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 intlniti n plantele superioare si animale. Acizii grasi nesaturati reprezinta mai mult de jumatate din totalul de lipide al plantelor si animalelor. COLESTEROLUL este o componenta importanta a membranelor plasmatice la eucariote, fiind absent n cazul procariotelor (celule n care apare ergosterolul, cu o structura chimica asemanatoare colesterolului). Colesterolul liber intra componenta majora a plasmei membranare animale (constituind 30-40% din totalul lipidelor) si a lipoproteinelor din plasma. Datorita gruparii OH colesterolul are un caracter amfifilic moderat. Prezenta celor patru nuclee confera

3

colesterolului o rigiditate crescuta comparativ cu celelalte lipide. In glandele corticosuprarenale colesterolul participa la sinteza hormonilor steroidici (glucocorticoizi, aldosterona si androgeni respectiv estrogeni). Colesterolul poate fi de asemenea esterificat cu acizii grasi. Colesterolul esterificat este depozitat in citoplasma celulelor sau poate circula n snge (in componenta lipoproteinelor). In contrast, n creier si alte tesuturi nervoase, unde colesterolul este o componenta a membranei mielinice, cantitatea de colesterol esterificat este foarte mica. Colesterolul poate fi transformat in acizi biliari (primari sau conjugati), acizi care sunt secretati n caile biliare, unde intra in componenta bilei (sub forma de saruri). Raportul molecular colesterol : fosfolipide n membranele celulare este de 1:1. Molecula de colesterol se nsereaza ntre fosfolipidele membranare, orientndu-se cu gruparea hidroxil n vecinatatea capului polar al fosfolipidelor. Inelul steroidic este o structura rigida, plana, care interactioneaza cu lantul hidrocarbonat adiacent capului polar, lasnd restul cozilor hidrofobe ale acizilor grasi libere si flexibile. Colesterolul moduleaza proprietatile bistratului lipidic, intensificnd proprietatea de bariera impermeabila fata de moleculele mici solubile n apa, influenteaza fluiditatea membranei, previne interactiunea lanturilor hidrocarbonate ale acizilor grasi din structura lipidelor membranare. Distributia lipidelor n diverse membrane

Comportamentul lipidelor fata de apa Caracterele fizico-chimice ale lipidelor le definesc drept molecule ideale pentru structurarea de membrane, a caror principala menire este aceea de a separa doua compartimente apoase (interiorul celulelor de mediul nconjurator). Compusii lipidici au un mod foarte particular de a se organiza n prezenta apei, datorita prezentei gruparii hidrofile (reprezentata de glicerol si restul fosfat) si partea hidrofoba (catene hidrocarbonate ale acizilor grasi).

n functie de anumite conditii (de exemplu proportia relativa dintre lipide si apa), lipidele pot forma n mediul apos structuri de tip dublu strat (strat dublu lipidic) respectiv micelii. Astfel, n prezenta apei, moleculele de fosfolipide au tendinta de a forma un strat monomolecular, n care doar portiunile hidrofile sunt n contact cu apa. Daca obligam fosfolipidele sa se amestece cu apa, se formeaza stratul dublu lipidic (strat dublu molecular) n care catenele de acizi grasi sunt plasate fata n fata (existnd o afinitate mai mare a capetelor hdrocarbonate dect fata de apa), iar capetele hidrofile sunt n contact cu faza apoasa, polara. 4

Acest aranjament molecular elimina contactele nefavorabile dintre apa si partile hidrofobe a moleculelor amfifile si permite hidratarea partilor polare (capului lipidei). Formarea straturilor bilipidice este un proces de auto-asamblare. Cresterea straturilor bilipidice din fosfolipide este un proces rapid n prezenta mediilor apoase. Interactiunile hidrofobe constituie forta majora de formare a straturilor bilipidice. Aceste forte hidrofobe nu intervin numai in cazul lipidelor ci si in cazul proteinelor (procesul de mpachetare) sau n cazul acizilor nucleici. Odata cu formarea stratului bilipidic moleculele de apa sunt expulzate catre exterior, n timp ce lanturile hidrofobe devin sechestrate in interiorul acestuia. Mai mult, fortele de atractie de tip van der Waals dintre lanturile hidrocarbonate favorizeaza mpachetarea acestora. Moleculele amfipaticei care sunt mono-stratificate pot forma formeaza micelii sferice sau elipsoidale (partea hidrofila fiind mai mare decat coada hidrofoba). Formarea acestor micelii apare datorita a doua tipuri de forte cu caracter opus: forta de atractie de tip hidrofob (ntre catenele alifatice ale acizilor grasi) si forte de respingere de tip electrostatic (ntre capetele hidrofile hidratate si interfata apoasa). Numarul de molecule de lipide care intra in componenta unei micele este de ordinul sutelor. O suspensie de fosfolipide (glicerofosfolipidelor si sfingomieline) poate forma lipozomi, vezicule nchise (umplute cu apa) care sunt constituite dintr-un singur bistrat. De regula acestea au diametru de cteva sute de grosime. Odata formati, lipozomii sunt destul de stabili si pot fi purificati prin centrifugare, dializa sau cromatografie (gel filtrare). Lipozomii servesc drept model pentru membranele biologice si de asemenea pot fi folosite si drept vezicule purtatoare de medicamente dat fiind faptul ca acestia se pot fixa pe diferite celule (prin fuziune cu plasma acestora).

Fosfolipidele se rearanjeaza spontan, refac bistratul atunci cnd apar brese n acesta. O alta proprietate este mobilitatea lipidelor care sta la baza caracterului dinamic al

5

membranelor celulare. Transferul unei molecule de lipida dintr-un monostrat n celalalt (in cazul unui bistrat) este cunoscut sub denumirea de difuzie transversala sau flip-flop. Acest eveniment este destul de rar ntlnit dat fiind faptul ca o asemenea miscare presupune ca partea hidrofila a acestei lipide sa strabata bariera hidrofoba a stratului dublu. Pe de alta parte, lipidele difuzeaza foarte usor n planul unui monostrat. Acest fenomen poarta numele de difuzie laterala. Datorita mobilitatii ridicate a lipidelor se poate considera faptul ca stratul dublu lipidic este un fluid bidimensional.

Fluiditatea bistraturilor este dependenta de temperatura. Daca un strat dublu este racit la o temperatura mai mica de asa-numita temperatura de tranzitie acesta sufera modificari devenind asemeni unui gel. Aceasta modificare apare datorita scaderii mobilitatii legaturilor C-C din catene alifatice ale acizilor grasi din structura fosfolipidelor. Are loc trecerea de la o conformatie randomica la o conformatie cu grad superior de ordonare. De exemplu, bacteriile pot regla fluiditatea membranei lor variind numarul de legaturi duble si lungimea catenelor acizilor grasi. Peste aceasta temperatura de tranzitie lipidele mobile sunt n stadiul de cristal lichid, stadiu n care lipidele sunt ordonate ntr-o anumita directie. Fluiditatea depinde si de continutul de colesterol al membranelor, concentratiile mari de colesterol scad fluiditatea bistratului. Aceasta scadere a fluiditatii are efecte asupra functiilor membranei celulare, prin scaderea permeabilitatii pentru apa si molecule hidrofile si cresterea rezistentei mecanice a acestora.

PROTEINELE MEMBRANARE Proteinele membranare sunt moleculele implicate n functiile majore ale membranelor celulare. Reprezinta aproximativ 50% din greutatea membranelor celulare si 75% din greutatea membranelor mitocondriale. Raportul molecular ntre lipidele si proteinele ce alcatuiesc membranele celulare este n medie de aproximativ 50/1. Acest raport este usor de nteles tinnd cont de faptul ca, de regula, compozitia, sub aspectul masei de material organic la nivelul membranelor, este de ~40% lipide si ~50% proteine, iar lipidele sunt molecule cu greutate moleculara mica n timp ce proteinele sunt macromolecule. Realitatea biologica este nsa diversa existnd si exceptii de la aceste valori. De exemplu la nivelul tecii de mielina procentul de masa pentru lipide este de ~80, iar cel al proteinelor de numai ~20. Pe de alta parte, pentru situatia diametral opusa, compozitia de la nivelul membranei mitocondriale interne unde lipidele reprezinta ~20%, iar proteinele ~80%. Putem enunta o regula de principiu, care sugereaza corespondenta ntre raportul lipide/proteine dintr-o membrana si importanta functionala a acesteia: cu ct functiile metabolice ale unei membrane sunt mai accentuate, cu att continutul de proteine al acelei membrane este mai ridicat cu ct rolul de bariera al unei membrane trebuie sa se manifeste mai pregnant, cu att continutul n lipide este mai crescut.

6

Clasificarea acestor proteine se poate face n functie de pozitionare la nivelul membranei (dupa criteriul topografic), dar si n functie de tipul interactiunilor cu moleculele lipidice ale stratului dublu lipidic. n functie de pozitia lor exista doua mari categorii: 1. Proteine periferice, sau extrinseci: acele proteine care se afla atasate de o parte si de alta a bistratului lipidic, interactionnd n principal cu capetele hidrofile ale lipidelor; Proteinele periferice reprezinta, n general aproximativ 25% din proteinele unei membrane. Ele pot fi extrase cu ajutorul unor solutii saline sau agenti chelatori. Deoarece au caracter hidrofil dupa extragere nu sunt asociate cu lipide si si pastreaza solubilitatea n apa. n functie de fata bistratului lipidic caruia (careia) i sunt asociate se clasifica n doua subgrupe: ectoproteine (proteine periferice asociate foitei externe a bistratului, asadar expuse la exteriorul membranei celulare sau pe fata luminala a membranelor organitelor) si endoproteine (proteine periferice asociate foitei interne a bistratului, asadar expuse pe versantul citoplasmatic al membranelor si endomembranelor). 2. Proteine integrale, sau intrinseci sunt acele proteine care sunt integrate n bistratul lipidic, strabatndu-l complet, sau partial. Proteinele integrale reprezinta de regula aproximativ 75% din proteinele unei membrane. Ele se pot extrage din structura bistratului lipidic prin folosirea de detergenti, dupa extragere ramn asociate cu lipide, sunt insolubile n apa si au caracter amfipatic (amfifil - portiunea hidrofoba fiind reprezentata de zona imersata n bistratul lipidic, portiunea/portiunile hidrofila/hidrofile reprezentnd structurile expuse nafara bistratului lipidic). Proteinele integrale care traverseaza complet bistratul lipidic sunt denumite proteine transmembranare. Ca si n cazul lipidelor membranare, proteinele au att rol structural, ct si rol metabolic. Astfel proteinele membranare pot fi receptori, transportori prin membrana (canale ionice, pompe ionice, conexoni). Proteinele membranare mai pot functiona ca enzime (metaloproteinaze componente de matrice extracelulara, fosfolipaze, kinaze, fosfataze) sau ca proteine implicate n semnalizare (proteine G). Proteinele membranare sporesc eterogenitatea si asimetria compozitionala ale membranelor si moduleaza proprietatile fluide ale acestora, adica accentueaza si modeleaza caracterisaticile induse de bistratul lipidic. Altfel spus, proteinele membranare coopereaza cu lipidele att n structurarea membranei ct si n perfectarea functionalitatii acesteia, prin rolul lor metabolic, cel care asigura integrarea celulei cu mediul. Proteinele sunt implicate n multiple procese: transportul molecular si ionic transmembranar; realizarea conexiunilor intercelulare si a ancorarii celulelor n matricea extracelulara; desfasurarea reactiilor enzimatice asociate structurilor membranare; controlul fluxului de informatie ntre celula si mediu prin recunoasterea, legarea si transmiterea moleculelor-semnal; imunitatea celulara.

GLUCIDELE MEMBRANARE Glucidele membranare reprezinta 2-10% din greutatea componentelor membranare. n literatura de specialitate este utilizat termenul de componenta glucidica a membranelor si nu de glucide membranare, pentru a fi, prin exprimare, mai aproape de realitatea biologica. Motivatia acestei preferinte este data de faptul ca, n membranele celulare glucidele nu se gasesc ca entitati (macro)moleculare individuale, ci sunt grefate pe un purtator lipidic, sau proteic, ca structuri oligoglucidice. Ele sunt dispuse ntotdeauna pe versantul extern al membranelor celulare formnd ceea ce denumim glicocalix.

7

Glicocalixul reprezinta nvelisul glucidic al celulelor, constituit din structuri oligoglucidice inserate pe lipide sau proteine. Din punct de vedere al structurii biochimice trei sunt componentele membranare ce participa la structurarea glicocalixului: glicolipidele, glicoproteinele si proteoglicanii. Oligo- si poliglucidice se leaga covalent de proteinele sau lipidele membranare formnd glicoproteine si glicolipide. Proteoglicanii sunt constituiti dintro componenta proteica n bistratul lipidic si o componenta poliglucidica. Lantul poliglucidic ramne n exteriorul celulei, fiind o componenta a matricei extracelulare. n structura glicocalixului nu participa toate monozaharidele existente n natura, doar noua dintre care sapte mai abundent. Acestea sunt : glucoza (Glc), galactoza (Gal), manoza (Man), fucoza (Fuc), Nacetil- glucozamina (GlcNAc), N-acetil-galactozamina (GalNAc) si acizii sialici (SA). ORGANIZAREA MOLECULARA SI FUNTIONALA A MEMBRANELOR MODELUL DE MOZAIC FLUID Cercetatorii S.J. Singer si G.L. Nicolson propun n anul 1972, un model al structurii membrane numit modelul mozaicului fluid. Acest concept a dobndit rapid acceptarea unanima a cercetatorilor si a fost demonstrat ulterior printr-un numar mare de cercetari. Modelu pleaca de la structura de baza a stratul dublu lipidic, la nivelul caruia se afla inserate proteinele intrinseci, integrale ale membranei, asemenea unor aisberguri ce plutesc pe mare.

n acest model, membrana este un fluid structurat, care si pastreaza integritatea si forma generala dar ai carui componente individuale sunt n continua miscare. Proteinele integrale stabilesc in miezul stratului bilipidic interactiuni hidrofobe cu partile nepolare ale lipidelor, respectiv cu catenele acizilor grasi. Portiunea hidrofila a moleculelor proteice situata nafara membranei, fiind in contact cu mediul apos si cu gruparile polare ale fosfolipidelor. Lantul polipeptidic al unei proteine poate traversa membrana o data sau de mai multe ori iar diferitele lanturi polipeptidice pot fi asociate in snul membranei n proteine oligomerice ori n complexe multienzimatice. Membrana este construita deci dintr-un mozaic de regiuni n strat dublu lipidic si de regiuni continnd proteine integrale. La acestea se adauga proteinele periferice (extrinseci) dispuse de o parte si de alta a membranei; stabilind interactiuni de tip electrostatic fie cu partile polare ale lipidelor fie cu gruparile polare expuse la suprafata ale proteinelor integrale. Diverse componente lipidice si proteice ale membranei nu prezinta pozitii fixe. Marea lipidica in care se afla aceste aisbergurile constituite din proteine este fluida iar in planul sau proteinele se pot deplasa lateral sau se pot roti in jurul axei proprii, perpendicular cu planul membrane. Interactiunile lipide-lipide, proteine-lipide si lipide-proteine nu sunt covalente, ceea ce permite o miscare continua si o difuziune a constituentilor membranari n planul acesteia. O caracteristica a modelului biomembranelor este fluiditatea membranelor. S-a demonstrat ca la temperatura fiziologica, stratul dublu este fluid, moleculele lipidice si

8

proteinele integrale sunt libere sa difuzeze, in principal in planul membranei, deplasarea fiind in medie de 1m per secunda pentru lipide si de 1m per minut pentru proteine. Fluiditatea globala a membranei tinde sa devina un important reper obiectiv in explicarea unor procese fiziologice. Modulatorii naturali ai fluiditatii se pot clasifica n functie de natura lor astfel: Modulatori chimici: concentratia colesterolului (raportul colesterol/fosfolipide); gradul de nesaturare al catenelor acizilor grasi din fosfolipide; nivelul sfingomielinei (raportul sfingomielina/lecitina); continutul n fosfatdiletanolamina; continutul de proteine (raportul proteine/lipide) Modulatori fizici: temperatura; pesiunea hidrostatica Asimetria membranelor este o caracteristica cu rol esential n realizarea functiilor celulare. Distributia asimetrica a moleculelor lipidice pe cele doua fete ale bistratului poate fi exemplificata prin structura membranei hematiilor care contine n monostratul lipidic extern predominant fosfatidilcolina si sfingomielina, iar n monostratul intern fosfatidiletanolamina si fosfatidilserina. Consecintele sunt multiple: diferentele gradului de nesaturare ale catenelor alifatice ale lipidelor si natura diferita a gruparilor polare determina diferente n fluiditatea celor doua monostraturi. Apare de asemenea si o distributie diferita a sarcinilor electrice, fosfatidilserina fiind singura fosfolipida cu sarcina negativa. Acest model mai presupune ca stratul bilipidic actioneaza n principal ca o bariera permeabila, n care proteine specifice exista si mediaza majoritatea functiilor membranei. Asimetria este redata de: distributia inegala a proteinelor intramembranare; pozitia externa a glucidelor; enzime specific localizate exclusiv la exteriorul/interiorul membranei; n unele tipuri de membrane exista o asimetrie regionala (ex. Sinapsele); asimetria interior-exterior a fosfolipidelor.

9

This document was created with Win2PDF available at http://www.win2pdf.com. The unregistered version of Win2PDF is for evaluation or non-commercial use only. This page will not be added after purchasing Win2PDF.