Plazmatická membrána, mezibuněčné spoje, adheze

buněk a mezibuněčná hmota.

MUDr. Džubák Petr, Ph.D.Laboratoř experimentální medicíny při

Dětské kliniceLékařská fakulta Univerzity Palackého

Použitá literatura:

Základy buněčné biologie – Alberts et al.

Další zdroje:Biochemie – Voet &Voetová

Molecular Cell Biology – Lodish

Biomembrány• strukturální základ většiny

buněčných organel • podílí se na buněčných

funkcích:

- ohraničují buňku od okolí

- vytváří vnitrobuněčné

kompartmenty

- zprostředkují kontakt buňky

s okolím

- uskutečňují transport látek do buňky a z buňky

- mají tloušťku kolem

7,5 nm

- jsou tvořeny dvojvrstvou

fosfolipidů

Historie poznání struktury membrán

1890: povrch buňky má lipidovou povahu (Overton)

1926: dvojvrstva lipidů (Gorder and Grendel)

1943: dvojvrstva lipidů krytá vrstvami bílkovin (Davson and Danielli)

1960: unit membrane (Robertson)

1972: model fluidní mozaiky – proteiny „plavou“ ve vrstvě fosfolipidů (Singer a Nicholson)

1980: detailní struktura membránových proteinů a dynamika fosfolipidové dvojvrstvy (Unwin a Henderson)

Současný model biologické membrány

Chemické komponenty membrán: lipidy (fosfolipidy, steroly) bílkoviny (přenašeče, spojníky, receptory, enzymy)

cukry (glykoproteiny, proteoglykany) Fosfolipidy: glycerofosfatidy

-glycerol -cholin -etanolamin -serin -inositol sfingofosfatidy -sfingosin

Steroly: cholesterol ergosterol

glycerolu

sfingosinu(amino alkohol)

Odvozeny od

Typický fosfolipid VNĚJŠÍ membránové vrstvy

Lecitin(fosfatidylcholin)

Fosfatidyl ethanolamin

Fosfatidylserin

Typické fosfolipidy VNITŘNÍ membránové vrstvy

glycerol 2 mastnékyseliny fosfát

Nej

čast

ější

fosf

olip

idy

v m

embr

ánác

h cholin

glycerol 2 mastnékyseliny fosfát serin

glycerol 2 mastnékyseliny fosfát ethanolamin

Sfingomyelin sfingosin 2 mastnékyseliny fosfát cholin

Dominantní fosfolipid myelinu nervových vláken, přítomen v plazmatické membráně a subcelulárních membránách.

Adaptováno dle Ivany Fellnerové, PřF UP Olomouc

Fyzikální vlastnosti membrán

Stabilita dvojvrstvy (bilayeru):

hydrofobní interakce mezi řetězci mastných kyselin

• Polarita molekul

hydrofilní konce (PO4 ,,

COOH, OH, NH3

hydrofobní konce řetězce mastných kyselin • autoorganizace

liposomy, myelinové struktury• asymetrické uspořádání • tekutý charakter

bod přechodulaterální migrace flip-flop pohyb

Micely vs. liposomy

• Amfifilní molekuly s jedním

hydrofobním řetězcem

Liposomy Liposomy

Mobilita membránových složekPokus Frye a Edidina:Důkaz fluidity membrán

Pohyb molekul: RotačníLaterálníflip-flop (flippase, floppase, scramblase)

Mobilita membránových složek

Důkaz fluidity membrán

Fluidita membrány

Tekutost bilayeru: dána pohyblivostí molekul• teplotou• podílem nasycených a nenasycených mastných kyselin• podílem cholesterolu v lipidové dvojvrstvě

Zastoupení jednotlivých lipidů v různých typech buněk

Asymetrie lipidové dvojvrstvy

Flipázy,

Flopázy,

….

Známka apoptózy – externalizace fosfatidyl serinu

http://www.roche-applied-science.com

Relativní propustnost lipidové dvojvrstvy

109

Heterogenita lipidů v membráně a jejich asymetrická distribuce v bilayeru. Ostrůvky (průměr 50 nm), kde jsou soustředěny sfingolipidy a cholesterol, se nazývají rafty. Pohybují se v rovině membrány a slouží k segregaci a interakci signálních proteinů.

Membránové proteiny: asi 50% hmotnosti membrány

- hydrofobní doménou jsou zanořeny do bilayeru- hydrofobní doména je tvořena aminokyselinami s hydrofobními skupinami- integrální a periferní proteiny- Proteiny se dostávají dobilayeru při proteosyntézeNěkteré integrální proteiny prostupují přes membránu vícekrát Připojení periferních proteinů:lipidové kotvy(např. dolichol)

Některé funkce proteinů plazmatické

membrány

Např. sodíková pumpa, integriny, receptor pro PDGF, adenylát cykláza.

Uspořádání proteinů ve fosfolipidovém bilayeru:

Transmembránové domény proteinů jsou tvořeny hydrofobními aminokyselinami: ala, val, leu, ileu, met, tyr, try a phe

Bílkoviny biomembrán

-šroubovice procházející lipidovou dvojvrstvou

• Hydrofobní postranní řetězce aminokyselin.

-soudek

Jen široké kanály

Index hydropatie

Typický příklad transmembránového proteinu.

Kotvení membránových proteinů

Solubilizace membrán

• Detergenty - Amfipatické molekuly (hydrofobní a hydrofilní oblast)

Funkční enzymatické modely na

základu fosfolipidových

vesikul

Detailní struktura membránových proteinů

• http://expasy.org/sprot/ (Swiss-prot)

Mrazové lámání

Omezení laterální pohyblivosti proteinů plazmatické membrány.

Asymetrické rozdělení membr. proteinů, polarizace.

Lidské erytrocyty ve skenovacím elektronovém mikroskopu

Membránový skelet: síť proteinů pod plasmatickou membránou erytrocytu:

vlákna spektrinu a aktinu a spojovací proteiny (např. integriny)

Glykokalyx

Glykolipidové molekuly

ABO systém

Organizace buněk ve tkáních

Hlavní typy mezibuněčných spojů.

Těsné spoje (tight junctions)

Komplexy proteinů těsného spoje

Occludin, Claudin-1, E-Cadherin, ZO-1, JAM-1, Catenins, Cingulin,

Actin

Funkce: neprodyšnost epitelů, polarita epiteliálních buněk.

Apikální strana

Basální strana

Mechanické spoje - kadheriny

Adhezní pásy – pásové desmosomy

(kadherinové molekuly + aktin)

schopnost měnit tvar, embryonální vývoj

Desmosomy- bodové spoje

(kadherinové molekuly + intermediální filamenta)

pevnost v tahu, exponovaná místa

HemidesmosomKeratin

Spojníkový protein

Integrin

Laminin

Kde už ani hemidesmosomy nestačí !

Integriny funkce- vazba buněk na ECM a signalizace, migrace buněk

Jméno Synonyma Distribuce Ligandy

α1β1   Mnoho Kolageny, lamininy

α2β1   Mnoho Kolageny, lamininy

α4β1 VLA-4 Hematopoetické buňky Fibronektin, VCAM-1

α5β1Fibronektinový

receptor Široce rozšířený Fibronektin a proteinázy

α6β1Lamininový

receptor Široce rozšířenýMatrixové makromolekuly,

lamininy

αLβ2 LFA-1 T-lymfocyty ICAM-1, ICAM-2

αMβ2 Mac-1, CR3 Neutrofily a monocyty Sérové proteiny, ICAM-1

αIIbβ3   Destičky Fibrinogen, fibronektin

αVβ3Vitronektinový

receptorAktivované endoteliální buňky, melanom,

glioblastom

Vitronektin, fibronektin, fibrinogen, osteopontin, Cyr61

αVβ5   Široce rozšířený, fibroblasty Vitronektin a adenoviry

αVβ6   Proliferující epitel, játra, plíce Fibronektin; TGFβ1+3

α6β4   Epiteliální buňky Laminin

Regulace - integriny

Mezerové spoje

Úzké průchody pro malé molekuly – umožňují přímý přestup z cytoplasmy jedné buňky do druhé.Elektrické a metabolické propojení buněk.

Plasmodesmatafunkční obdoba mezerového spoje u rostlin.

Pojivová tkáň

Proteoglykanový agregát z chrupavky

Kyselina Hyaluronová

Kolagen – pevnost v tahu

Tuhá trojřetězcová helikální struktura – superhelix

Syntéza kolagenu

Uspořádání kolagenových fibril

Elastin

Lysyloxidase

Děkuji

za pozornost