Lipidy biomembrány a membránový transport
- 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
Funkce - zdroj a reserva energie - strukturní (biologické membrány) - ochranné (mechanická a tepelná isolace) - signální (druzí poslové)
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)
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.
Triacylglyceroly (TAG) - estery glycerolu a vyšších mastných kyselin - funkce zásobní -směsi triacylglycerolů - tuky (někdy též neutrální tuky, též lipidy v nejužším slova smyslu)
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
X: - fosfatidáty (fosfoacylglyceroly)
Hydrofóbní část Polární část Biologická membrána
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 = 10 10 000, 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)
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.
BIOLOGICKÉ MEMBRÁNY Funkce: isolace vs. propustnost Základní struktura: dvojvrstva polárních lipidů + bílkoviny
Biologické membrány
Hmotnostního zastoupení lipidů v biologických membránách (v molárních %)
Buněčná membrána
Poměr obsahu proteinů a lipidů v některých membránách
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)
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
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
Příklad ligandem řízeného iontového kanálu Štěrbinové propojení (gap junction)
Endocytóza
- přenos pomocí integrálních proteinů transportérů: translokasy, permeasy, tradičně usnadněná difuze (ve směru konc. grad.)
sekudnární (symport nebo antiport)
Závislost rychlosti transportu na rozdílu koncentrací transportované látky mechanismem (1) difuze pomocí přenašeče a (2) volné difuze
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.
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).
Membránový transport Jak získat energii? primární (ATPasy) sekudnární (symport nebo antiport) na úkor redoxních reakcí (dýchací řetězec, fotosynthesa)
Membránový transport primární (ATPasy)
Membránový transport bakteriorhodopsin
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