Struktura a funkce biomakromolekulKBC/BPOL

9. Lipidy a biologické membrány Ivo Frébort

Jádro buňky

Golgiho aparát

Buněčné membrány

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 membráně1. Davson & Danielli, 19432. Singer & Nicholson, 19723. 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

- hlavní složky fosfolipidů, sfingolipidů a glykolipidů- obsahují polární konec a dlouhý uhlovodíkový řetězec

• Two components - long hydrocarbon chain - carboxylic acid group

Nasycené – flexibilní strukturyk. palmitová (C16), stearová (C18)

Nenasycené – zalomené strukturyk. olejová (C18)

Mastné kyseliny

FosfolipidyHlavní složka biologických membrán

Např. fosfatidylcholine (lecithin)

Fosfatidylcholin

Fosfatidylserin

Fosfatidylethanolamin

Fosfolipidy

Sfingolipidyfosfolipidy odvozené od sfingosinu

Sfingomyelin – jediný fosfolipid v membránách, který není derivátem glycerolu

glycerolGal

deriváty diacylglycerolu

glykosphingolipidy

Galsphingosin

ceramid

galactocerebrosid GM1 gangliosid

Glykolipidy

Cholesterol

Membrána eukaryotních buněk – vysoká koncentrace

Cholesterol má rozhodující vliv na vlastnosti membrány, která je rigidnější a méně propustná pro molekuly vody

Umístění cholesterolu v lipidové dvojvrstvě

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)

Laterální pohyb Rotace

Pohyb komponent biologických membrán

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

PCSMPEPSSacharid

- Složení jednotlivých stran dvojvrstvy je velmi odlišné

- Vlastnosti lipidů ovlivňují vlastnosti membrány

Povrch buňky

Cytosol

Transversální asymetrie lipidů

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