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 M d l Modulace přenosu ř signálu i ál 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 Ch l t l - 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
Glykolipidy
glycerol
deriváty diacylglycerolu
Gal sphingosin
ceramid
glykosphingolipidy
galactocerebrosid
Cholesterol Membrána eukaryotních buněk – vysoká koncentrace
GM1 gangliosid
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 hl k á í proteinů t i ů nebo b lilipidů idů na povrchu membrány Transversální asymetrie o d ás stuktura u uap proteinů o e ů a lipidů p dů na a - rozdílná opačných stranách membrány
Laterální asymetrie
☺
Transversální asymetrie lipidů Povrch buňky
Cytosol
PC SM PE PS Sacharid
- 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 - pp60src 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 - p21ras - 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