (ce contin L-fucoza, o hexoza mai rar ntlnita, din seria L, fara grupare OH la C6). Gangliozidele sunt glicosfingolipide acide, n care catena oligoglucidica contine resturi de acid sialic (acid N-acetil-neuraminic). Sunt lipide constituente ale celulelor sistemului nervos. ACIZII GRASI Acizii grasi sunt acizi carboxilici cu catene variind intre 4 si 36 atomi de carbon. Acesti acizi pot fi saturati AGS (avnd catena liniara sau ramificata) sau nesaturati AGN (avnd n componenta una sau mai multe legaturi duble - AGMN respectiv AGPN). Cei mai des ntlniti sunt acizi grasi liniari, cu catena cuprinsa intre 12 si 24 atomi de carbon. Dintre acestia, acizii grasi care au in catena 16 sau 18 atomi de carbon (palmitic si stearic) sunt intlni

Recommended

View more >