Lipidy i błony biologiczne PDF

Preview

Summary

Download Lipidy i błony biologiczne PDF

Description

Lipidy i błony biologiczne Właściwości hydrofobowe lipidów decydują o ich zdolności tworzenia błon. Kwasy tłuszczowe to długie łańcuchy węglowodorowe o różnej długości i stopniu nienasycenia, zakończonymi grupami karboksylowymi . Lipidy są cząsteczkami biologicznie nierozpuszczalnymi w wodzie,a dobrze rozpuszczalnymi w rozpuszczalnikach organicznych np.chloroform.Lipidy wykorzystywane są jako cząsteczki paliwowe ,przenośniki sygnałów w szlakach przekazywania sygnałów,składniki błon biologicznych Fosfolipidy występują licznie w błonach biologicznych. Cząsteczka fosfolipidu jest złożona z czterech składników:jeden lub dwa kw.tłuszczowe,rdzenia do którego przymocowane są kwasy tłuszczowe,fosforanu oraz alkoholu związanego z fosforanem. Rdzeniem fosfolipidu jest glicerol lub sfingozyna. Fosfolipidy będące pochodnym glicerolu –fosfogliceryda. W fosfoglicerydach grupy hydroksylowe glicerolu są zestryfikowane grupami karboksylowymi dwóch cząsteczek kw tłuszczowych.W błonach występują tylko niewielkie ilości fosfatydów.Większość fosfoglicerydów jest pochodnymi fosfatydów.Grupa fosforanowa fosfatydu jest zestryfikowana grupa hydroksylową.Do alkoholi powszechnie występujących w fosfolicerydach należą reszty seryny,etanolaminy,choliny,glicerolu i inozytolu. Sfingomielina jest fosfolipidem błon nie będącym pochodną glicerolu,sfingozyna aminoalkohol zawierający długi,nienasycony łańcuch węglowodorowy.W sfingomielinie grupa aminowa szkieletu sfingozynowego łączy się z kwasem tłuszczowym poprzez wiązanie amidowe.Pierwszorzędowa grupa hydroksylowa sfingozyny jest zestryfikowana fosfocholiną. Glikolipidy –lipidy zawierające cukier,grupa aminowa szkieletu sfingozynowego jest zacylowana kwasem tłuszczowym. Najprostszym glikolipidem jest cerebrozyd,w którym jest tylko jedna reszta cukru,glukoza lub galaktoza

Glikolipidy błonowe są asymetryczne zorientowane w błonie gdyż reszty cukrowe występują tylko po zewnątrzkomórkowej stronie błony.

Cholesterol zbudowany z czterech połączonych pierścieni węglowodorowych Błony archeonów różnią się budową od euakriontów : -Wiązaniami eterowymi(które są bardziej odporne na hydrolizę),nie estrowymi -łańcuchy alkilowe są rozgałęzione,nie linowe -są zbudowane z powtarzających nasyconych,pięciowęglowych fragmentów(są bardziej odporne na utlenianie) Lipidy błonowe są cząsteczkami amfipatycznymi zawierającymi reszty hydrofilowe i hydrofobowe Tworzenie błon wynika z amfipatycznego charakteru cząsteczek fosfolipidów. Grupy polarne dążą do kontaktu z wodą,natomiast ich węglowodorowe ogony unikają wody. Warstwa biomolekularna(dwuwarstwa lipidowa),hydrofobowe ogony oddziaływują między sobą tworząc hydrofobowe wnętrze stanowiące barierę przepuszczalności Formowanie się dwuwarstwy jest procesem samoistnym .Powstawanie w środowisku wodnym dwuwarstwy lipidowej z fosfolipidów jest procesem szybkimi i spontanicznym,w którym główną siłe organizującą stanowią oddziaływania hydrofobowe. Między łańcuchami węglowodorowymi występują siły van der Walsa-ułatwiają ich ścisłe upakowanie. Między grupami polarnymi głów fosfolipidów a cząsteczkami wody istnieją korzystne oddziaływania elektrostatyczne i wodorowe. Inną cechą dwuwarstw lipidowych jest kooperatywny charakter ich struktury.Podwójne warstwy łączą się z udziałem licznych wzmacniających oddziaływań niekowalencyjnych(głównie hydrofobowych).Te oddziaływania są są odpowiedzialne za :

-naturalna tendencja do tworzenia struktur o dużej powierzchni -dążą do zasklepiania się -zdolność do samouszczelniania się,ponieważ otwór w dwuwarstwie jest niekorzystny energetycznie Pęcherzyki lipidowe(liposomy)mogą powstawać z fosfolipidów Pęchcerzyki błonowe służą do badania przepuszczalności błon lub do dostarczania komórkom związków chemicznych. Liposomy można uzyskać przygotowując w środowisku wodnym zawiesinę odpowiednich lipidów np.fosfatydylocholina.Zawiesine te później poddaje się sonikacji(wstrząsanie z użyciem ultradźwięków).Prowadzi to do uzyskania zamkniętych pęcherzyków. Liposomy zawierające glicynę można oddzielić od otaczającego roztworu glicyny metodą dializy lub filtracji żelowej. Następnie można oznaczyć przepuszczalność dwuwarstwowej błony dla glicyny, mierząc szybkość jej przenikania z wnętrza liposomów do otaczającego środowiska. Płaska błonka dwuwarstwowa- błona syntetyczna,można ją uformować w ściance oddzielającej dwa środowiska wodne.

Dwuwarstwy lipidowe są wysycone nieprzepuszczalne dla jonów i większości cząsteczek polarnych Dwuwarstwowe błony lipidowe charakteryzują się bardzo niewielką przepuszczalnością dla jonów i większości cząsteczek polarnych.Np.Jony Na+ i K+ przechodzą przez błony 10^9 razy wolniej niż H2O.Tryptofan w ph 7 przenika przez błone 10^3 razy wolniej od indolu(cząsteczka nie zawiera grup jonowych). Współczynnik przepuszczalnośći małych cząsteczek jest skorelowany z wartością stosunku rozpuszczalności tych cząsteczek w rozpuszczalnikach nieporalnych oraz w wodzie. Większość procesów w błonach biologicznych zachodzi z udziałem białek

Lipidy błon tworzą stwarzają odpowiednie środowisko ,które umożliwia działanie tych białek. Mielina działa jak izolator,ma niewielką zawartość białek(18%).Błony o dużej zawartości lipidów mają funkcję izolacyjną. Błony plazmatyczne lub błony zewnętrzne bakterii gramujemnych są bardziej aktywne (mają pompy,kanały,receptory i enzymy). Większość białek można rozdzielić metodą elektrofezy w żelu poliakryloamidowym w obecności SDS. Ruchliwość elektroferyczna białek w żelu zależy od ich masy cząsteczkowej,nie od ładunku netto. Białka integralne – silnie oddziaływują z węglowodorami łańcuchami lipidów błonowych. Białka peryferyczne-są związane z powierzchniami błony głównie przez interakcje elektrostatyczne i wiązania wodorowe z polarnymi grupami głów lipidów. Białka mogą przechodzić w poprzek błony helisami alfa. Bakteriorodopsyna wykorzystuje światło do pompowania protonów ze środka komórki na zewnątrz.Powstający w ten sposób transbłonowy gradient protonowy umożliwia tworzenie ATP.Jest prawie w całości zbudowana z helis alfa.Większość aminokwasów wchodzących w skład transbłonowych helis alfa są niepolarne i obdarzone ładunkiem reszt tych aminokwasów.

Białka kanałowe mogą być tworzone przez nici beta Część zanurzająca białko w błonie może łączyć je z powierzchnią błony. Syntaza-1 prostaglandyny H2 katalizuje przekształcenie kwasu arachidonowego do prostaglandyny H2 w dówch etapach: 1.w rekacji,w której enzym działa jako cyklooksygenaza 2.w reakcji,w której działa jako peroksydaza

Prostaglandyna H2 pobudza stan zapalny i reguluje wydzielanie kwasów żołądkowych. Części białka błonowego są opłaszczone niepolarnymi łańcuchami bocznymi aminokwasów,natomiast części białka oddziałujące ze środowiskiem wodnym są bardziej hdrofilowe. Fragmenty białka umiejscowione w obrębie błony są bardzo regularne.Zerwanie wiązania wodorowego wewnątrz błony jest bardzo mało prawdopodobne,ponieważ brakuje tam cząsteczek wody,które mogłyby współzawodniczyć o grupy polarne.

Bakteriorodopsyna wykorzystuje helisy alfa do przejścia w poprzek hydrofobowego wnętrza błony. Lipidy i liczne białka błonowe przemieszczają szybko wzdłuż płaszczyzny błonwy Dyfuzja boczna-w błonie występują lipidy i liczne białka znajdujące się w ciągłym ruchu bocznym. Szybki ruch boczny białek błonowych jest zmierzony za pomocą techniki odzyskiwania fluorescencji wygaszanej pulsem światła.Szybkość z jaką odzyskiwana jest intensywność fluorescencji zależy od ruchliwości bocznej oznakowanego fluorescencyjnie składnika i można ją określić za pomocą współczynnika dyfuzji D. S=(4Dt)^1/2 Dyfuzja poprzeczna(flip flop) przejście jednej cząsteczki z jednej powierzchni błony na drugą

Płynność błony jest kontrolowana przez skład jej kwasów tłuszczowych i przez zawartość cholesterolu Wiele procesów błonowych np. transport lub przesyłanie sygnałów zależy od płynności lipidów błonowych,które zależą od właściwości łańcuchów kw.tłuszczowych.

Temperatura topnienia zależy od długości łańcuchów kwasów tłuszczowych i od stopni ich nienasycenia. Wiązanie podwójne powoduje wygięcie łańcucha węglowodorowego,które przeszkadza w ścisłym upakowaniu łańcuchów kw.tłuszczowych przez co wartość Tm jest obniżona. Długość łańcuchów również wpływa na temperaturę przejścia fazowego. Bakterie regulują płynność swoich błon przez zmienianie liczby wiązań podwójnych i długości łańcuchów kwasów tłuszczowych.

Cholesterol wbudowuje się w dwuwarstwy długą osią,prostopadle do płaszczyzny błony. Błony są asymetryczne pod względem strukturalnym i funkcjonalnym...