Lipid & Membran

Copyright © 1999-2004 by Joyce J. Diwan. All rights reserved.

Chapter 3

Lipid bersifat non-polar yaitu senyawa (hidrofobik), larut pada pelarut/solven organik

Kebanyakan lipid adalah amfipatik, mempunyai ujung non-polar dan ujung polar .

Asam lemak/Fatty acids terdiri dari rantai hidrokarbon dengan gugus asam karbosilat di ujungnya

Ex as.lemak16-C : CH3(CH2)14-COO-

Non-polar polar

As lemak 16-C memiliki satu cis double bond di antara atom C 9-10, ditulis 16:1 cis 9.

Beberapa as lemak memiliki nama umum :14:0 as miristat; 16:0 as palmitat; 18:0 as stearat; 18:1 cis9  as oleat/oleic acid

18:2 cis9,12  as linoleat/linoleic acid18:3 cis9,12,15  -linonenic acid 20:4 cis5,8,11,14  arachidonic acid20:5 cis5,8,11,14,17  eicosapentaenoic acid (suatu omega-3)

Ik. Rangkap/Double bonds pada as. Lemak biasanya dlm konfigurasi cis.

Secara alami kebanyakan as. lemak memiliki atom karbon genap/even number

C

O

O 1

23

4

fatty acid with a cis-9 double bond

Ada rotasi bebas di sekitar ikatan atom C-C pada as lemak hidrolarbon, kecuali pada daerah ik rangkap/double bond.

Setiap ik rangkap/ cis double bond mengakibatkan kink pada rantai.

C

O

O 1

23

4

fatty acid with a cis-9 double bond

PendahuluanTiga komponen penyusun membran:1. Gliserofosfolipid/Fosfogliserida2. Sfingolipid3. Kolesterol

6

1. Gliserofosfolipid/fosfogliseridaGliserofosfolipid, merupakan konstituen umum dari membran sel.

Memiliki kerangka gliserol/glycerol backbone.

Hidroksil pada C1 & C2 mengalami esterifikasi oleh fatty acids.

C OHH

CH2OH

CH2OH

glycerol

Note: ester terjadi ketika hidroksil /alkohol bereaksi dengan as karboksilat, dengan melapas H2O.

Formation of an ester:

O O

R'OH + HO-C-R" R'-O-C-R'' + H2O

Fosfatidat

Pada phosphatidate: fatty acids diesterkan ke OH pada C1 & C2

OH C3 diesterifikasi dengan Pi.

O P O

O

O

H2C

CH

H2C

OCR1

O O C

O

R2

phosphatidate

Pada kebanyakan gliserofosfolipid (fosfogliserid), Pi di esterkan dengan polar head group (X): serin, kolin,

etanolamin, gliserol, atau inositol.

2 as lemak cenderung non-identical. Mereka berbeda pada panjang dan/atau ada/tidaknya ikatan rangkap

O P O

O

O

H2C

CH

H2C

OCR1

O O C

O

R2

X

glycerophospholipid

Posfatidilkolin, dengan kolin sebagai kepala gugus polar, suatu contoh dari gliserofosfolipid.

Ini adalah lipid membran yang umum.

O P O

O

O

H 2 C

C H

H 2 C

OCR 1

O O C

O

R 2

C H 2 C H 2 N C H 3

C H 3

C H 3

+

p h o sp h a tid ylc h o lin e

Fosfatidilinositol, dengan inositol sebagai kepala gugus polar, adalah contoh lain dari gliserofosfolipid.

Selain fungsinya sebagai lipid membran, fosfatidilinositol memiliki peran juga pada cell signaling.

O P

O

O

H2C

CH

H2C

OCR1

O O C

O

R2

OH

H

OH

H

H

OHH

OH

H

O

H OH

phosphatidyl- inositol

O P O

O

O

H2C

CH

H2C

OCR1

O O C

O

R2

X

glycerophospholipid

Setiap gliserofosfolipid memiliki:

bagian polar : gliserol, karbonil dari asam lemak, Pi, & kepala gugus polar (X)

2 non-polar hidrokarbon ekor asam lemak (R1, R2).

Sifat lipid amphipathic direpresentasikan pada gambar ini

13

Gugus amino dari sphingosine dapat membentuk ikatan amida dengan karboksil fatty acid, membentuk ceramide.

H2CHC

OH

CH

N+ CH

C

CH2

CH3

H

H3

OH

( )12

sphingosine

H2CHC

OH

CH

NH CH

C

CH2

CH3

H

OH

( )12

C

R

O

ceramide

Sphingolipids adalah derivat dari lipid sphingosine, yang memiliki ekor hidrokarbon yang panjang, dan domain polar termasuk gugus amino.

2. Spingolipid

Sphingomyelin, memiliki ukuran dan bentuk yang sama dengan glycerophospholipid phosphatidyl choline.

Sphingomyelin, yaitu suatu ceramide dengan gugus kepala phosphocholine atau phosphethanolamine, bentuk umum dari konstituen membran plasma

H2CHC

O

CH

NH CH

C

CH2

CH3

H

OH

( )12

C

R

O

PO O

O

H2C

H2CN+

CH3

H3C

CH3

Sphingomyelin

phosphocholine

sphingosine

fatty acid

gugus kepala polar suatu complex oligosaccharide, termasuk derivat gula acidic, derivative sialic acid.

Cerebrosides dan gangliosides, collectively disebut glycosphingolipids, umum ditemukan pada outer leaflet of the plasma membrane bilayer, dengan rantai gula extending out dari permukaan sel.

cerebroside with -galactose head group

H2CHC CH

NH CH

C

CH2

CH3

OH

C

R

O

OH O

H H

H

OHH

OH

CH2OH

HO

H

( )12

Cerebroside adalah sphingolipid (ceramide) dengan monosaccharide seperti glucose atau galactose sebagai gugus kepala polar.

Ganglioside adalah ceramide dengan

Sphingosin adalah prekursor pada sintesis sphingolipid. Sphingosine & bentuk phosphorylated derivative sphingosine-1-phosphate (S1P) memiliki peran antagonistik pada cell signals, dalam meregulasi pertumbuhan sel

S1P adalah ligan dari plasma membran G-protein coupled receptors (GPCRs).

H2C CH

OPO3

CH

N+ CH

C

CH2

CH3

OH

H

H3

( )12S1P sphingosine-1-phosphate

Bergantung pada lipid, kemungkinan susunan molekulars:

Various micelle structures. E.g., a spherical micelle is a stable configuration for amphipathic lipids with a conical shape, such as fatty acids.

A bilayer. This is the most stable configuration for amphipathic lipids with a cylindrical shape, such as phospholipids.

Bilayer Spherical Micelle

Amphipathic lipids : bagian polar kontak dengan air, bagian hidrofobik menjaduh dari air.

liquid crystal crystal

liquid crystal state, rantai hidrokarbon fosfolipid yang teratur dan dalam gerakan konstan.

Pada lower temperature, membran mengandung jenis fosfolipid tunggal mengalami transisi ke keadaan kristal di mana ekor asam lemak sepenuhnya diperpanjang, kemasan yang sangat teratur, & interaksi van der Waals antara rantai berdekatan adalah maksimal.

Kinks dalam rantai asam lemak, mengganggu kemasan dalam keadaan kristal, dan menurunkan suhu transisi fase.

Membrane fluidity:

The interior of a lipid bilayer is normally highly fluid.

Cholesterol is largely hydrophobic.

But it has one polar group, a hydroxyl, making it amphipathic.

C holestero lH O

Cholesterol, an important constituent of cell membranes, has a rigid ring system and a short branched hydrocarbon tail.

Cholesterolin membrane

Cholesterol inserts into bilayer membranes with its OH oriented toward the aqueous phase & its hydrophobic ring system adjacent to fatty acid chains of phospholipids.

The hydroxyl group of cholesterol forms hydrogen bonds with polar phospholipid head groups.

The presence of cholesterol in a phospholipid membrane inhibits transition to the crystalline state.

However interaction with the relatively rigid cholesterol decreases the mobility of hydrocarbon tails of phospholipids.

Phospholipid membranes that include cholesterol have a fluidity intermediate between the liquid crystal and crystal states.

Two strategies by which phase changes of membrane lipids are avoided:

Cholesterol is abundant in membranes, such as plasma membranes, that include many lipids with long-chain saturated fatty acids.

In the absence of cholesterol, such membranes would crystallize at physiological temperatures.

The inner mitochondrial membrane lacks cholesterol, but includes many phospholipids whose fatty acids have one or more double bonds, which lower the melting point to below physiological temperature.

Lateral mobility of a lipid, within the plane of a membrane, is depicted above and in an animation.

Lateral diffusion of membrane lipids and proteins is assayed by the FRAP technique: Fluorescence Recovery After Photobleaching.

L a te ra l M o b ility

Flip-flop of lipids (from one half of a bilayer to the other) is very slow.

Flip-flop would require the polar head group of a lipid to traverse the hydrophobic core of the membrane.

Flippases catalyze flip-flop in membranes where lipid synthesis occurs. Otherwise, flip-flop of lipids is rare.

Consistent with low rates of flip-flop, the 2 leaflets of a bilayer tend to differ in lipid composition.

F lip F lo p

Peripheral proteins are on the membrane surface.

They are water-soluble, with mostly hydrophilic surfaces.

Often peripheral proteins can be dislodged by conditions that disrupt ionic & H-bond interactions, e.g., extraction with solutions containing high concentrations of salts, change of pH, and/or chelators that bind divalent cations.

Membrane proteins may be classified as: peripheral integral having a

lipid anchor

integral

lipid anchor

peripheral

lipid bilayer

Membrane Proteins

Integral proteins have domains that extend into the hydrocarbon core of the membrane.

Often they span the bilayer.

Intramembrane domains have largely hydrophobic surfaces, that interact with membrane lipids.

integral

lipid anchor

peripheral

lipid bilayer

Membrane Proteins