структура молекул фосфоглицеролипида

«ЦИТОЛОГИЯ»
Плазматические мембраны. История открытия и изучения. Модели
организации клеточных мембран. Современные представления о
молекулярной организации клеточных мембран. Липидный бислой.
Мембранные
белки.
Мембранные
углеводы.
Асимметричность
плазматической мембраны. Мембрана - как двумерная жидкость.
Компартментализация. Функции плазматической мембраны клетки.
Л.В. Малютина
Институт фундаментальной медицины и биологии
Кафедра зоологии и общей биологии
Еmail: Ludmila.Malutina@kpfu.ru
ludmila.malutina06@gmail.com
2
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Д. Даниелли
и Г. Даусон
В. Пфеффер
1877
1902
И. Лэнгмюр
1917
1925
Е. Гортер и
Ф. Грендель
Ч. Овертон
1935
3
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Ирвинг Лэнгмюр впервые
высказал идею о том, что
капля маслянистого вещества
будет распространяться по
поверхности жидкости, пока
не достигнет толщины в одну
молекулу. Сила сцепления
молекул не позволит пленке
растекаться дальше этого
предела. Аналогично
самоорганизуются липидные
молекулы, если их
диспергировать в воде:
углеводородные цепи
образуют замкнутую
неполярную фазу, а полярные
группировки – заряженный
слой, контактирующий с
водой. В результате
формируются пузырьки из
монослоя липидов, получившие
название мицелл.
воздух
липид
Langmuir I. 1917. The constitution and structural properties of solids and liquids. II.
Liquids. Journal of the American Chemical Society. 39: 1848-1906
4
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
1. Взяли определённое количество эритроцитов.
2. Липиды эритроцитов экстрагировали ацетоном.
3. В кювете И. Лэнгмюра получали из них тонкую плёнку на
поверхности воды.
4. С помощью поплавка сжимали слой липидных молекул на
границе раздела вода—воздух до тех пор, пока не
образовалась плотноупакованная мономолекулярная
липидная плёнка.
5. Измерили площадь, занимаемую липидами - А.
6. Вычислили общую площадь поверхности взятых
эритроцитов - В.
7. Соотношение А : В оказалось равным 2 : 1
Какой вывод сделали Е. Гортер и Ф. Грендел?
5
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Мембрана эритроцитов
состоит из липидных
молекул расположенных в
два слоя !
"chromocytes [red blood cells] are covered by a layer of fatty substances
that is two molecules thick" (Gorter and Grendel ,1925)
Gorter, E. and F. Grendel.1925.
On bimolecular layers of lipoids on the chromocytes of the blood. The Journal of
Experimental Medicine. 41:439-443.
6
ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА
Наружная поверхность
ЛИПИД
Danielli J. F.
Внутренняя поверхность
СХЕМА СТРОЕНИЯ ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ
ДАНИЕЛЛИ-ДАУСОНА (1935)
Danielli J. F. and Davson H. 1935. A contribution to the theory of
permeability of thin films. J. Cell Comp. Physiol. 5:495-508.
7
ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА ЭРИТРОЦИТА
по данным электронной микроскопии
50 нм
Electron micrograph of a human erythrocyte membrane fixed with glutaraldehyde
embedded in polyglutaraldehyde and stained with uranyl and lead salts. The membrane
consists of two dense strata separated by a light central zone..
I. DAVID ROBERTSON Department of Anatomy, Duke University Medical Center, Durham, North Carolina THE
JOURNAL OF CELL BIOLOGY. 1981
8
ЛИПИДЫ ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ
ФОСФОГЛИЦЕРОЛИПИДЫ
СФИНГОЛИПИДЫ
ГЛИКОЛИПИДЫ
СТЕРОИДЫ
Мембранные липиды - это
амфипатические молекулы,
самопроизвольно формирующие
бислои.
9
СТРУКТУРА МОЛЕКУЛЫ ФОСФОГЛИЦЕРОЛИПИДА
Радчдаи
®
остатод
коскорной
дчсиотш
гичцерчн
жчрнше
дчсиотш
Принятое графическое
изображение липида
10
СТРУКТУРА ФОСФАТИДНОЙ
КИСЛОТЫ
фосфат
глицерол
R
ХОЛИН
СЕРИН
жирная кислота
ЭТАНОЛАМИН
ИНОЗИТОЛ
жирная кислота
11
СТРУКТУРА МОЛЕКУЛ ФОСФОГЛИЦЕРОЛИПИДА
серин
этаноламин
инозитол
холин
фосфатидилэтаноламин
фосфатидилхолин
фосфатидилсерин
фосфатидилинозитол
G. M. Cooper. The cell. A molecular approach. 1997
12
ОЛЕИНОВАЯ (С 18)
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ
ЖИРНЫХ КИСЛОТ
СТЕАРИНОВАЯ (С 18)
13
ТИПЫ ДВИЖЕНИЯ ФОСФОЛИПИДНЫХ МОЛЕКУЛ В БИСЛОЕ
14
МЕМБРАНА
ЖИДКОСТЬ ?
15
16
СФИНГОЛИПИДЫ
Регулируют взаимодействия клетки с окружающей
средой:
- они различны в мембранах из различных органов и
тканей;
- они различны на разных стадиях роста, развития и
дифференцировки клеток;
- они различны на клеточной поверхности в ходе
деления клеток.
1874 – Иоганн Людвиг Тудихум
ЦЕРЕБРОЗИД
17
холин
жирная
кислота
сфингозин
СФИНГОМИЕЛИН
церамид
серин
Модели строения гликосфинголипидов
СФИНГОЛИПИДЫ
18
СТЕРОИДЫ. ХОЛЕСТЕРИН
Поиярная
гоиовда
Поиярнше
стерочднше
доиьца
Нейоиярншй
угиеводородншй
хвост
СТРОЕНИЕ МОЛЕКУЛЫ ХОЛЕСТЕРИНА
19
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ХОЛЕСТЕРИНА С ФОСФОЛИПИДНЫМИ
МОЛЕКУЛАМИ В МОНОСЛОЕ
20
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ МЕМБРАННЫХ ЛИПИДОВ
Основные липиды мембран
Фосфоглицериды
Процент содержания от общего
количества липидов в мембране
50 – 90 %
- фосфатидилхолин
40 – 60 %
- фосфатидилэтаноламин
20 – 30 %
- фосфатидилсерин
5 – 15 %
- фосфатидилинозитол
5 – 10 %
Сфинголипиды
5 – 20 %
Холестерол
0 – 10 %
АСИММЕТРИЧНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИПИДОВ В
МЕМБРАНЕ ЭРИТРОЦИТА ЧЕЛОВЕКА
21
СМ
ФХ
СМ – сфингомиелин
ХЛ
ФЭ
ФС
ФИ
ФХ – фосфатидилхолин
ФС – фосфатидилсерин
ФЭ – фосфатидилэтаноламин
ФИ – фосфатидинозитол
Х Л – холестерин
цитоплазма
van Meer G., Voelker D.R., Feigenson G.W. (2008).
Membrane lipids: where they are and how they
behave. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 9, 112–124;
22
23
КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ
24
БЕЛКИ ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ
ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ
ГЛИКОПРОТЕИДЫ
Белки могут быть частично или полностью погружены в
мембрану (интегральные белки, трансмембранные белки) либо
располагаться на ее поверхности (периферические белки). Часть
мембранных белков представлена углеводсодержащими белками гликопротеинами.
25
БЕЛКИ ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ
Некоторые белки пронизывают бислой липидов один
или несколько раз
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ БЕЛКИ
Некоторые белки удерживаются нековалентными
взаимодействиями
с
другими
интегральными
белками или полярными головками липидов
ПЕРИФЕРИЧЕСКИЕ БЕЛКИ
Некоторые белки ковалентно связаны, либо с
фосфолипидами, либо с жирными кислотами
26
ФУНКЦИИ МЕМБРАННЫХ БЕЛКОВ
1
Транспорт
веществ
4
2
Клеточные контакты
3
Каталитическая
функция
5
Сигнальная
функция
Связь с
цитоскелетом и
экстрацеллюлярным
матриксом
6
27
ГЛИКОКАЛИКС
Гликокаликс - это обогащенная
углеводами периферическая зона клеток
- клеточная оболочка
ГЛИКОПРОТЕИДЫ
ГЛИКОЛИПИД
ЛИПИДНЫЙ
БИСЛОЙ
ГЛИКОКАЛИКС
ГЛИКОКАЛИКС ЛИМФОЦИТА.
Электроннограмма поверхности лимфоцита окрашенного
рутением красным.
цитоплазма
ядро
28
THE FLUID MOSAIC MODEL OF
THE STRUCTURE OF CELL
MEMBRANES
Singer S. J. and Nicolson G. L.
1972
Science,
175:720-731
29
FUNCTINAL RAFTS
IN CELL MEMBRANES
Simons K., Ikonen E.
1997. Nature 387, 569–572;
Мембранные рафты — 10–200 нм, гетерогенные и очень
динамичные липидные кластеры , обогащенные холестеролом
и сфинголипидами и принимающие участие в клеточной
компартментализации.
30
Геннис Р.
Биомембраны. Молекулярная
структура и функции
1997