Post on 12-Aug-2015
description
MEMBRANA PLASMATICĂ
• Structura şi organizarea moleculară
• Tipuri de transport
• Diferenţieri morfologice
• Schimburi de informaţii
• Aderenţa celulară
• Joncţiunile intercelulare
MEMBRANA PLASMATICĂ
STRUCTURA ŞI COMPOZIŢIA BIOCHIMICĂ
• Membrana plasmatică este un înveliş continuu al celulei, frontieră cu structură asimetrică între mediul intracelular şi extracelular, fiind formată din două straturi lipidice şi din proteine membranare intrinseci şi extrinseci.
• Se caracterizează printr-o compoziţie chimică variabilă adaptată funcţiei regiunii celulare pe care o delimitează
• Pentru aceeaşi celulă această compoziţie diferă de la o regiune la alta şi de asemenea poate fi diferită de la o celulă la alta
• Prezintă continuitate tranzitorie cu membranele sistemului endomembranar (reticulul endoplasmic, învelişul nuclear, aparatul Golgi, endozomii, fagozomii, lizozomii, veziculele, canaliculele şi vacuolele), prin intermediul vacuolelor de exocitoză
STRUCTURA ŞI COMPOZIŢIA BIOCHIMICĂ
• Membrana plasmatică acţionează ca un filtru cu o mare selectivitate
• Controlează penetrarea substanţelor nutritive şi exportul deşeurilor
• Menţine diferenţele de concentraţie între mediul extracelular şi intracelular şi intervine în homeostazia mediului intracelular
• Percepe modificările înconjurătoare şi captează semnalele externe modificându-şi comportamentul în funcţie de informaţiile primite, pentru a putea să se adapteze şi să răspundă adecvat acestor modificări.
• Membrana permite comunicarea intercelulară, fenomenele de recunoaştere dintre celule şi facilitează adezivitatea fie între două celule, fie între celule şi un substrat
ORGANIZAREA GENERALĂ
• Membrana plasmatică este formată din trei foiţe, două osmofile dispuse de o parte şi de alta de una centrală osmofobă
• Ea este acoperită de o ţesătură de fibrile constituind glicocalixul (cell coat)
• Grosimea totală a membranei plasmatice este de 7,5 nm variind în jurul acestei valori aproape nesemnificativ, în funcţie de tipul de celulă
• Este alcătuită din molecule proteice şi lipidice (model în mozaic – Singer și Nicolson
BISTRATUL LIPIDIC• Acest strat constituie o barieră impermeabilă
pentru moleculele hidrosolubile• Grupările polare ale lipidelor ocupă faţa externă
(foiţa osmofilă externă) şi faţa internă (foiţa osmofilă internă)
• Grupările apolare se situează în foiţa mediană osmofobă
• Foiţa osmofilă externă deseori mai groasă decât foiţa internă, indică asimetria membranei plasmatice
• Foiţa internă intră în raport cu elementele periferice ale citoscheletului, cortexul celular, format în special din microfilamente de actină
BISTRATUL LIPIDIC• Grosimea fiecăreia dintre cele două foiţe
osmofile atinge 2 nm, în timp ce grosimea foiţei osmofobe este de 3,5 nm
• Bistratul lipidic conţine proteine membranare intrinseci (70% din totalul proteinelor membranare) legate strâns de membrană, ocupând o parte sau toată grosimea membranei
• Aceste proteine sunt amfipatice: au doi poli hidrofili în contact cu faza apoasă extracelulară şi cu faza apoasă citoplasmatică şi o parte mijlocie hidrofobă plonjând în stratul lipidic
• Proteinele membranare extrinseci se dispun fie pe faţa externă, fie pe faţa internă membranară
• Reprezintă aproximativ 30% din totalul proteinelor membranare
• Se asociază cu proteinele intrinseci prin legături slabe (forţe electrostatice, legături hidrofobe)
• Glucidele constituie pătura cea mai exterioară formând glicocalixul sau glicolema sau cell coat
• Glicocalixul este alcătuit din fibrile cu un diametru de 1,5 nm care se dispun perpendicular pe suprafaţa membranei
• Grosimea sa variază în funcţie de celulă, mai mică pentru hematie şi ajungând la 200 nm în cazul enterocitului
BISTRATUL LIPIDIC
PRINCIPALELE LIPIDE MEMBRANARE
• Fosfolipidele
• Colesterolul
• Sfingolipidele care cuprind galactolipide, glicolipide neutre, gangliozide
• Glicolipidele
FOSFOLIPIDELE ȘICOLESTEROLUL
• Fosfolipidele există în membrana plasmatică sub diverse forme: acid fosfatidic, fosfatidilcolină, fosfatidiletanolamină, fosfatidilserină
• Colesterolul prezintă o grupare polară şi o grupare steroidă
• Membrana celulelor eucariote conţine cantităţi mari de colesterol
• Membrana celulelor procariote nu conţine colesterol
GLICOLIPIDELE
• Esteri de sfingozine sau sfingoglicolipide, de glicolipide neutre, de gangliozide şi de galactocerebrozide ale căror lanţuri glicozilate emerg spre glicocalix
• Receptorii membranari sunt în general de natură proteică sau glicoproteică, dar anumite lipide membranare pot juca rolul de receptor membranar, cum ar fi gangliozidele
PROPRIETĂŢILE LIPIDELOR MEMBRANARE
• Asimetria bistratului lipidic• Natura grupărilor polare, gradul de nesaturare a
lanţurilor hidrocarbonate • Distribuţie asimetrică a sarcinilor electrice,
fosfatidilserina, singurul fosfolipid cu sarcină electrică negativă găsindu-se în stratul intern membranar
• In monostratul extern - sfingolipidele, glicolipidele, fosfatidilcolinele
• În monostratul intern - fosfatidiletanolamină şi fosfatidilserină
MICELII ŞI LIPOZOMI
• Lipidele formează spontan straturi mono- şi bimoleculare într-un mediu apos
• Moleculele amfipatice se organizează în structuri sferice (micelii) sau plane (dublu strat)
• În ambele situaţii spre mediul apos sunt regiunile hidrofile, iar în interiorul acestor structuri se găsesc grupările hidrofobe
• Structurile în dublu strat se pot închide şi formează nişte vezicule sferice numite lipozomi
LIPIDELE ŞI FLUIDITATEA MEMBRANARĂ
• Fluiditatea membranei depinde de gradul de nesaturare al fosfolipidelor, de temperatură și de cantitatea de colesterol
• Nesaturarea lanţurilor hidrocarbonate creşte fluiditatea bistratului lipidic
• Saturarea lanţurilor hidrocarbonate duce la trecerea stratului bilipidic din starea fluidă în stare de gel
• O scădere a temperaturii produce sinteza lipidelor membranare nesaturate, inducând astfel creşterea fluidităţii membranei plasmatice
LIPIDELE ŞI FLUIDITATEA MEMBRANARĂ
• Prin modul cum interacţionează cu fosfolipidele vecine, colesterolul în concentraţie crescută determină scăderea fluidităţii membranare ceea ce duce la scăderea permeabilităţii pentru moleculele de apă şi la creşterea rezistenţei mecanice a structurilor membranare
• Prin dimensiunile mici ale grupărilor sale polare, molecula de colesterol se poate redistribui rapid în bistratul lipidic (mişcări flip-flop) fapt ce conferă membranelor caracterul de flexibilitate influenţând modificarea formei celulare
MICRODOMENII LIPIDICE
• Dublul strat lipidic este un fluid bidimensional în care lipidele şi proteinele difuzează liber
• Există însă o „regionalizare” laterală şi transversală a membranelor
• Ele sunt constituite din micro- şi macrodomenii
• Membrana plasmatică este un mozaic de microdomenii lipidice numite DIGs (detergent-insoluble glycolipid-enriched domains) formate din lipide în fază de gel şi separate de regiuni non-DIGs (formate din lipide în fază fluidă).
• Dimensiunile acestor microdomenii variază: ele pot să se disocieze sau să fuzioneze unele cu altele.
MODUL DE DEPLASARE AL LIPIDELOR
• Lipidele se pot deplasa lateral și de la un strat la altul
• Fosfolipidele se pot deplasa lateral, adică în acelaşi plan (difuziune laterală)
• Ele pot să se deplaseze de asemenea de la un strat la altul (mişcare flip-flop sau de basculă)
• Acest tip de mişcare lentă este rară. Unei molecule fosfolipidice îi trebuie de 100 de ori mai mult timp pentru o mişcare flip-flop decât pentru o deplasare laterală pentru aceeaşi distanţă de parcurs.
• Lipidele pot avea de asemenea mişcări de rotaţie în jurul axului lor longitudinal
PROTEINElE MEMBRANARE• Există o mare diversitate de molecule proteice, reprezintă
suportul molecular al principalelor funcţii ale membranelor celulare
• Mai puţin numerose decât lipidele (100 de lipide la o proteină), moleculele proteice sunt de 30 la 50 de ori mai voluminoase decât cele lipidice
• Ele reprezintă 50% din masa membranei
• Au o extremitate amino-terminală (-NH2) şi o extremitate carboxi-terminală (-COOH)
• Fiecare dintre aceste extremităţi este situată fie în citoplasmă, fie în mediul extracelular
• Proteinele transmembranare care au extremitatea amino-terminală în citoplasmă sunt proteine de tip I, iar celelalte sunt de tip II
PROTEINElE MEMBRANARE
• De-a lungul proteinelor alternează zone hidrofile şi hidrofobe (în funcţie de natura acizilor aminaţi care le constituie)
• În interiorul membranei, majoritatea proteinelor (în jur de 70%) se leagă de fosfolipide hidrofobe, iar restul de alte molecule
• Extremitatea extramembranară în contact cu mediul extracelular este aproape întotdeauna glicozilată
• Proteinele membranare se împart în proteine extrinseci şi intrinseci
PROTEINE INTRINSECI• Câteva proteine intrinseci sunt proteine monotopice -
au o singură faţă ce emerge de la bistratul lipidic
• Proteinele intrinseci traversează membrana fie o singură dată (proteine cu traversare unică, single pass sau bitopică), fie de mai multe ori (proteine cu traversări multiple sau politopice)
• Proteinele cu traversare unică cuprind grupul proteinelor bitopice – glicoforina din membrana eritrocitară
• Proteinele cu traversare unică acţionează în general ca receptori catalitici
• Proteinele cu traversări multiple trec de mai multe ori prin bistratul lipidic, constituind de fiecare dată o elice α ( proteinele politopice).
PROTEINE EXTRINSECI
• Sunt proteine din afara bistratului lipidic ancorate de lipide prin legături covalente
• Proteinele localizate pe faţa externă a membranei plasmatice se ancorează prin intermediul GPI (glicofosfatidilinositol)
• Proteinele situate pe faţa dinspre citosol se ancorează prin intermediul unor lungi lanţuri hidrocarbonate care pătrund în foiţa internă a bistratului.
•
FUNCŢIILE PROTEINELOR MEMBRANARE
• Moleculele proteice, izolate unele de altele, plonjează în dublul strat lipidic
• Transportul transmembranar de substanţe necesare creşterii şi regenerării structurilor celulare
• Recepţionarea informaţiilor• Proteinele sunt receptori capabili să
reacţioneze fie la molecule de informaţie (hormoni), fie la stimuli fizico-chimici Receptorii convertesc aceste semnale pentru ca celulele să le poată interpreta
FUNCŢIILE PROTEINELOR MEMBRANARE
• Mecanismele de recunoaştere celulară
• Unele dintre ele au activitate antigenică (glicoproteinele sunt suport ale antigenelor M, N şi ale celor de histocompatibilitate
• Inhibiţia de contact
• Aderenţa intercelulară sau a celulei la un suport
• Activităţi enzimatice diverse
• Legături structurale care unesc citoscheletul cu membrana plasmatică
• Fixarea substanţelor medicamentoase
• Fixarea virusurilor, a toxinelor sau a celulelor
MODUL DE DEPLASARE AL PROTEINELOR• Proteinele se deplasează în dublul strat lipidic
• Membrana plasmatică este divizată în numeroase compartimente de la 0,1 la 1 µm. Proteinele transmembranare se deplasează liber în interiorul aceluiaşi compartiment
• Mişcările lor pentru deplasare sunt încetinite doar de prezenţa altor molecule proteice
• Ele rămân în medie aproximativ 24 de secunde într-un compartiment. Moleculele se deplasează de la un compartiment la altul cu o frecvenţă de 0,01 s-1.
• Ca şi lipidele, proteinele intrinseci pot efectua mişcări de rotaţie
• Proteinele însă nu au mişcare de tip flip-flop
GLICOCALIXUL (CELL COAT)
• Reprezintă zona periferică a membranei celulare şi este alcătuit din lanţuri oligo-zaharidice ale glicoproteinelor, din proteoglicani, glicolipide şi glicoproteine extrinseci extracelulare legate slab de celelalte elemente (fibronectină, laminină)
• Are acelaşi aspect pe microvilozităţile enterocitelor ca şi pe celulele epiteliale ale epididimului sau ale tubilor renali proximali
• Are o structură filamentoasă, iar menţinerea activităţii fiziologice vitale ale celulei depinde de integritatea glicocalixului.
FUNCŢIILE GLICOCALIXULUI• Protecţia membranei plasmatice: asigură o
protecţie chimică (datorită rezistenţei sale la enzime mucolitice şi proteolitice) şi una mecanică
• Previne ruperea membranei apicale ale celulelor, evitând orice contact cu molecule de talie prea mare
• Încărcătura de suprafaţa a celulelor este negativă - acid sialic, bogat în sarcini negative
• Neuraminidaza care lizează acidul sialic
FUNCŢIILE GLICOCALIXULUI• Funcţia de capcană: in vitro, membrana eritrocitară
absoarbe şi fixează lipopolizaharide, cardiolipina. Absorbţia cardiolipinei de către glicocalix stă la baza a numeroase teste serologice pentru diagnosticul de sifilis
• In vivo, glicocalixul absoarbe sau fixează anticorpii citofili (opsonizarea) care modifică fagocitoza
• Poate avea activitate enzimatică
• În celulele intestinale, miocardiocite, hepatocite glicocalixul cuprinde unităţi globulare care conţin leuco-aminopeptidaze la nivelul hepatocitelor, maltază pentru celulele intestinale
• Intervine în adezivitatea celulară
MEMBRANA PLASMATICĂ