9. Lipidy a biologické membrány

Transkript

1 Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 9. Lipidy a biologické membrány Ivo Frébort

2 Buněčné membrány Jádro buňky Golgiho aparát

3 Funkce buněčných membrán Bariéry vůči toxickým látkám Pomáhají akumulovat nutrienty Přenos energie Zprostředkovávají pohyb buňky Buněčná reprodukce Modulace přenosu signálu Zprostředkovávají mezibuněčné interakce

4 Fůze buněčných membrán sekrece a endocytosa

5 Vývoj poznatků o buněčné membráně 1. Davson & Danielli, Singer & Nicholson,

6 Spontánně formované lipidové struktury Pouze velmi málo lipidů existuje jako monomery Na fázovém rozhraní jsou nepolární konce lipidů orientovány směrem od vodné fáze V micelách jsou nepolární konce ukryty ve středu sférické struktury Micely se rozpadají v nepolárních rozpouštědlech Stabilní útvary lipidové dvojvrstvy

7 Spontánně formované lipidové struktury

8 Lipidové složky biomembrán Fosfolipidy - deriváty glycerol-3-fosfátu - polární konec derivát alkoholu - dvě mastné kyseliny Sfingolipidy - deriváty sfingosinu - jedna mastná kyselina Cholesterol - eukaryotní membrány - rigidní steroidní kruh Glykolipidy

9 Mastné kyseliny - hlavní složky fosfolipidů, sfingolipidů a glykolipidů - obsahují polární konec a dlouhý uhlovodíkový řetězec Two components - long hydrocarbon chain - carboxylic acid group Nenasycené zalomené struktury k. olejová (C18) Nasycené flexibilní struktury k. palmitová (C16), stearová (C18)

10 Fosfolipidy Hlavní složka biologických membrán Např. fosfatidylcholine (lecithin)

11 Fosfolipidy Fosfatidylcholin Fosfatidylserin Fosfatidylethanolamin

12 Sfingolipidy fosfolipidy odvozené od sfingosinu Sfingomyelin jediný fosfolipid v membránách, který není derivátem glycerolu

13 Gal glycerol Glykolipidy deriváty diacylglycerolu Gal sphingosin ceramid glykosphingolipidy galactocerebrosid GM 1 gangliosid

14 Cholesterol Membrána eukaryotních buněk vysoká koncentrace

15 Umístění cholesterolu v lipidové dvojvrstvě Cholesterol má rozhodující vliv na vlastnosti membrány, která je rigidnější a méně propustná pro molekuly vody

16 Lipidové dvojvrstvy

17 Detergenty používané k rozpouštění komponent biologických membrán

18 Model fluidní mozaiky Fosfolipidová dvojvrstva je fluidní matrix Dvojvrstva je chápána jako dvojrozměrný solvent Lipidy a proteiny mohou vykazovat rotační a laterální pohyb - demonstrováno fluorescenčně značenými protilátkami (proteiny) a EPR a NMR (lipidy) Dva druhy proteinů: - periferální proteiny (ukotvené) - integrální proteiny (transmembránové)

19 Pohyb komponent biologických membrán Laterální pohyb Rotace

20 Asymetrie biologických membrán Laterální asymetrie - shlukování proteinů nebo lipidů na povrchu membrány Transversální asymetrie - rozdílná stuktura proteinů a lipidů na opačných stranách membrány

21 Laterální asymetrie

22 Transversální asymetrie lipidů Povrch buňky PC SM PE PS Sacharid Cytosol - Složení jednotlivých stran dvojvrstvy je velmi odlišné - Vlastnosti lipidů ovlivňují vlastnosti membrány

23 Transversální asymetrie lipidových složek biomembrán

24 Flipasy Lipidy mohou být translokovány z jedné vrstvy do druhé pomocí flipas Flipasy pasivní (nevyžadují energii) Flipasy aktivní (ATP) Aktivní flipasy mohou vytvářet asymetrické membrány

25 Působení flipasy

26 Lipidy ukotvené proteiny Typy ukotvení - amid-myristoyl - thioester-acyl mastné kyseliny - thioether-prenyl - glykosyl-fosfatidylinositol Lipidové kotvy modulují signální komplexy

27 Amid-myristoyl ukotvené proteiny Kyselina myristová, vazba přes N-koncový Gly - camp-dependentní protein kinasa - pp60 src tyrosinkinasa - kalcineurin B - α-podjednotka G proteinů - gag protein HIV-1

28 Thioester-acyl mastné kyseliny Širší spektrum lipidů - myristát, palmitát, stearát, oleát Aminokyseliny - Cys, Ser, Thr - G-protein receptory - plášťové glykoproteiny některých virů - transferin receptor

29 Ukotvení amid-myristoyl a thioester-acyl

30 Ukotvení thioether-prenyl Vazba isoprenové skupiny Cys v motivu CaaX (C=Cys, a=alifatická aminokyselina, X=jakákoliv aminokyselina) Isoprenové skupiny: farnesyl (C15, 3x dvojná vazba), geranyl (C20, 4x dvojná vazba) - yeast mating factor - p21 ras - jaderný lamin

31 Ukotvení thioether-prenyl

32 Modulace Ras proteinu lipidovým ukotvením

33 Ukotvení glykosyl-fosfatidylinositol (GPI) Ukotvení přes C-konec proteinu Ethanolamin vázán na oligosacharid a ten dále na inositolfosfát - povrchové antigeny - adhezní molekuly - hydrolasy buněčného povrchu

34 GPI ukotvené proteiny

35 Lipopolysacharidy u Gram-negativních baktérií

36 Lipopolysacharidy u Gram-negativních baktérií