Lipidy biomembrány a membránový transport
Lipidy - velmi nesourodá skupina - 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
- fosfatidáty (fosfoacylglyceroly)
X:
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). CH3 H2C C
CH
CH2
isopren CH3 H3C H3C
CH3
CH -CH2- CH2- CH2- CH- CH3
cholesterol
steran HO
- 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, O2, N2, H2,CO2); 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 = io + RT ln ai + ziF „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 = io + RT ln ai + ziF na jedné straně membr.: i,A = io + RT ln ai,A + ziFA na druhé straně membr.: i,B = io + RT ln ai,B + ziFB
energie při přechodu iontu: i,B - i,A = RT ln ai,B + ziFB - RT ln ai,A - ziFA i,B - i,A = RT ln (ai,B/ ai,A) + ziF(B - A) i,B - i,A = RT ln (ai,B/ ai,A) + ziF.
= membránový potenciál •
pasivní transport
•
aktivní transport
