Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 9. Lipidy a biologické membrány Ivo Frébort
Buněčné membrány Jádro buňky Golgiho aparát
Funkce buněčných membrán Bariéry vůči toxickým látkám Pomáhají akumulovat nutrienty Přenos energie Zprostředkovávají pohyb buňky Buněčná reprodukce Modulace přenosu signálu Zprostředkovávají mezibuněčné interakce
Fůze buněčných membrán sekrece a endocytosa
Vývoj poznatků o buněčné membráně 1. Davson & Danielli, 1943 2. Singer & Nicholson, 1972 3. 2004
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
Spontánně formované lipidové struktury
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
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)
Fosfolipidy Hlavní složka biologických membrán Např. fosfatidylcholine (lecithin)
Fosfolipidy Fosfatidylcholin Fosfatidylserin Fosfatidylethanolamin
Sfingolipidy fosfolipidy odvozené od sfingosinu Sfingomyelin jediný fosfolipid v membránách, který není derivátem glycerolu
Gal glycerol Glykolipidy deriváty diacylglycerolu Gal sphingosin ceramid glykosphingolipidy galactocerebrosid GM 1 gangliosid
Cholesterol Membrána eukaryotních buněk vysoká koncentrace
Umístění cholesterolu v lipidové dvojvrstvě Cholesterol má rozhodující vliv na vlastnosti membrány, která je rigidnější a méně propustná pro molekuly vody
Lipidové dvojvrstvy
Detergenty používané k rozpouštění komponent biologických membrán
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)
Pohyb komponent biologických membrán Laterální pohyb Rotace
Asymetrie biologických membrán Laterální asymetrie - shlukování proteinů nebo lipidů na povrchu membrány Transversální asymetrie - rozdílná stuktura proteinů a lipidů na opačných stranách membrány
Laterální asymetrie
Transversální asymetrie lipidů Povrch buňky PC SM PE PS Sacharid Cytosol - Složení jednotlivých stran dvojvrstvy je velmi odlišné - Vlastnosti lipidů ovlivňují vlastnosti membrány
Transversální asymetrie lipidových složek biomembrán
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
Působení flipasy
Lipidy ukotvené proteiny Typy ukotvení - amid-myristoyl - thioester-acyl mastné kyseliny - thioether-prenyl - glykosyl-fosfatidylinositol Lipidové kotvy modulují signální komplexy
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
Thioester-acyl mastné kyseliny Širší spektrum lipidů - myristát, palmitát, stearát, oleát Aminokyseliny - Cys, Ser, Thr - G-protein receptory - plášťové glykoproteiny některých virů - transferin receptor
Ukotvení amid-myristoyl a thioester-acyl
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
Ukotvení thioether-prenyl
Modulace Ras proteinu lipidovým ukotvením
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
GPI ukotvené proteiny
Lipopolysacharidy u Gram-negativních baktérií
Lipopolysacharidy u Gram-negativních baktérií