+ All Categories
Home > Documents > Curs de Biofizică 9

Curs de Biofizică 9

Date post: 18-Nov-2015
Category:
Upload: buliga-claudia
View: 52 times
Download: 3 times
Share this document with a friend
Description:
Curs de Biofizică 9
10
Curs de Biofizică 9 -Biofizica membranelor celulare I. Biomembranele: definitie, tipuri si roluri fundamentale; II. Caracteristicile biofizice ale moleculelor membranare: 1. Proprietatile biofizice ale fosfolipidelor componente ale bistratului membranar. 2. Proprietatile biofizice ale proteinelor membranare. Topografia moleculelor proteice la nivelul bistratului lipidic. 3. Fluiditatea (microviscozitatea) biomembranelor. III. Modele si metode biofizice de studiu al biomembranelor; Utilizarea izotopilor radioactivi in studiul biomembranelor IV. Arhitectura supramoleculara a membranelor celulare. Modelul mozaicului fluid. 1. Modele ale membranei celulare anterioare modelului mozaicului fluid 2. Descrierea modelului mozaicului fluid: reprezentare schematica si argumente experimentale Complexul de suprafaţă celulară : membrana plasmatică: 5 - 7 nm Viața nu este posibilă în absența biomembranelor. Marea majoritate a bolilor implică şi o modificare membranară 1
Transcript

Curs de Biofizic 9 -Biofizica membranelor celulareI. Biomembranele: definitie, tipuri si roluri fundamentale;

II. Caracteristicile biofizice ale moleculelor membranare:

1. Proprietatile biofizice ale fosfolipidelor componente ale bistratului membranar.

2. Proprietatile biofizice ale proteinelor membranare. Topografia moleculelor proteice la nivelul bistratului lipidic.

3. Fluiditatea (microviscozitatea) biomembranelor.

III. Modele si metode biofizice de studiu al biomembranelor; Utilizarea izotopilor radioactivi in studiul biomembranelor

IV. Arhitectura supramoleculara a membranelor celulare. Modelul mozaicului fluid.1. Modele ale membranei celulare anterioare modelului mozaicului fluid

2. Descrierea modelului mozaicului fluid: reprezentare schematica si argumente experimentaleComplexul de suprafa celular : membrana plasmatic: 5 - 7 nm Viaa nu este posibil n absena biomembranelor. Marea majoritate a bolilor implic i o modificare membranar

I. Biomembranele: definiie, tipuri si roluri fundamentale

Membranele componente eseniale ale celulelor, avnd o serie de roluri fundamentale de care depind toate funciile celulare.

Membrana celular (membrana plasmatica, plasmalema) este o structur celular, ce delimiteaz si eventual compartimenteaz coninutul celular.

Tipurile principale de biomembrane organizate ntr-un sistem de membrane specific fiecrei celule.

Alte structuri de tip membranar:

Membrane strict specializate sinaptice, mielinice;

Bariere tisulare de tip membranar la nivelul tubului digestiv, la nivel renal, pulmonar, tegumentar;

Bariere tisulare cu rol particular n organism bariera hemato-encefalic, bariera hemato-retinian Roluri fundamentale:

Bariere antientropice fluide i rezistente, n remaniere perpetu ;

Structuri cu permeabilitate selectiv care asigur schimbul de materie, care se poate produce datorit faptului c celulele sunt sisteme termodinamice deschise.

Membrana plasmatic asigur prin fenomene de transport:

- Reglarea volumului celular, meninerea pH-ului intracelular i a compoziiei ionice n limite strnse; extrage din mediu combustibil metabolic i materiale de construcie, dar elimin substanele toxice; genereaz gradieni ionici - esenial pentru excitabilitatea nervoas i muscular.

Membranele intracelulare - asigur transportul unor molecule ntre diferite compartimente celulare.

Roluri fundamentale:

Asigur comunicarea intercelular prin transducia semnalelor i de transfer al informaiei la distan.

Funcie de suport al activitii enzimatice.

Funcie de captur i transformare de energie.

Funcie de recunoatere i de aderen ntre celule

Caracteristici esentiale:

Structur laminar; 5-7 nm

Sunt active metabolic;

Predomin interaciunile noncovalente;

Sunt stabile termodinamic;

Sunt formate din lipide si proteine

II. Caracteristicile biofizice ale moleculelor membranare:

1. Proprietatile biofizice ale fosfolipidelor componente ale bistratului membranar.

2. Proprietatile biofizice ale proteinelor membranare. Topografia moleculelor proteice la nivelul bistratului lipidic.

3. Fluiditatea (microvscozitatea) biomembranelorII.1. Proprietatile biofizice ale fosfolipidelor componente ale bistratului membranarLipidele membranare sunt amfipatice;Exist 3 tipuri de lipide membranare, toate amfipatice:fosfolipide, steroli si glicolipide.Fosfatidilcolina este cel mai cunoscut tip de fosfolipid ; Colesterolul este in cea mai mare parte hidrofob. Dar are o grupare polara, hidroxil, care il face amfipatic. Colesterolul umple spatiile lsate de poriunile neliniare; rigidizeaz bistratul i l face mai puin fluid i mai puin permeabil.

Lipidele - tipuri principale de micri : difuzie laterala, rotatie i flip-flopII.2. Proprietatile biofizice ale proteinelor membranare

Topografia moleculelor proteice la nivelul bistratului lipidic a) Difractograma cu raze Xb) Harta de densitate electronica a proteinei, efectuata pe computerc) Modelul structurii conformationale a proteinei. A b c

Proteinele intra-membranare sunt globulare;

Segmentul transmembranar este compus n mare parte din aminoacizi cu lanuri laterale hidrofobe. Cu toate acestea, scheletul peptidic (legturile peptidice) este hidrofil. Ca urmare, o structur helicoidal este cea mai favorabil energetic. Tipuri de proteine membranareIntegrale (2) si periferice (3,4).Cele integrale: cu un singur domeniu transmembranar sau cu mai multe domenii transmembranare Segmentul transmembranar al proteinelor integrale este de obicei alfa-helix: 20 aa. Proteinele integrale pot avea un singur domeniu transmembranar sau mai multe domenii transmembranare.

Proteinele sunt asociate cu membrana in diferite moduri 4 tipuri de interactiuni slabe: legaturi de hidrogen, punti disulfidice, legaturi ionice, interactiuni hidrofobe Partea central - legturile peptidice sunt legate prin puni de hidrogen, n timp ce aminoacizii hidrofobi sunt situai spre exterior, n contact cu lipidele membranare. Legaturile peptidice sunt conectate prin punti de hidrogen in interiorul helixului iar catenele hidrofobe fac contact cu lipidele.

Majoritatea proteinelor membranare au lanturi laterale alcatuite din oligozaharide.

Alte proteine au catene laterale mai lungi, polizaharidice - proteoglicanii.

Glicoproteinele, proteoglicanii si glicolipidele se afla pe fata externa a celulei: glicocalix. Miscari ale proteinelor membranare : difuzie laterala (5) si de rotatie in jurul axei (3)

Rolurile proteinelor membranare 1 Schimb selectiv; 2 Receptia semnalelor;3 Sistem de traducere a semnalului; 4 Aderenta la matricea extracelulara 5 Connexiune cu citoscheletul ; 6 Suport al activitatii enzimatice II.3. Fluiditatea (microvscozitatea) biomembranelor : Definitie

Descriere

Modulatori ai fluiditii membranare

Evaluarea fluiditii membranare

Exemple de aplicaii 0,1 Ns/m2 = 1 poise Prezena interaciunilor slabe de tip hidrofil-hidrofob ntre diferii constitueni permite o micare permanent a moleculelor.

Membrana se va afla ntr-o stare de echilibru dinamic (cristal lichid), caracterizat prin microvscozitate () sau fluiditate (1/).

Membranele sunt mentinute impreuna prin interactiuni hidrofobe -ordine

membranele sunt in miscare (rapida pentru lipide si lenta pentru proteine)-fluiditate- cristal lichid

Modulatori ai fluiditatii membranare

Biofizici: temperatura, presiune, pH, potential membranar de repaus Biochimici: raport acizi grasi saturati/ nesaturati, tipuri de PL (raport sfingomielina/lecitina), raport PL/colesterol, proteine membranare, concentratia de ioni Evaluarea fluiditii membranare: Polarizarea fluorescentei: sonde DPH

Exemple de aplicaii

Patologie:

crescuta: alcoolism cronic, obezitate, maladie de iradiere, hipertermie maligna

rigiditate: varsta, hipertensiune genetica, ateroscleroza, maladie hepatica

II. Modele si metode biofizice de studiu al biomembranelor.

Modele:

a. Naturale -Membrane eritrocitare

b. Artificiale -Membrane lipidice bistratificate; Lipozomi

In mediu apos fosfolipidele se aseaza in bistrat: lipozomi

Metode:

Microscopie electronica

Difracie cu raze X

Microscopie de for atomic

Uitilizarea radioizotopilor (evaluarea receptori, alte proteine membranare)

Spectroscopie (RMN, fluorescenta, Raman)

Metode de dinamic molecular (polarizarea fluorescentei etc.)

IV. Arhitectura supramoleculara a membranelor celulare. Modelul mozaicului fluid.1. Modele ale membranei celulare anterioare modelului mozaicului fluid

2. Descrierea modelului mozaicului fluid: reprezentare schematica si argumente experimentale (imaginile obtinute prin criofractura in vid si pe hibrizi celulari)2. 1877 Pfeffer demonstreaz modificarea volumului celular care poate fi explicat doar prin existena unei membrane permeabile osmotic care delimiteaz celula vegetal;

3. Overton msoar rata de traversare a membranei celulare de ctre diveri compui chimici i concluzioneaz c membrana trebuie s fie compus din structuri lipidice;

4. Fricke 1923-1925 msoar grosimea membranei

5. Evoluia modelelor biomembranelor se poate mpri n 3 perioade:

1. Perioada clasic marcat de experimentele lui Gorter Grendel Davson Danielli;

2. Perioada unitii membranare teorie propus de Robertson;

3. Adoptarea modelului mozaicului fluid n perioada anilor 1960;

Singer i Nicholson n 1972 definesc membrana ca fiind o soluie bidimensional de proteine ... nglobate n soluia vscoas a bistratului lipidic

Bistratul lipidic are n principal rol de barier de permeabilitate, n care sunt nglobate proteine cu diverse roluri. De fapt, bistratul lipidic conine domenii ordonate, cristaline i domenii mai puin ordonate, lichide;

Organizarea membranei nu este deloc simetric.

Structural:

4. Natur amfipatic, datorat n mare parte lipidelor, dar i proteinelor membranare;

5. Miezul membranei este hidrofob, iar suprafaa este hidrofil

Componentele membranei nu sunt statice, ele se afl n micare continu care poate varia de la vibraii pn la micri de flip-flop.

Micrile lipidelor micarea lateral nu este ngrdit, ns trecerea unei molecule lipidice de pe o jumtate a bistratului lipidic pe cealalt se produce rar (micare de flip-flop).

Proteinele pot difuza lateral i se pot roti, dar i inverseaz poziia fa de bistrat doar foarte rar (energiemare, timp mai lung).

Modelul mozaicului fluid (1972, S.J. Singer & G. Nicolson): proteinele membranare plutesc in interiorul mediului fosfolipidic ca niste iceberg-uri intr-un ocean EMBED Equation.3

1

_1357557391.unknown


Recommended