Lipidy. biomembrány a membránový transport

Transkript

1 Lipidy biomembrány a membránový transport

2 - velmi nesourodá skupina Lipidy - def. podle fyzikálních vlastností - rozpustné v nepolárních a nerozpustné v polárních rozpouštědlech -jednoduché lipidy - acylglyceroly (estery glycerolu a mastných kyselin; triacylglyceroly) -vosky (estery mastných kyselin a jednosytných vyšších alkoholů) -isoprenoidy (terpeny, karotenoidy, steroidy aj.), prekurzorem je IPP (aktivovaný isopren) -složené lipidy, např. fosfolipidy, glykolipidy a lipoproteiny se někdy nazývají lipoidy. Někdy dělení lipidů na: zmýdelnitelné a nezmýdelnitelné Zmýdelnitelné: alkalickou hydrolýzou lze uvolnit soli mastných kyselin; obsahují acylové zbytky, vázané esterovou nebo amidovou vazbou, především tedy neutrální lipidy (triacylglyceroly) a polární lipidy na bázi glycerolu nebo sfingosinu (viz fosfatidáty a sfingolipidy) Nezmýdelnitelné: zejména isoprenoidy

3

4 Funkce - zdroj a reserva energie - strukturní (biologické membrány) - ochranné (mechanická a tepelná isolace) - signální (druzí poslové)

5

6 Mastné kyseliny - společný název pro alifatické monokarboxylové kyseliny, které lze získat hydrolýzou přírodních lipidů -nasycené (myristová C14, palmitová C16, stearová C18) -nenasycené (isolované dvojné vazby v cis konfiguraci) (olejová, 18:1, linolová 18:2, linolenová 18:3, arachidonová 20:4)

7

8 Eikosanoidy (též ikosanoidy; 20 C atomů - řecky eikosi = 20) deriváty kyseliny arachidonové, tkáňové hormony. Např.: prostaglandiny, thromboxany a leukotrieny; řada funkcí. Některé zprostředkují alergické reakce, podílejí se na rozvoji zánětu, vzniku horečky, bolesti, ovlivňují vasomotoriku, procesy srážení krve a činnost nervového systému Při cyklizaci molekuly kyseliny arachidonové vytváří cyklooxygenasa v molekule kyseliny arachidonové pětičlenný cyklus, typický pro prostaglandiny a tromboxany, vznikající dalšími úpravami velmi reaktivní molekuly PGG2. Inhibitory cyklooxygenasy jsou významná léčiva jako Aspirin (Acylpyrin) či Ibuprofen.

9 Triacylglyceroly (TAG) - estery glycerolu a vyšších mastných kyselin - funkce zásobní -směsi triacylglycerolů - tuky (někdy též neutrální tuky, též lipidy v nejužším slova smyslu)

10 Polární lipidy - nepolární (hydrofobní) část (často 2 acylové zbytky) i polární (hydrofilní) hlavice amfifilní (amfipatický) charakter Dělení: a) podle alkoholu na deriváty glycerolu (např. fosfatidáty) a deriváty sfingosinu (sfingolipidy) b) obsahují-li zbytek kyseliny fosforečné - fosfolipidy c) obsahují-li cukernou složku, označujeme je jako glykolipidy; d) cholesterol a jeho deriváty se také někdy řadí mezi polární lipidy, neboť obsahuje hydroxylovou skupinu jako polární část a zbytek molekuly je nepolární

11 X: - fosfatidáty (fosfoacylglyceroly)

12 Hydrofóbní část Polární část Biologická membrána

13 Isoprenoidy - od isoprenu; prekurz. syntézy IPP (synt. od acetyl-coa); počet C bývá n x 5 dělení na: hemiterpeny (n = 1, isopren), monoterpeny (n = 2, např. kafr), seskviterpeny (n = 3), diterpeny (n = 4), sesterterpeny (n = 5), triterpeny (n = 6, např. steroidy, cholesterol), tetraterpeny (n = 8, např. karotenoidy) a polyterpeny (n = , např. kaučuk). CH 3 H 2 C C CH CH2 isopren steran HO H 3 C CH CH 3 3 H -CH H 2 - CH 2 - CH 2 - CH- CH 3 3 C C cholesterol - steroidní hormony (prekurz. synt. cholesterol), žlučové kyseliny, kalciferol (vitamin D) - terpeny, karotenoidy (vitamin A), gutaperča a kaučuk - isoprenoidní struktury -součástí biologicky aktivních molekul (např. chlorofyl, ubichinon, vitaminy E a K)

14 Vosky - estery vyšších mastných kyselin a vyšších jednosytných alkoholů - ochrana před vysycháním i před průnikem patogenů - u rostlin i živočichů je lze nalézt na povrchu těla, kde vytváří tenkou ochrannou vrstvu (př. Kutikula) - hmyz je produkuje pro stavbu obydlí (včelí vosk) - pro živočichy nestravitelné.

15 BIOLOGICKÉ MEMBRÁNY Funkce: isolace vs. propustnost Základní struktura: dvojvrstva polárních lipidů + bílkoviny

16 Biologické membrány

17

18 Hmotnostního zastoupení lipidů v biologických membránách (v molárních %)

19 Buněčná membrána

20 Poměr obsahu proteinů a lipidů v některých membránách

21 Membránové bílkoviny Periferní a integrální, lipoproteiny (hydrofobní zbytky na povrchu) nesymetrické uložení: vnější část glykosylována Funkce - transportní systémy -membránové enzymy -receptory (membránové bílkoviny schopné specificky vázat informační látky a v důsledku toho změnit konformaci a funkci) mechanické funkce: -zachování tvaru (membránový skelet) - pohyb (bičíky) - klathrin (zajištění endocytosy)

22 Transport částic přes biologickou membránu (membránový transport) Membrána hranice dvou světů Funkce biologických membrán izolace/komunikace (hmota, informace) Membrány - polopropustné -jen některé částice přecházejí přes membrány volně, přestup jiných přísně řízen

23 Membránový transport Podle provedení: - volná difuze (uhlovodíky, steroidy, O 2, N 2, H 2,CO 2 ); podm? Konc. sp. I. F.z. - trvalými póry (proteiny poriny) - uzavíratelnými póry - ionofory (přenos iontů, iontové kanály) - bílkovinnými přenašeči - skupinová translokace (dochází k chemické modifikaci přenášené částice); např. přenos acylů do mitochondrie pomocí karnitinu - exocytóza/endocytóza - štěrbinová propojení (gap junctions) přímý transport mezi buňkami + - některé polární malé molekuly (močovina, ethanol) mohou procházet membránou díky nepravidelnostem v uspořádání lipidů; dočasně vznikají volná místa při pohybu dlouhých řetězců mastných kyselin

24 Příklad ligandem řízeného iontového kanálu Štěrbinové propojení (gap junction)

25 Endocytóza

26 - přenos pomocí integrálních proteinů transportérů: translokasy, permeasy, tradičně usnadněná difuze (ve směru konc. grad.)

27 sekudnární (symport nebo antiport)

28 Závislost rychlosti transportu na rozdílu koncentrací transportované látky mechanismem (1) difuze pomocí přenašeče a (2) volné difuze

29 Transport MK do mitochondrie karnitinpalmitoyltransferasa I acyl-scoa + karnitin HSCoA + acyl-karnitin Acyl-karnitin přechází přes vnitřní mitochondriální membránu mechanismem specifického antiportu proti volnému karnitinu. Na vnitřním povrchu membrány (v matrix mitochondrie) je karnitinpalmitoyltransferasa II, která katalyzuje obrácenou reakci, přenos acylu z karnitinu na HSCoA, přičemž je karnitin regenerován.

30 Elektrochemický potenciál (na membráně) i = i o + RT ln a i + z i F 2 složky koncentrční, elektrická - membránový potenciál - měřitelná elektrická veličina (udávaná ve V nebo mv), která u některých biologických membrán dosahuje hodnot vyšších než 100 mv. Většinově přijímaná konvence určuje, že v případě, kdy vnitřní prostor kompartmentu má oproti vnějšímu záporný potenciál, je < 0 Mezi vnější a vnitřní částí cytoplasmatické mebrány naprosté většiny živých buněk existuje klidový membránový potenciál, jehož hodnota je 30 až 90 mv (u většiny neuronů v lidském těle: -70 až -90 mv).

31 Membránový transport Jak získat energii? primární (ATPasy) sekudnární (symport nebo antiport) na úkor redoxních reakcí (dýchací řetězec, fotosynthesa)

32 Membránový transport primární (ATPasy)

33

34

35 Membránový transport bakteriorhodopsin

36 Membránový transport podle energetického zabarvení: elektrochemický potenciál: i = i o + RT ln a i + z i F na jedné straně membr.: i,a = i o + RT ln a i,a + z i F A na druhé straně membr.: i,b = i o + RT ln a i,b + z i F B energie při přechodu iontu: i,b - i,a = RT ln a i,b + z i F B - RT ln a i,a - z i F A i,b - i,a = RT ln (a i,b / a i,a ) + z i F( B - A ) i,b - i,a = RT ln (a i,b / a i,a ) + z i F. = membránový potenciál pasivní transport aktivní transport