Post on 07-Jul-2018
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
1/34
1. Structura membranei celulare
2. Mecanisme de transport membranar
3. Mecanisme de macrotransport
4. Receptori şi traductori de informa ţ ie
în membranele biologice
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
2/34
Structuri stabile
Fluiditate
Permeabilitate selectiv ă
Fosfolipidele = compu ş ii majoritari ai membranei
flexibile difuzie lateral ă rapidă
Proteinele membranareancorate libere difuzie lateral ă lent ă
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
3/34
Intr-o solu ţ ie apoas ă fosfolipidele formeaz ă de la sine structuri complexe
Micele Bistraturi
Lan ţurile hidrofobe se dispun spre interiorCapetele hidrofile se dispun spre exterior
Aranjament care minimizeaz ă energia liber ă
Dac ă lungimea lan ţ urilor lipidice cre ş te stabilitatea bistratului cre ş te permeabilitatea bistratului scade
c r e ş t e
l u n g
i m e a
l a n ţ u
l u i h i d r o
f o
b 2 - 4 atomi CLipide solubile în ap ă
5 - 9 atomi CMicele
10 - 15 atomi CBistraturi semi-stabile
> 15 atomi CBistraturi stabile
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
4/34
Repulsia hidrofob ă determin ăformarea bistratului lipidic
Bistratul lipidic este stabilizat prin
For ţ e Van der Waals între lan ţ urile hidrofobe
Leg ă turi de hidrogen
Atrac ţ ii electrostatice
între grup ă rile hidrofile ale lipidelor ş i moleculele solu ţ iei apoase
Temperaturi sc ăzute
Lan ţ uri hidrocarburice strâns împachetate
Membrana devine rigid ă se solidific ă
Temperatura cre ş te
Lan ţ uri lipidice mai dezordonate
Fluiditatea cre ş te Membrana se tope ş te
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
5/34
Membran ă solid ă Membran ă fluid ă
Bistratul lipidic = barier ă pentru molecule hidrofile
proteine, zaharuri, acizi nucleici, ioni
Membranele celulare = bistraturi lipidice în care sunt încorporate (integral sau par ţ ial)
proteine
glicoproteine lipoproteine
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
6/34
Mediu extracelular Lan ţ deoligozaharide
Fosfolipid ă
Glicolipid ă
Colesterol
CitoplasmăProteineintegrale
Protein ăperiferic ă
intrinseci ≡ integraleextrinseci ≡ periferice
Proteinele integrale = 70% din proteinele membranare
Caracter predominant hidrofob
Amfifile
Puternic legate de membran ă
Rol esen ţial în men ţinerea stabilit ăţ ii membranelor
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
7/34
Proteinele periferice
Nu au regiuni hidrofobe
Legate slab de membran ă
Se pot asocia cu proteine integrale sau cu regiuni hidrofile de la suprafa ţa membranei
10% din fosfolipidele ş i proteinele membranare leag ă covalent lan ţ uri de oligozaharide
Carbohidra ţi cu3-6 monozaharideglucoza galactoza acid sialic
absente pe fa ţ a intern ă a membranei plasmatice
cresc stabilitatea membranei
cresc vâscozitatea membranară
sunt situsuri de recunoa ş tere pentru molecule din mediul extracelular
Particip ă la procesele de recunoa ş tere celular ăcontrolate de sistemul imunitar
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
8/34
STEROL - lipidă ne-glicerid ă ,combina ţ ie între un steroid ş i un alcool
1 grupare OH
1 por ţiune steroid ă
1 lan ţ hidrocarburic
interac ţ ii cu PO 4
se dispun în interiorul hidrofob al membranei
Colesterolul stabilizeaz ă fluiditatea membranei pe intervale mai mari de temperatură
Temperatura de topire a membranei scade
Fluiditatea membranei depindede propor ţia lipide saturate / nesaturate
Lan ţ uri hidrocarburice saturate
Numai leg ă turi simple C – C
Lan ţ flexibil ş i liniar
Lan ţ uri hidrocarburice nesaturate Au ş i leg ă turi duble C = C
R ăsuciri ale lan ţ ului
Lipidele nesaturate nu se pot împachetaatât de ordonat precum cele saturate
Temperatura de topire scade cu câteva zeci ºC
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
9/34
Nu este permeabil fa ţă de
molecule polare mari
(ex. zaharuri)ioni (indiferent de m ărimea lor)
Un bistrat lipidic este permeabil pentru
molecule hidrofobe (inclusiv gaze: O 2, CO 2)
molecule polare mici, neionizate
(ex. H 2O)
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
10/34
CAUZE: CAUZE: CAUZE: CAUZE:
agita ţ ia termică (difuzie) atrac ţ ii sau respingeri electrostatice
Transportul pasiv se realizeaz ăf ă
r ă
consum de energie metabolică
Moleculele transportate se deplaseaz ă în sensul gradientului poten ţialului electrochimic
M MM MECANISME DE TRANSPORT PASIV ECANISME DE TRANSPORT PASIV ECANISME DE TRANSPORT PASIV ECANISME DE TRANSPORT PASIV
1. Difuzie simpl ă prin dizolvare în bistrat
2. Difuzie simpl ă prin canale
3. Difuzie facilitat ă
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
11/34
Fluxul net de substan ţă are sensul gradientului de poten ţ ial electrochimic
EXEMPLU Schimbul gazos
în alveolele pulmonare
C CC CANAL MEMBRANAR ANAL MEMBRANAR ANAL MEMBRANAR ANAL MEMBRANAR Protein ă integral ă complexăPoate forma o cale de trecere
pentru anumite molecule sau ioni
insolubili în matricea lipidic ă a membranei
Filtrul canalului
închis deschis CANAL
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
12/34
Canal acvaporinMembrana
celular ă Canal ionic
Celula
++
molecul ăde ap ă
ion
STRUCTURA UNUI CANAL IONIC
Filtrul ionic Vestibulul Poarta Senzorul
chimice anumite molecule
electrice poten ţ ialul de membrană
mecanice presiunea termice c ă ldura
electromagnetice lumina
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
13/34
Canal ionic
Membrana celular ă
Membrana celular ă
Filtruionic
Poarta
Vestibul
Canalele ionice au selectivitate foarte mare pentru un anumit tip de ioni
Canalul de K +
Ionii Na + sunt mai mici decât ionii K + ş i au aceea ş i sarcin ă electric ă
Mecanismul de filtrare selectivă a ionilor
Premiul Nobel 2003 - Roderick MacKinnon
Ionul K + culiseaz ă de-a lungul canalului prin legă ri succesive la câte 4 atomi O
EXEMPLU:
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
14/34
A
B
= Transport de substan ţă prin membran ăprin transportori difuzibili
prin ionofori formatori de pori
Proteine transportoare ≡≡≡ ≡ transportori ≡≡≡ ≡ ionofori
Nu au propriet ăţ i enzimatice
Transport în sensul gradientului electrochimic
Influx de glucoz ă difuzie facilitată
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
15/34
difuziesimpl ă
difuzieprin
canal
difuziefacilitat ă
molecul ătransportoare
molecule transportate
protein ăcanal
gradient deconcentra ţie
E n e r g i e
TRANSPORT PASIV TRANSPORT ACTIV
Primar
Secundar
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
16/34
Proteine integrale cu propriet ăţ i enzimatice= pompe
Transport împotriva gradientului de concentra ţ ie
Cuplat cu reac ţii care furnizeaz ă energie liber ă
Pompele utilizeaz ă energia ATP-ului luminii
adenina
zahar 3 grup ă ri fosfat
ATP H2O
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
17/34
ADP
H3O+
P i
Pompele care folosesc energia ATP
(ATP-aze)
Molecula ATP se leag ă la molecula pompei
ATP este hidrolizat la ADP
Pompa absoarbe par ţ ial energia furnizat ă
Pompa î ş i schimb ă conforma ţ ia
Translocarea moleculei hidrofile
Relaxarea pompei
Pompa revine la conforma ţ ia ini ţ ial ă
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
18/34
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
19/34
Ca 2+-ATP-aza
Concentra ţ ie redus ă de Ca 2+ în citosol ~100 nM
Reticul endoplasmatic Mediu extracelular
~1 mM
Ca 2+-ATP-az ă deficitar ă
Nivel toxic al calciului citosolic
≡ moartea celular ă programat ă
Plasmalem ăMembrana reticulului ER/SR
Celulele pot sintetiza pompe membranare pentru a elimina substan ţ e toxice sau medicamente
Rezisten ţa la medicamente în chimioterapie
Pompele membranare sunt reversibile
Na +-K+-ATP-aza poate func ţiona în sens invers
Sintetizeaz ă ATP
Sintetizeaz ă ATP folosind gradientul de H +sau
Produce un gradient H + folosind ATP
ATP-sintaza
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
20/34
Cotransport ≡ Transport cuplat
Transportori complec ş i care cupleaz ădoi gradien ţ i electrochimici diferi ţ i
Cotransportori
SIMPORT Moleculele sunt transportate în acela ş i sens
ANTIPORT Cele dou ă tipuri de moleculesunt transportate în sensuri opuse
Transferul glucozei din intestin în sânge
difuziefacilitat ă aza
glucoza
glucoza
glucoza
glucoza
glucoza
Intersti ţ iu
Lumen
Epiteliu intestinal
Lumen intestinal
Intersti ţ iu
10 mM Na +
144 mM Na +
144 mM Na +
Blocaj cuoligomicin ă
Inhib ă Na+
-K+
-ATPaza
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
21/34
In celulele nodulului sinusal ş i atrioventricular
Antiport electrogenic 3 Na +/ 1 Ca 2+
Influx de sarcin ă net ă +e
Na +-K+-ATP-azaEflux de Na +
Influx de K +
Eflux de Ca 2+
Influx de Na +
Eflux de sarcin ă net ă +e
Ionul Concentra ţ iaextracelular ă
(mM)
Concentra ţ iaintracelular ă
(mM)
Na + 145 15
K+ 4 150
Ca 2+ 2 10 -4
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
22/34
ActivitateaActivitateaActivitateaActivitatea spontanaspontanaspontanaspontana ritmicaritmicaritmicaritmicaaaaa nodurilor nodurilor nodurilor nodurilor sinoatrialsinoatrialsinoatrialsinoatrial sisisisi atrioventricular atrioventricular atrioventricular atrioventricular
timptimptimptimp
P o
t e n t i a
l e
l e c
t r i c
P o
t e n t i a
l e
l e c
t r i c
P o
t e n t i a
l e
l e c
t r i c
P o
t e n t i a
l e
l e c
t r i c m e m b
r a n a r
m e m b
r a n a r
m e m b
r a n a r
m e m b
r a n a r
Potentialde repaus
Potentialde actiune
fluxurilefluxurilefluxurilefluxurile ioniceioniceioniceionice prinprinprinprin membranamembranamembranamembrana determinadeterminadeterminadetermina crestereacrestereacrestereacrestereapotentialuluipotentialuluipotentialuluipotentialului dededede repausrepausrepausrepaus panapanapanapana la ola ola ola o valoarevaloarevaloarevaloare dededede pragpragpragprag, ,,,la carela carela carela care fibrafibrafibrafibra sesesese depolarizeazadepolarizeazadepolarizeazadepolarizeaza spontanspontanspontanspontan
prepotential
depolarizare repolarizare
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
23/34
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
24/34
membran ă
membran ă
particul ă solid ă
material extra-
citoplasmatic
Citoplasm ă
Mediu
extracelular
FagociteMacrofage
substan ţ e toxice reziduuri celulare bacterii
distrug
Similar ă fagocitozei Celula înglobeaz ă lichid extracelular
Anumite substan ţ e extracelulare se leag ăla receptori membranari specifici
induc formarea de vezicule membranare
Celulele preiau colesterolul transportat de sânge
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
25/34
Vezicule cu material intracelular
sunt transportate spre membrana plasmatic ăfuzioneaz ă cu membrana
elibereaz ă materialul în exteriorul celulei
Secreţia de insulinăEliberarea anticorpilor în sângeEliberarea de neurotransmiţători
EXEMPLE
Vezicule cu material extracelular sunt înglobate în celul ă
traverseaz ă celula fuzioneaz ă cu membrana plasmatic ă elibereaz ă materialul în spa ţ iul extracelular
Transcitoza prin endoteliul capilar Trecerea proteinelor plasmatice
din sânge în spa ţ iul extravascular
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
26/34
Membranele celulare suntdegradate, reciclate ş i regenerate
Reticul endoplasmatic
Veziculede transport
Aparatul GolgiNucleuRibozomi
Enzimedigestive
Membranaplasmatic ă
Citoplasm ăMediu extracelula
Lizozomi
Degradarea componentelor membranare se produce în lizozomi
Enzime digestive
Activitate enzimatic ă defectuoas ă
Afec ţiuni neurologice !
Stocare excesiv ă de material membranar în lizozomi
Stocarea proteinelor-receptor în reticulul endoplasmatic
Afec ţiuni cardiace !
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
27/34
= Protein ă integral ă complex ă
recep ţ ioneaz ă un stimul extracelular
Semnal primar ≡ Mesager primproduce un semnal secundar
M MM Mesager secund esager secund esager secund esager secund
Determin ă o serie de procese celulare
R ăspunsul celular la stimulul extern
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
28/34
Mesagerii primi mediatori chimicihormoniantigeni
medicamente
Mesagerul secund complexul receptor – mesager primo molecul ă sintetizat ă de celul ă
c-AMP c-GMP DAG IP 3
Sinteza moleculei semnal
Eliberarea moleculei semnal
Transportul moleculei semnal c ă tre ţ int ă
Detec ţ ia semnalului
R ăspunsul celular Desprinderea moleculei semnal de receptor
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
29/34
Semnale endocrine
hormoni produ ş i de glandele endocrine
Eliberare de hormoni în sânge
Gland ă endocrin ă
Vas de sânge
Celule ţintă
Semnale paracrinegenerate de celule; ac ţioneaz ă local
Celul ă secretoare Celul ă ţ intă învecinat ă
Ex: Transmiterea semnalului de la o celul ă nervoas ă la alta de la o celul ă nervoas ă la o celul ă muscular ă
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
30/34
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
31/34
Receptori asocia ţ i cu canale ionice
Receptori asocia ţ i cu o protein ă G
Receptori asocia ţ i cu enzime
Receptori metabotropi
Receptori ionotropi
= Proteine-receptor care formeaz ă canale ionice
Zon ă receptoare leag ă mesagerul prim
Zon ă efectoare
comunic ă senzorului comandade deschidere / închidere a por ţii
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
32/34
Ligand Ca 2+
Canal închis Canal deschis
Receptor
Receptorul nicotinic de acetilcolin ă
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
33/34
1
2
3 4 5
6
7
I
II
III
αγ
β
GDP
α
GTP
GTP GDP
Pi
γβ
N
C
membrana
Citoplasm ă
Mediu extracelular
P
PP
PIP 2
α
GTPγ
β
PLC β2 PLC β1
+
OH
DAG
P
PP
IP 3
Mediu extracelular
membrana
Citoplasm ă
8/19/2019 Curs Membrane Prezentare
34/34
R ăspunsul celular:- Cre ş terea permeabilit ăţ ii pentru glucoz ă- Sinteza de glicogen - Glicoliza - Sinteza de acizi grasi
Receptorul de insulin ă
In celulele musculare
Vezicule citoplasmatice cu Glut4
INSULINA exocitoz ă
Influx de glucoz ă prin Glut4
Difuzie facilitat ă