1Sveuilite u SplituPrirodoslovno-matematiki fakultet

Odjel za kemiju

prof. dr. sc. Maja Pavela-Vrani

11

Tekui mozaik model biolokih membrana Tekui mozaik model biolokih membrana Sastav: lipidi i proteini

Membrane su nekovalentne nakupine

Lipidni dvosloj: teko prohodan za ione i veinu l ih l k l ( d l b d l i)

Sastav: lipidi i proteini

Membrane su nekovalentne nakupine

Lipidni dvosloj: teko prohodan za ione i veinu l ih l k l ( d l b d l i)

2

polarnih molekula (samo voda slobodno prolazi)

Membrane su asimetrine Veinu membranskih procesa izvode proteini

polarnih molekula (samo voda slobodno prolazi)

Membrane su asimetrine Veinu membranskih procesa izvode proteini

2 masne kiselinemasne kiseline triacilgliceroli triacilgliceroli

(neutralne masti)(neutralne masti) fosfolipidi*fosfolipidi*

masne kiselinemasne kiseline triacilgliceroli triacilgliceroli

(neutralne masti)(neutralne masti) fosfolipidi*fosfolipidi*

sfingolipid

kolesterol

polarne

33

glikolipidi*glikolipidi* kolesterol*kolesterol* glikolipidi*glikolipidi* kolesterol*kolesterol*

fosfolipid

polarneglave

* membranski lipidi* membranski lipidi

kruti lanci kruti lancisavitljivilanci

Karboksilne kiseline s dugim ugljikovodinim lancem

ZASIENE MASNE KISELINE

JEDNOSTRUKO NEZASIENE MASNE KISELINE

4

JEDNOSTRUKO NEZASIENE MASNE KISELINE

POLINEZASIENE MASNE KISELINEomega-6omega-3

3stearinska kiselinastearinska kiselina oleinska kiselinaoleinska kiselina

karboksilnaskupina

(polarna glava)

karboksilnaskupina

(polarna glava)i d ii d i

ugljikovodinilanac

(nepolarni rep)

ugljikovodinilanac

(nepolarni rep)

prirodne nezasienemasne kiseline su

cis-KONFIGURACIJE

prirodne nezasienemasne kiseline su

cis-KONFIGURACIJE

5

polinezasienemasne kiseline polinezasienemasne kiseline

linolna linolenska arahidonska18:2 18:3 20:4

Lipidi s jednim bonim lancem,u vodenoj okolini, stvaraju MICELE

Lipidi s jednim bonim lancem,u vodenoj okolini, stvaraju MICELE

Hidrofilne glave su na povrini - okrenute prema vodi

Hidrofilne glave su na povrini - okrenute prema vodi

vodaMICELAprema vodi

Hidrofobni repovi su usmjereni prema sreditu

prema vodi

Hidrofobni repovi su usmjereni prema sreditu

6Ionizirane masne kiseline (sapuni)

4esteri masnih kiselina itrovalentnog alkohola glicerola

esteri masnih kiselina itrovalentnog alkohola glicerola

H OH C O

C

C

H O

H O

C

CO

CO

H CH

OH

C

C

H OH

HH

OH

7

triacilgliceroltriacilglicerolglicerolglicerol

TRIACILGLICEROLI skladita energijeTRIACILGLICEROLI skladita energije

H

8

Masti sadrezasiene masne kiseline

Masti sadrezasiene masne kiseline

Ulja sadrenezasiene masne kiseline

Ulja sadrenezasiene masne kiseline

tristerarilglicerol Tt = 72 oC trioleilglicerol Tt = - 4 oC

5masnakiselina

G CHOCO

R

h

kiselina

masnakiselina

licerol

alkoholfosfat

CH2

CHOCO

R

CH2 O PO

OO

X

OCR

9

Glavni sastojak membranskih lipidaGlavni sastojak membranskih lipida

O

Membranski lipidi su AMFIPATINE molekule,na jednom kraju hidrofilne, a na drugom hidrofobne

Membranski lipidi su AMFIPATINE molekule,na jednom kraju hidrofilne, a na drugom hidrofobne

P O L A R N A G L A V AP O L A R N A G L A V AP O L A R N A G L A V AP O L A R N A G L A V A

Okosnica glicerolaOkosnica glicerola

H I D R O F O B N IH I D R O F O B N I

10

masnakiselina

H I D R O F O B N Iugljikovodini lancimasnih kiselina

H I D R O F O B N Iugljikovodini lancimasnih kiselina

6Glicerofosfolipidi su esteri FOSFATIDNE KISELINEGlicerofosfolipidi su esteri FOSFATIDNE KISELINE

fosfatidil-serin

Formula Ime Imealkohola alkohola fosfolipida

serinO

fosfatidil-etanolamin

kolin

etanolamin

fosfatidil-kolin

CH2

CHOCO

R

CH2 O PO

OCO

R

O

11

FOSFATIDAT1,2-diacilglicerol-3-fosfat

FOSFATIDAT1,2-diacilglicerol-3-fosfat

glicerol

inozitol

fosfatidil-glicerol

fosfatidil-inozitol

O

Struktura FOSFATIDILKOLINAStruktura FOSFATIDILKOLINA

Znaajan sastojak biljnihi ivotinjskih membranaZnaajan sastojak biljnihi ivotinjskih membrana

CH2

CHOCO

RO

OCO

R

CH

cis dvostruka veza

Visoki udio u vanjskomsloju plazma membraneVisoki udio u vanjskomsloju plazma membrane

esto sadri nezasienu masnu kiselinuesto sadri nezasienu masnu kiselinu

fosfatidilkolin lecitin (X = kolin)

CH2 O PO

OO

CH2 CH2 N+

CH3CH3

CH3

121-palmitoil-2-oleil-fosfatidilkolin1-palmitoil-2-oleil-fosfatidilkolin

oleil

palmitoil

7Struktura KARDIOLIPINAStruktura KARDIOLIPINA

CH2O

CH2O

OCO

R O CO

R

kardiolipin (X = fosfatidilglicerol)

CHOCR

CH2 O PO

OO

CH2 CH CH2 OOH

PO

OO CH2

CH O C R

13

p ( g )

ini 20% ukupnih lipida u unutranjojmembrani mitohondrija metabolikiaktivnih stanica srca i skeletnih miia ini 20% ukupnih lipida u unutranjojmembrani mitohondrija metabolikiaktivnih stanica srca i skeletnih miia

OH H OH OH H OH

Sadre amino-alkohol SFINGOZINSadre amino-alkohol SFINGOZIN

trans

OHCH2 C

HCOH

HCHCH

H3N+

OHCH2 C

HCOH

HCHCH

NHCOR

14SFINGOZIN

masna kiselina

CERAMIDCH3

(CH2)12R

CH3

(CH2)12

8Struktura SFINGOMIJELINAStruktura SFINGOMIJELINA

polarnaglava

polarnaglava

O OHP OO

OCH2CH2N+

CH3

CH3

CH

ceramid

fosfokolinOCH2 CH C

OHH

CHCH

NHCOR

CH3

CH

(CH2)12

15

Dolazi u vanjskom sloju plazma membranemiinih i ivanih stanica

Uloga: PRIJENOS SIGNALA

Dolazi u vanjskom sloju plazma membranemiinih i ivanih stanica

Uloga: PRIJENOS SIGNALA

CH3

CEREBROZIDIeer: galaktoza ili glukoza

CEREBROZIDIeer: galaktoza ili glukoza

eerGalaktocerebrozidi:u mozgu i u ivanom tkivu

Glukocerebrozidi:u ostalom tkivu

GANGLIOZIDIeer:oligosaharid

Galaktocerebrozidi:u mozgu i u ivanom tkivu

Glukocerebrozidi:u ostalom tkivu

GANGLIOZIDIeer:oligosaharid ceramid

OCH2 C

HCOH

HCHCH

NHCO

1616

oligosaharid

ine 5-8% lipidau mozgu

oligosaharid

ine 5-8% lipidau mozgu

ceramid CHCOR

CH3

(CH2)12

9Antigenske determinante krvnih grupaAntigenske determinante krvnih grupaAntigenske determinante krvnih grupaAntigenske determinante krvnih grupa

sfingozin

masna kiselinaceramidO antigenO-antigen

A-antigen

1717

B-antigen

membranski lipidi(polarni)

f f li idi lik li idiskladini lipidi fosfolipidi glikolipidi

glicerofosfolipidi sfingofosfolipidi sfingoglikolipidi

skladini lipidi(neutralni)

triacilgliceroli

masnakiselina

SF

GL

masnakiselina

GL

SF

1818

kiselina

masnakiselina

masnakiselina

masnakiselina

alkohol

masnakiselina

kolin

masnakiselina

mono ilioligosaharid

FINGOZIN

LICEROL

kiselinaLICEROL Pi

FIGOZIN Pi

10

19

STEROL: kombinacija steroida i alkoholaSTEROL: kombinacija steroida i alkohola

polarna OH-skupinaHO

ArchaeaArchaea

eterskieterski lipidilipidi otporniotporni nana hidrolizuhidrolizu

razgranatirazgranati lancilanci otporniotporni nana oksidacijuoksidaciju

2020

11

Na povrini vode,fosfolipidi stvaraju monomolekulski sloj

Na povrini vode,fosfolipidi stvaraju monomolekulski sloj

zrak

21

voda

SVOJSTVA LIPIDA stvaranje micela i dvoslojaSVOJSTVA LIPIDA stvaranje micela i dvoslojaGlikolipidi i fosfolipidi u vodenoj okolini spontano stvaraju dvoslojGlikolipidi i fosfolipidi u vodenoj okolini spontano stvaraju dvosloj

unutranjivodeniodjeljakodjeljak

22

DVOSLOJ LIPOSOM

Liposom:zatvorene, neovisne vezikule ispunjeneotapalom, obavijene dvoslojem

Liposom:zatvorene, neovisne vezikule ispunjeneotapalom, obavijene dvoslojem

12

Lipidni dvosloj je nekovalentna kooperativna t i

Lipidni dvosloj je nekovalentna kooperativna t i

STABILIZACIJA lipidnog dvoslojaSTABILIZACIJA lipidnog dvosloja

tvorevina

Hidrofobne interakcije glavna pokretaka snaga u stvaranju lipidnog dvosloja

meu ugljikovodinim lancima djeluju van der Waalsove sile

tvorevina

Hidrofobne interakcije glavna pokretaka snaga u stvaranju lipidnog dvosloja

meu ugljikovodinim lancima djeluju van der Waalsove sile

hidrofilno

23

elektrostatske i vodikove vezeizmeu polarnih glava

Lipidni dvosloj je teko prohodanza ione i veinu polarnih molekula

elektrostatske i vodikove vezeizmeu polarnih glava

Lipidni dvosloj je teko prohodanza ione i veinu polarnih molekula

hidrofobno

transverzalna difuzija (flip-flop)

Difuzija lipidaDifuzija lipida

bona (lateralna) difuzija

vrlo sporo

24

brzo

13

Fluidnost membrana odreena je sastavom masnih kiselina

Fluidnost membrana odreena je sastavom masnih kiselina sadrajem kolesterola

Kolesterol regulira fluidnost membrana tako da

sadrajem kolesterola

Kolesterol regulira fluidnost membrana tako da

25

onemoguava bonu difuziju fosfolipida

ulae se izmeu lanaca masnih kiselina i sprjeava njihovu kristalizaciju

onemoguava bonu difuziju fosfolipida

ulae se izmeu lanaca masnih kiselina i sprjeava njihovu kristalizaciju

trans-MASNE KISELINEtrans-MASNE KISELINE

trans-polinezasiene masne kiselinetrans-polinezasiene masne kiseline

cis-masna kiselina trans-masna kiselina

26

trans polinezasiene masne kiseline

ne mogu se prevesti u korisne metabolite, jer ih ne prepoznaju enzimi

ugradnjom u membranu stanice uzrokuju deformaciju membrane

trans polinezasiene masne kiseline

ne mogu se prevesti u korisne metabolite, jer ih ne prepoznaju enzimi

ugradnjom u membranu stanice uzrokuju deformaciju membrane

14

Temperatura taljenja (Tm)Temperatura taljenja (Tm)

lipidni dvosloj: TEKUI KRISTAL neureeni lanci, u stalnom

lipidni dvosloj: TEKUI KRISTAL neureeni lanci, u stalnom

niskatemperatura

visokatemperaturaneureeni lanci, u stalnom

pokretu

pri nioj temperaturi: kristal izdueni i ureeni lanci

neureeni lanci, u stalnom pokretu

pri nioj temperaturi: kristal izdueni i ureeni lanci

kristal

tekui kristal

heksagonalna faza

27

prijelaz iz vrstog u tekui oblik ovisi o duljini lanaca masnih kiselina stupnju nezasienosti bonih

lanaca masnih kiselina

prijelaz iz vrstog u tekui oblik ovisi o duljini lanaca masnih kiselina stupnju nezasienosti bonih

lanaca masnih kiselina

heksagonalna faza

membrane jetrenih i modanih stanica fluidnije su u riba prilagoenih na

i k t t (5 10 oC)

membrane jetrenih i modanih stanica fluidnije su u riba prilagoenih na

i k t t (5 10 oC)niske temperature (5-10 oC)

sadre vie nezasienih masnih kiselina u obliku fosfatidiletanolamina i fosfatidilkolina

niske temperature (5-10 oC)

sadre vie nezasienih masnih kiselina u obliku fosfatidiletanolamina i fosfatidilkolina

CH2

CHOCO

R

CH2 O PO

OCO

R

O CH2 CH2 NH3+

28

vei sadraj omega-3 kiselina u sastavu membrane osigurava veu fleksibilnost i veu propusnost

vei sadraj omega-3 kiselina u sastavu membrane osigurava veu fleksibilnost i veu propusnost fosfatidiletanolaminafosfatidiletanolamina

2

O2 2 3

15

Proteini plutaju u dvodimenzionalnom lipidnom otapaluProteini plutaju u dvodimenzionalnom lipidnom otapalu

29S. Singer i G. Nicholson 1972. S. Singer i G. Nicholson 1972.

membrane su strukturno i funkcionalno membrane su strukturno i funkcionalno membrane su strukturno i funkcionalno asimetrine

membrane su strukturno i funkcionalno asimetrine

30

vanjska i unutranja povrina sadre razliite sastojke razlikuju se enzimskom aktivnou

vanjska i unutranja povrina sadre razliite sastojke razlikuju se enzimskom aktivnou

16

Proteini su nositelji membranskih aktivnosti Proteini su nositelji membranskih aktivnostijj

31

Prisutnost i zastupljenost pojedinog proteina ovisi o vrsti membrane

Prisutnost i zastupljenost pojedinog proteina ovisi o vrsti membrane

mijelinakson

Mijelin (izolator oko ivanih vlakana):18%

Membrane koje sadre crpke, receptore i enzime: 50%

Mijelin (izolator oko ivanih vlakana):18%

Membrane koje sadre crpke, receptore i enzime: 50%

noradrenalin

adrenergikireceptor

32

Unutranja membrana mitohondrija (sudjeluje u proizvodnji energije):75%

Unutranja membrana mitohondrija (sudjeluje u proizvodnji energije):75%

elektron transportni lanac

17

prijenosniprijenosni meustanino prepoznavanjemeustanino prepoznavanjeproteini

enzimi

proteini

enzimi stanino povezivanjestanino povezivanje

citosol

33

receptorireceptoripovezivanje s citoskeletom(odravanje oblika stanice,stabilizacija membranskihproteina)

povezivanje s citoskeletom(odravanje oblika stanice,stabilizacija membranskihproteina)

Periferni proteini nisu snano vezani za membranu od membrane se mogu odvojiti

Periferni proteini nisu snano vezani za membranu od membrane se mogu odvojitiod membrane se mogu odvojiti

blagim detergentima ili visokom koncentracijom soli

od membrane se mogu odvojitiblagim detergentima ili visokom koncentracijom soli

periferni proteiniperiferni proteini

34

Integralni proteini duboko su ukopani u membranu iz membrane se mogu odvojiti

denaturiranjem membrane (organskim otapalima ili jakim detergentima)

Integralni proteini duboko su ukopani u membranu iz membrane se mogu odvojiti

denaturiranjem membrane (organskim otapalima ili jakim detergentima)

integralnini proteiniintegralnini proteini

18

PERIFERNI proteiniPERIFERNI proteiniNalaze se na povrini membrane vezani elektrostatskim interakcijam s negativno

nabijenim fosfolipidima, vezani na integralne proteine, ili

Nalaze se na povrini membrane vezani elektrostatskim interakcijam s negativno

nabijenim fosfolipidima, vezani na integralne proteine, ilivezani na integralne proteine, ili usidreni u membranu hidrofobnim sidrom

vezani na integralne proteine, ili usidreni u membranu hidrofobnim sidrom

35

lipidnosidro

INTEGRALNI proteini

izloeni su samo na jednu stranu membrane, ili se prostiru kroz membranu trasmembranski

smjetaj pojedinog proteina u membrani je nepromjenjiv

INTEGRALNI proteini

izloeni su samo na jednu stranu membrane, ili se prostiru kroz membranu trasmembranski

smjetaj pojedinog proteina u membrani je nepromjenjiv

usmjerenost transmembranskih proteina je nepromjenjiva usmjerenost transmembranskih proteina je nepromjenjiva

36integralni proteiniintegralni proteini

19

Integralni proteini su ASIMETRINIIntegralni proteini su ASIMETRINI

dijelovi uronjeni u nepolarnu unutranjost membrane veinom su graeni od hidrofobnih aminokiselina

dijelovi uronjeni u nepolarnu unutranjost membrane veinom su graeni od hidrofobnih aminokiselina

dijelovi koji se pruaju u vodenu okolinu izgraeni su preteno od hidrofilnih aminokiselina

dijelovi koji se pruaju u vodenu okolinu izgraeni su preteno od hidrofilnih aminokiselina

izvanstanini prostor lipidni dvosloj unutarstanini prostor

37

GLIKOFORIN AGLIKOFORIN Aglikoprotein staninemembrane eritrocitaglikoprotein staninemembrane eritrocita

Ugljikohidratni ostaci nalaze se Ugljikohidratni ostaci nalaze se s vanjske strane plazma-membrane na luminalnoj strani ER u vanstaninom matriksu u krvnoj plazmi

s vanjske strane plazma-membrane na luminalnoj strani ER u vanstaninom matriksu u krvnoj plazmi oligosaharidioligosaharidi

38

Ugljikohidratni ostacisprjeavaju rotacijuproteina u membrani

Ugljikohidratni ostacisprjeavaju rotacijuproteina u membrani

20

meustanino prepoznavanje meustanino prepoznavanje

Uloga glikoproteina na plazma membraniUloga glikoproteina na plazma membrani

regulacija staninog rasta kontaktnom inhibicijom

vezanje liganada: receptori za hormone, neurotranzmitere i viruse

regulacija staninog rasta kontaktnom inhibicijom

vezanje liganada: receptori za hormone, neurotranzmitere i viruse

39

antigenske determinante krvnih grupa (ABO i Rh)

antigenske determinante krvnih grupa (ABO i Rh)