TEMA 2 Estructura i composició de la membrana plasmàtica PDF

Tema 2. Estructura i composició de la membrana plasmàtica. Funcions, estructura i composició de la membrana plasmàtica Característiques de la membrana: fluïdesa i asimetria Unions hermètiques (Tight junctions). 1. Funcions de les membranes biològiques Barrera estructural de la cel – don...

Tema 2. Estructura i composició de la membrana plasmàtica. Funcions, estructura i composició de la membrana plasmàtica Característiques de la membrana: fluïdesa i asimetria Unions hermètiques (Tight junctions). 1. Funcions de les membranes biològiques Barrera estructural de la cel – dona integritat a la cel. i als orgànuls Membrana plasmàtica: essencial per la vida de les cel-lules ja que són el seu límit extern. Semipermeable: Regula el transport (barrera selectiva i controlada) → proteïnes transportadores permeten l’entrada i sortida d’ions i molecules. Recepció de senyals → proteïnes "antenes" que envien o reben senyals (condicions) de l’exterior a dins de la cel lula per tal que succeeixin funcions determinades (divisió cel·lular) Interacció i comunicació entre cèl·lules. Adhesió (a plaques de Petri, matriu extracel-lular...) Moviment (membrana altament flexible i fluida) Membranes internes: Transport de molécules a l'interior (lisosomes) Suport de la funció enzimatica: certes proteines que participen en els processos que succeeixen a la membrana (fosforilació oxidativa i degradació proteica (lis.) 2. Estructura i composició MODEL DE MOSAÏC FLUÏD, 1972 SINGER I NICOLSON - Bicapa lipídica: - Formada per dues capes de fosfolípids amb els caps hidròfils orientats cap a l’exterior i les cues hidrofòbiques cap a l’interior. - Components presents tant en membranes d’eucariotes com de procariotes. - Monocapa extracel·lular i monocapa citosòlica (intracel·lular). - Components principals i funcions: - Lípids: - Estructura i característiques mecàniques (barrera, flexibilitat i integritat). - Capacitat de reorganització per reparar danys ràpidament. - Proteïnes: - Funcionalitat cel·lular (transport, senyalització i activitat metabòlica). - Carbohidrats (en menor quantitat): - Situats a la perifèria, units a lípids o proteïnes, amb funció en el reconeixement cel·lular. - Exemples →Eritròcits: - Més proteïnes → Funció metabòlica (ex. tilacoides, membrana mitocondrial interna). - Més lípids → Funció estructural (ex. mielina). → 50% prot, 43% lipids, 8% carbohidrats →Mitocondri i cloroplast: mes prot. → funcio metabòlica molt gran: produccio d’ATP →Axó: mes lipids → funcio estr. Molt important 2.1. Lípids Fosfolípids 1. Derivats del glicerol – Fosfoglicèrids -Cap: molècula polar hidrofílica + grup fosfat + glicerol -2 Cues de carboni: hidrofòbiques - 1 saturada/1 insaturada (dona curvatura - afecta la compactació de la bicapa i la membrana en general). *més típiques en mamífers:  2. Derivats de la esfingolina - Esfingolípids: radical + àcid gras+ esfingosina (AG + alcohol) *esfingosina+AG = ceramida *radical més famós: SM (sist. Nerviós) esfingomielina → forma beines de mielina Glicolípids 1. Glucoesfingolípids: glúcid (monocapa externa de la membrana) + molècula central → esfingosina / glicerol (vegetals, cèl·lules procariotes) + 2 AG saturats ▪ Neutres o cerebròsids: 1 sol monosacàrid sense càrrega; ex: galactocerebroside ▪ Polars o gangliòsids: oligosacàrids ramificats on un d’ells té càrrega negativa (NANA = àcid siàlic); ex: ganglioside GM1 (a la membrana plasmàtica de les neurones) Esterols -Grup OH* (hidroxil/alcohol) + molècula central (4 anells esteroides) + 1 única cua no polar hidrocarbonada (curta) o Colesterol: animals o Fitoesterols: plantes i fongs o Hopanoides: procariotes (membrana interna mitocondrial i cloroplast) *dona estructura més rígida important per l’estructura de la membrana. -Permeten la interacció entre fosfolípids. Restringir la mobilitat, donant estabilitat Disminuir la permeabilitat, impedint el pas d’algunes molècules Incrementar la estabilitat mecànica regulant la fluïdesa →Son MOLÈCULES AMFIPÀTIQUES: cap polar → hidrofílic; cua apolar → hidrofòbica. -1 cua → micel·la / 2 cues (1 insaturada) → bicapa. Microdominis lipídics (LIPID RAFTS): Regions dinàmiques (apareixen i desapareixen quan han de fer una funció) a les membranes de les cèl·lules animals que contenen més d’un tipus de lípids acumulats (colesterol, esfingomielina i fosfolípids saturats); que al ser llargs, rectes i saturats, augmenta el gruix de la membrana i disminueix la fluïdesa. En aquestes regions també s’acumulen proteïnes (senyalització i transport). 2.2. Proteïnes Funcions: Transport: soluts amb ions o molècules amb pes molecular (bomba Na+ /K+ , que bombeja Na+ cap a l’exterior cel·lular i K+ cap a l’interior cel·lular) a través de la membrana Connexió: connecten una cara de la membrana amb l’altre (integrines, que uneixen filament intracel·lulars d’actina amb les proteïnes de la matriu extracel·lular) Recepció: tradueixen senyals extracel·lulars cap a l’interior de la cèl·lula per a començar una cascada de reaccions (PDGF (receptor del factor de creixement derivat de plaquetes) que al unir-se es genera una senyal intracel·lular que provoca que la cèl·lula creixi i es divideixi). Enzims: catalitzen múltiples reaccions (adenilat ciclasa, catalitza la producció d’AMP cíclic intracel·lular com a resposta a senyals extracel·lulars). Estructura: Aminoàcids units amb un enllaç peptidic -cadena central (esquelet proteic) - hidrofílic -cadenes laterals que poden - hidrofíliques (polars) o hidrofòbiques (apolars). Depenent de les ramificacions, les proteïnes es pleguen de diferents maneres a l’interior de la membrana: zones hidrofiliques/polars → fora, interaccionant amb aigua (ponts H) zones hidrofobiques/aplars → dins, protegides Proteïnes insertades a la bicapa lipidica 1. P. transmembranals en Hèlix α: -Esquelet proteic (polar) →interior -Part apolar → contacte amb les cues dels fosfolípids (apolars) Per transportar a través de la membrana → porus hidrofílic d’hèlix α (acumulació d’α) 2. P. transmembranals en làmina beta (porus capa) -Es troben en eucariotes i algunes membranes internes. -Forma porus més rígids i grans que travessen les molècules d’H2O (aquaporines). ASSOCIACIÓ DE LES PROTEÏNES DE LA MEMBRANA PLASMÀTICA: Proteïnes perifèriques: -No formen part de la bicapa. -Interacció feble (no - covalent). -Hidrofíliques → citosol/espai intracel·lular Esferocitosi hereditària: eritròcits atípics incapaços de mantenir la seva forma bicòncava normal a causa de mutacions genètiques en les proteïnes de membrana. →despreniment del citoesquelet d'espectrina (prot. perifèrica associada a altres prot. - complex proteic)  Proteïnes integrals de membrana -Amfipàtiques -Travessen la membrana, però poden tenir dominis fora. o Transmembrana: travessen les dues monocapes. *1 cop=singlepass // + 1 cop=multipass. o Monotròpiques: travessen una de les dues monocapes (citosòlica-hèlix α). GRÀFIC D’HIDROPATIA: -Anàlisi d’hidrofobicitat: E requerida per dissoldre una proteïna en aigua → + E, + parts hidrofobes. -Saber quantes vegades la proteïna travessa la membrana. Exemples: -glicoforina- 1 domini transmb (hidrofobica), 2 dominis exteriors (hidrofilica) -bacteriorodopsina – 7 dominis transmb → porus hidrofílic (canal) Relació estructura-funció: -Si la travessa només un cop: recepció de senyal. -Si la travessa múltiples cops: transport Proteïnes ancorades a lípids: -Formen part de la bicapa -Enllaços covalents -Hidrofíliques -ORIGEN: La prot s’ancora al lipid al RE → enviat per vesicules cap a la membrana → reacció enzimatica (aglucosilacio) → s’ancoren a la bicapa lipidica -Poden passar a l’exterior de la cel. *Monocapa exterior → àncora GPI - forma part de la membrana, s’uneix a glúcids i a aquests s’uneix la proteïna. Les interaccions de proteïnes integrals + perifèrqiues = tensions citoesquelet → modifiquen la forma de la mb 2.3. Carbohidrats (Glúcids) --Formen part de les membranes biològiques - monocapa exterior -Associats al reticle (N-units) i aparell de golgi (O-units) -Units a proteïnes (90%): glucoproteines - li donen hidrofobicitat → estabilitat al plegament. -Units a lípids: glucolipids 3. Propietats de les membrans biològiques ASIMETRIA ESTRUCTURAL I FUNCIONAL -Els glúcids es troben a la capa externa perquè és on es necessiten per dur a terme la seva funció -Els lipids amb càrrega negativa es troben a la monocapa interna encarada al citosol. GLICOCÀLIX: Conjunt de sucres associats a proteïnes i lípids (monocapa exterior). Funcions: Protecció mecànica i química Filtració de substàncies Creació de microambients on poden passar processos concrets Ancoratge i plegament de proteïnes. Senyalització cel·lular. Reconeixement cel·lular. Ex.: sistema ABO (antígens grups sanguinis) – enzims A, B, 0 reconeixement glúcids de la mb dels eritròcits CONSISTÈNCIA I FLUÏDESA -Influenciada per: TEMPERATURA DE TRANSICIÓ (Tm): –És la temperatura a la qual es produeix el canvi de gel a fluid –Cada membrana té la seva. –Depèn de: composició dels lípids, longitud (↑ llarga cadena, ↑ Tm) i grau de saturació de les cadenes (↑enllaços dobles-insaturacions, ↓Tm). Exercici: % AcG insat./sat.=0,38 = +saturacions (enllaços simples) → Tm=40ºC % AcG insat./sat =2,9 = +insaturacions (enllaços dobles) → Tm= 10ºC -Bicapa líquida funcional = no molt fluida // T optima > Tm (una mica)  Presència d’esterols: *actuen com a tampó o T > Tm → fluida → + colesterol: fluïdesa (s’omplen els forats) o T < Tm → Gel (no fluida) → + colesterol: molta fluïdesa (es creen forats) - estabilització mb REGULACIÓ: Organismes homeoterms (Humans) o ↓↓T → Membranes poc fluides. Ex: moviment deficient de les proteïnes de transport o ↑↑T → Membranes massa fluides. Ex: Proteïnes de transport “foradades” Organismes Poiquiloterms (Bacteris; Fongs; Protist; Plantes i animals de sang freda) -No regulació pròpia temperatura -Adaptació Homeoviscosa: Regulació de la fluïdesa alterant la composició lipídica → ↓T: activa enzim DESATURASA - ↑AG insaturats = ↑ fluidesa (E.coli) Adaptacions per mantenir la fluïdesa: o Ràpides: Enzims - introdueixen canvis als lípids de membrana (tallen, insaturacions) o Lentes: Síntesi i incorporació de nous lípids (curts, insaturats) quan s’acosta el fred. DINAMISME Moviments de lípids: Difusió lateral: desplaçament entre dos lípids dins de la monocapa Rotació: rota al voltant del seu eix vertical Flexió: sobre l‘eix vertical, en un petit angle (només lípids). Flip-flop: canvi de monocapa de manera espontània de lípids. *Flipasa Ex.: fosfatidilserina, canvia quan mor una cèl·lula - apoptosi. Moviments de proteïnes: 1. A l'atzar 2. No a l'atzar (direccionalitat) 3. Sense moviment → formen complexes molt grans, associades a elements interns/externs FRAP → Es marquen amb fluorescència molècules de la superfície cel·lular, amb un raig làser es destrueix una àrea i les molècules amb fluorescència es difonen a l’àrea destruïda. NO dinamisme=restriccions de moviment: Agregats proteics Interaccions cèl·lula - matriu extracel·lular (integrines) Interaccions citoesquelet Unions intercel·lulars: unions estretes “tight junctions”* (polarització de la cèl·lula)