Buněčné membránové struktury. Buněčná (cytoplazmatická) membrána. Jádro; Drsné endoplazmatické retikulum. Katedra zoologie PřF UP Olomouc

Buněčné membránové struktury Katedra zoologie PřF UP Olomouc

Většina buněčných membránových struktur jsou vzájemně propojeny (neustálá komunikace, transport materiálu)

Zásobní Zásobní vezikuly vezikuly Endocytóza Endocytóza (vezikuly) (vezikuly)

mitochondrie mitochondrie

Jaderná Jaderná membrána membrána

Endoplasmatické Endoplasmatické

reticulum reticulum

Gogiho Gogiho aparát aparát

Transportní Transportní vezikuly vezikuly

Plazmatická Plazmatická membrána membrána Exocytóza Exocytóza (vezikuly) (vezikuly)

lysozomy lysozomy http://www.zoologie.upol.cz/osoby/fellnerova/vyuka.htm *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Buněčná (cytoplazmatická) membrána

Jádro; Drsné endoplazmatické retikulum

Cytoplazmatická membrána je vysoce specializovaná struktura:  Ohraničuje buňku  Tvoří většinu buněčných organel Jaderná me mbrána CENTRI OLA

MITOCHONDRIE PLAZM ATICKÁ MEMBRÁNA

LYSOZOM

VAKUOLA

Jádro

JÁDRO

Chromatin Jaderné póry

RIBOSOMY

CYTOPLAZM A HLADE ENDOPLAZM ATICKÉ RETIKULUM

GOLGIHO APARÁT

MIKROFILAMENT A MIKROTUBULY

DRSNÉ ENDOPLAZM ATICKÉ RETIKULUM

*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


1

Golgiho aparát

Vlastnosti membrán  vlastnosti buněk Struktura membrány a poměr jednotlivých jejich složek určuje chemické vlastnosti a dynamiku membrán. Tyto vlastnosti determinují: Komunikaci buňky s okolím – reakce na změny okolního prostředí Komunikaci buněk na úrovni tkání a orgánů a tím funkci celého organismu

Stavba a vlastnosti membrá membrán se promí promítá do všech fyziologických funkcí funkcí organismu I když se jednotlivé biomembrány liší poměrem konkrétních složek, existuje základní pravidlo, podle kterého jsou membrány stavěny.

Všechny biologické biologické membrá membrány jsou stavě stavěny podle stejné é ho principu; jejich zá á klad tvoř stejn z tvoří tři skupiny biomolekul: biomolekul:

Lipidy, proteiny, sacharidy *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


Funkce cytoplazmatické membrány

Cytoplazmatická membrána odděluje vnitřní obsah buňky od vnějšího prostředí. Pro většinu látek je membrána volně nepropustná

Díky přítomnosti specializovaných molekul (především proteinů) plní membrána řadu specifických funkcí, např.: RECEPTORY: rozpoznávají změny v okolním prostředí a reaguje na ně.

TRANSPORTNÍ PROTEINY: zajišťují selektivní transport látek přes membránu http://www.blackwellpublishing.com/matthews/neurotrans.html

ENZYMY: Snižují energii potřebnou pro buněčné reakce *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


2

Lipidy odvozené od glycerolu

Membránové lipidy

Glycerol esterifikován 3 mastnými kyselinami tvoří triacylglycerol :  Lipidy tvoří základní kostru biomembrán, - fosfolipidovou dvojvrstvu  Lipidy ovlivňují fluiditu a pevnost biomembrán,

3 H2O

 fosfolipidová dvojvrstva tvoří účinnou bariéru omezující volný pohyb látek mezi vnějším a vnitřním prostředím buňky

H

H

Hlavní skupiny membránových lipidů H

 Glykolipidy: Deriváty lipidů (lipidy+sacharidy)

NASYCENÉ mastné kyseliny

GLYCEROL

 Fosfolipidy: Lipidy odvozené od glycerolu Představují nejpočetnější skupinu

NASYCENÝ triacylglycerol

-C-C-C-C-

 Cholesterol: Steroidní lipidy *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


Obecná charakteristika lipidů a steroidů Heterogenní skupina látek rostlinného a živočišného původu Co mají společné?  Nerozpustnost ve vodě a ostatních polárních rozpouštědlech  Rozpustnost v organických rozpouštědlech (např. chloroform) Tuky (lipidy): Odvozené od glycerolu obsahují dlouhé uhlovodíkové řetězce mastných kyselin, na které mohou být navázány další molekuly (např. u fosfolipidů)

Steroidy: obsahují mnohonásobný aromatický kruh Kromě stavební funkce v membránách zastávají lipidy a steroidy v organismu řadu dalších funkcí např. zásobní funkce (zdroj energie), regulační funkce (hormony, vitaminy), tepelná izolace těla, produkce tepla (hnědý tuk) aj. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Mastné kyseliny: přehled Symbol NASYCENÉ mastné kyseliny

Chemický vzorec

12 : 0

laurová

CH3(CH2)10COOH

14 : 0

myristová

CH3(CH2)12COOH

16 : 0

palmitová

CH3(CH2)14COOH

18 : 0

stearová

CH3(CH2)16COOH

20 : 0

arachidová

CH3(CH2)18COOH

22 : 0

behenová

CH3(CH2)20COOH

24 : 0

lignocerová

CH3(CH2)22COOH

Symbol NENASYCENÉ mastné kyseliny Chemický vzorec 16 :1

palmitoolejová

CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH

18 : 1

olejová

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH

18 : 2

linolová

CH3(CH2)4(CH=CHCH 2)(CH2)6COOH

18 : 3

alfa-linolenová

CH3CH2(CH=CHCH 2)3(CH2)6COOH

20 : 4

arachidonová

CH3CH4(CH=CHCH 2)4(CH2)2COOH

24 : 1

nervonová

CH3(CH2)7CH=CH(CH2)13COOH *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

3

Fosfolipidy TRIACYLGLYCEROL

FOSFOLIPIDY: polarita

V molekule fosfolipidu jsou dvě–OH skupiny vázány s molekulou mastné kyseliny, na třetí –OH skupině je vázán zbytek kyseliny fosforečné PO43+ s další malou molekulou s polární skupinou [alkohol, cholin]

 Nejčastější membránové lipidy, tvoří kostru membrány  Obsahují fosfátovou skupinu vázanou na další polární molekulu  Jsou amfipatické: obsahují hydrofilní a hydrofóbní oblast

cholin

Hydrofilní (“water lowing”), polární, elektricky nabitá část: fosfátová „hlava“

Hydrofóbní (“water hating”), nepolární oblast: řetězce mastných kyselin

Mastná kyselina triacylglycerolu může být nahrazena jinou molekulou

FOSFOLIPID *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Nejčastější fosfolipidy savčích buněk Fosfolipidy glycerolu odvozeny od

Typický fosfolipid VNĚJŠÍ membránové vrstvy

Lecithin [phosphatidylcholine]

=

glycerol

Phosphatidyl ethanolamin

=

glycerol

Phosphatidyl serin

=

glycerol

2 mastné kyseliny

kyselina fosforečná

choline

2 mastné kyseliny


ethanolamin

2 mastné kyseliny


serin

Typické fosfolipidy VNITŘNÍ membránové vrstvy

Fosfolipidy sphingosinu odvozeny od [amino alcohol]


FOSFOLIPIDY ve vodném prostředí

Sphingomyelin

=

2 mastné sphingosine kyseliny


choline


Micely

Fosfolipidová dvojvrstva Je základem buněčných membrán. Vnější strany jsou tvořeny hydrofóbní části fosfolipidu, vnitřní vrstva je hydrofóbní

Micely Sférické útvary. Povrch tvoří hydrofilní části fosfolipidů, vnitřek je hydrofóbní.

Dominantní fosfolpid myelinu nervových vláken, dále přítomen v plazmatické membráně a subcelulárních membránách

Liposomy

Ve vodném prostředí tvoří fosfolipidy spontánně útvary, které „chrání“ hydrofóbní konce mastných kyselin od kontaktu s vodním prostředím:

Dvojvrstva

Liposomy Sférické útvary. Tvořené fosfolipidovou dvojvrstvou. Střední část je vyplněna vodou. Liposomy se využívají v lékařství a kosmetice k transportu látek do buněk *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

4

Membránové steroidy Charakteristika steroidů:  několikanásobný aromatický kruh

 hydrofóbní uhlovodíkový řetězec

 hydroxylová [phenolová] skupina

 hydrofilní hydroxylová skupina

INTEGRÁLNÍ a PERIFERNÍ membránové proteiny PERIFERNÍ proteiny

INTEGRÁ INTEGRÁLNÍ LNÍ proteiny

Periferní proteiny nejsou přímou (neoddělitelnou) součástí membrány; Jsou s membránou spojeny prostřednictvím jiných molekul

• Transmembránové (integrální) proteiny procházejí napříč membránou – jsou její přímou součástí • Proteiny „ponořené“ do membrány z jedné strany

Typický steroid živočišných buněk

PERIFERNÍ proteiny

 Zvyšuje propustnost fosfolipidové dvojvrstvy  Zvyšuje pevnost membrány  Chrání uhlovodíkové řetězce od příliš těsného kontaktu

INTEGRÁ INTEGRÁLNÍ LNÍ proteiny

 Je klíčový regulátor membránové fluidity


PROTEINY v membránách


Klasifikace proteinů z funkčního hlediska Membránové proteiny můžeme podle jejich funkce rozdělit do různých funkčních skupin:

 Tvoří v průměru 50% objemu membrány

Transportní protein

Stavební proteiny

 Množství a typ membránových proteinů je vysoce variabilní Přenašeče

Buněčná spojení

Kanály

Receptory

Enzymy

(aj. regulační molekuly) Receptory Imunitního systému

Cytoskelet

 Proteiny dávají membránám charakteristické funkční vlastnosti. Jsou nositely specifických funkcí membrány: • • • •

Transport látek přes membránu Receptory - komunikace buňky s okolním prostředím Imunitní reakce Stavební a podpůrná funkce

 Membránové proteiny můžeme klasifikovat na základě: 1. pozice v membráně 2. funkce *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Receptory pro signální molekuly Otevřené kanály

Vrátkové kanály Metabolismus

Signální dráhy

http://www.blackwellpublishing.com/matthews/neurotrans.html

Mechanicky Řízené kanály

Elektricky Řízené kanály

Chemicky Řízené kanály

!!! Více PPT: Proteiny

!!! Více PPT: Membrány-funkce

http://www.zoologie. upol .cz/osoby/fellnerova/ fyzi ologie_vy uk_mater. htm

http://www.zoologie. upol.cz/osoby/felln erova/fyziologie_vyuk _mat er. htm


5

Sacharidy buněčných membrán  Vnější strana membrán eukaryotických buněk je obklopena vrstvou sacharidů, tzv. glykokalyx = na sacharidy bohatý povrch buněk transmembránový glykoprotein

periferní glykoprotein

transmembránový proteoglykan

Sacharidové zbytky

Fluidní model membrány Membrány nepředstavují statickou strukturu; molekuly jsou v membráně vázány zpravidla slabými hydrofóbními vazbami. Všechny složky membrány tak tvoří dynamický celek, který by měl flexibilně reagovat na změny a potřeby okolních tkání a celého organismu. Pro správnou funkci buněk je proto nezbytná tzv. fluidita („tekutost“) membrán, která např. umožňuje:

glykokalyx

 pohyb a vzájemnou integraci membránových proteinů v lipidové vrstvě (význam hl. při buněčné signalizaci; kvalitativní i kvantitativní změny receptorů, transportních proteinů atd.)

Glykolipid

Lipidová dvojvrstva

 snadnou distribuci molekul z místa syntézy do jiných míst buňky  rovnoměrné rozdělení molekul při dělení mezi dceřinné buňky

cytosol *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


FUNKCE sacharidů vázaných na membránu

STAVBA membrá membrány: ny:

OCHRANA Sacharidy chrání buňku před mechanickým i chemickým poškozením vytvořením glykokalyxu = sacharidový plášť buněk]

MEZIBUNĚČNÁ KOMUNIKACE Oligosacharidové řetězce jsou rozpoznávány tzv. lektiny [= specializované proteiny, rozpoznávající specificky sacharidy]. Lektiny zprostředkovávají adhezi buněk v různých procesech  interakce spermie a vajíčka  adheze krevních destiček  recirkulace lymfocytů  zánětlivé procesy

Faktory ovlivňující fluiditu membrán:

!!! Více PPT: Imunologie

 počet dvojných vazeb a délka řetězců mastných kyselin:

Nenasycené fosfolipidy ↑ fluiditu Nasycené fosfolipidy ↓ fluiditu

 množství cholesterolu

Cholesterol ↓ fluiditu

http://www.zoologie. upol. cz/osoby/fellnerova/fyziol ogie_vyuk_mat er.htm

 Pohyby fosfolipidů

Pohyby ↑ fluiditu

Teplota: “Bod tání” je pro fluiditu membrány kritickou hodnotou (je specifická pro konkrétní membrány.

Teplota ↑ fluiditu

Membrány při teplotě nižší než bod tání ztrácí fluiditu. Nenasycené mastné kyseliny a MK s delším řetězcem mají nižší bod tání. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*


6

Stavba biomembrán: přehled:

LIPIDY

SACHARIDY

glykolipidy

PROTEINY

glykoproteiny

proteoglykany

Integrální proteiny

Periferní proteiny

cholesterol nasycené

transmembránové

fosfolipidy nenasycené

Vázané na integrální protein

Vázané na membránu (z vnější/vnitřní strany)

Vázané na fosfolipidy


7

Buněčné membránové struktury. Buněčná (cytoplazmatická) membrána. Jádro; Drsné endoplazmatické retikulum. Katedra zoologie PřF UP Olomouc

Recommend Documents