Universitatea din BucurestiFacultatea de Biologie

ReferatColesterolul membranar

Ion Cristina-IonelaBiologie II2010/2011

1

MEMBRANA CELULARA Definitie, structura si organizare moleculara

Organismele vii sunt alcătuite dintr-un număr foarte mare de compartimente fluide interdependente, mărginite de membrane plasmatice. Membranele celulare sunt structuri planare cu grosimi moleculare cuprinse între 6şi 10 nm (1 nm = 10-9 m) care îndeplinesc cel puţin două funcţii dinamice esenţiale, ele neputând fi privite ca nişte pelicule pasive care delimitează două medii care au caracteristici fizico-chimice diferite (lichidul interstiţial şi citoplasma)

Prima funcţie a membranei celulare este de a împiedica mişcarea liberă a particulelor între două compartimente adiacente (lichidul interstiţialşi citoplasma), prin urmare membrana are rolul unei bariere fizice active. Lichidul interstiţialşi citoplasma sunt sisteme disperse având ca solvent apa, iar ca faze dispersate electroliţi (ioni de Na, K, Cl, Ca, Mg), macromolecule (de ex. proteinele), organite intracelulare (de ex. mitocondriile)şi molecule polare mici, în concentraţii diferite. Lichidul interstiţial şi citoplasma au aceeaşi osmolaritate de aproximativ 300 mOsM/l, fiind deci, lichide izotonice.

Fiind semipermeabile şi selective, membranele celulare îndeplinesc şi o a doua funcţie foarte important si anume reglarea volumului şi a compoziţiei mediului intracelular. Această reglare asigură menţinerea la valori constante a compoziţiei şi volumului intra şi extracelular, în ciuda fluctuaţiilor din mediul extern.

Structura membranei celulare a fost studiată prin microscopie electronică, difracţie de raze Xşi recent, vizualizată cu ajutorul microscopiei de forţă atomică.

Principalii constituenţi ai membranelor biologice sunt lipidele şi proteinele, conform modelului mozaicului fluid proteolipidic al lui Nicholsonşi Singer elaborat în 1972: membrana este formată dintr-un bistrat lipidic, în care sunt inserate protein şi glicoproteine. Acest model presupune distribuţia uniformă a diferitelor tipuri de lipide în bistrat, lucru care a fost infirmat în ultimii ani. Simon si Ikonen au demonstrat în 1987 existenţa asa numitelor microdomenii lipidice (“lipid rafts”) de colesterol şi sfingomielina care nu sunt solubile în detergenţi nonionici, adică prezenţa unor insule membranare, lipidele nedistribuindu-se uniform pentru a forma bistratul lipidic.

LIPIDELE MEMBRANAREAspecte generale

Lipidele reprezinta o clasa insemnata de compusi, care intra in structura membranelor celulare (plasmatice si citoplasmatice). Ele stau la baza exprimarii unor functii biologice ale celulelor: asigura organizarea membranelor celulare, exprima a serie se specificitati imunitare ale celulelor, formeaza compusi cu proteinele si glucidele cu functii receptoare si metabolice extrem de complexe si variate.

Pentru a putea face analiza lipidelor din membranele celulare, am adoptat clasificarea propusa de Lehninger (1975) bazata pe structura scheletului lor de carbon. Astfel, se deosebesc

2

lipide complexe ce cuprind acilgliceroli (gliceride sau grasimi neutre), fosfogliceride, sfignolipide si ceruri. Lipidele simple (nu contin acizi grasi) includ steroizii, postaglandinele si terpenele.

In structura membranelor celulare s-au identificat numeroase tipuri de fosfogliceride si sfignolipide, care sunt cunoscute si sub denumirea de lipide polare. Dintre lipidele simple, cel mai raspandit compus al membranelor celulare este colesterolul, steroid important in compozitia membranelor plasmatice animale.

Colesterolul membranar este un component lipidic major al membranei. Este un steroid, derivat de ciclo-pentano-perhidro-fenantren, deci o hidrocarbură tetraciclică saturată.

Molecula este compusă dintr-o coadă hidrofobă sub formă de farfurie, care-i conferă o anumită rigiditate, şi un cap hidrofil, adică gruparea -OH ataşată la C3. Colesterolul are o moleculă mult mai compactă decât cea a fosfolipidelor sau sfingolipidelor. Este inserat în bistratul lipidic iar gruparea -OH de la C3 este situată la nivelul interfeţei cu mediul apos (extra- sau intracelular). Un continut mare in colesterol se afla in membrana mielinica (pana la 24%) si in cantitati mici in membranele citoplasmatice (intre 0.4-8%). Im membrana plasmatica colesterolul se afla numai sub forma libera; in unele membrane citoplasmatice segasesc si esteri ai colesterolului.

S-au descries numerosi factori ce influenteaza metabolismul si biosinteza colesterolului (hormoni, vitamine, hrana, factori emotionali, etc). Stratul lipidic extern este mai bogat in colesterol decat cel intern. In cazul membranei mielinice, s-a descris un raport echimolar colesterol/fosfolipide pentru stratul extern si un raport 3:7 pentru stratul lipidic citoplasmatic.

3

Colesterolului îi revine un rol important în reglarea fluidităţii membranare şi previne cristalizarea lanţurilor acil ale acizilor graşi care fac membranele mai puţin fluide, deci opuse colesterolului. Efectul colesterolului asupra membranelor se efectuează prin intercalarea grupărilor sale hidroxil, polare, în bistratul lipidic, nucleul sterolic rigid, care interacţionează cu lanţurile de acizi graşi din vecinătate. După Smith (1992), colesterolul previne transformarea membranelor normale din faza de fluid în faza de gel la temperaturi joase.

La nivelul membranelor procariotelor, colesterolul lipseşte. Numai cianobacteriile şi microorganismele de legătură cu eucariotele sunt capabile de a sintetiza colesterol, în prezenţa oxigenului.

Rolul colesterolului. Cercetarile experimentale au apreciat ca colesterolul controleaza fluiditatea acizilor grasi din fosfolipide, prin insertia sa intre lanturile hidrocarbonate. Nucleul steroidic al colesterolului cu gruparea hidroxilica orientate in afara, fixeaza primii 9-10 atomi de carbon din lanturile hidrocarbonate fosfolipidice, independent de starea fizica a membranei (lichid-cristalina sau cristalina). Ca urmare, lanturile hidrocarbonice prezinta un grad de libertate intermediar, la orice temperatura. Cu alte cuvinte, colesterolul contracareaza influenta temperaturii asupra starii fizice a fosfolipidelor din membrana (tranzitia de faza a lor). S-a demonstrat ca la concentratii mari in colesterol (raport molar 1:1), are loc o inhibitie a tranzitiei de faza a fosfolipidelor din membrane.

Trabuie sa subliniem faptul ca colesterolul exercita asupra fosfolipidelor din membrane un efect dublu: scade fluiditatea lanturilor hidrocarbonice desupra temperaturii de tranzitie de faza si creste fluiditatea lor, sub temperatura de tranzitie de faza. Acest luccru a fost stabilit prin cercetarea permeabilitatii membranelor fosfolipidice (lipozomi), preparate din fosfatidilcoline cu compozitii variate in acizi grasi. In aceste conditii, permeabilitatea membranelor este dependenta de gradul de impachetare a lanturilor hidrocarbonice.

Membranele plasmatice celulare care au cantitati mari de colesterol (eritrocina, mielinica), nu prezinta tranzitii de faza. Stratul intern lipidic al membranei contine cantitati mici de colesterol, dar are fosfolipide cu acizi grasi polinesaturati. Explicatia este data de faptul ca colesterolul nu poate stabili interactii Van der Walls cu lanturi hidrocarbonice polinesaturate, in limitele fiziologice de temperatura. Deci, distributia preferentiala a colesterolului in membranele plasmatice este consecinta topografiei asimetrice a fosfolipidelor in dublul strat lipidic.

Desi colesterolul impune in membrana plasmatica o permeabilitate intermediara, s-au constatat o serie de deosebiri legate de existenta unor interrelatii diferite intre colesterol-fosfatidilcolina si colesterol-sfignomielina. Modificarea continutului in colesterol din membrane plasmatica este insotita de schimbarea gradului de saturare al acizilor grasi din fosfolipide, pentru a se pastra in limite normale fluiditarea membranei. Aceasta se reflecta deosebit in functie de tipul celular si capacitatile sale adaptative (si probabil interferenta altor factori). De exemplu,

4

lipsa colesterolului din membrana eritrocitului uman este compensata prin cresterea continutului in acizi grasi saturati.

Bibliografie:1. Radu Mester – „Biologie celulara”, Ed. Universitatii din Bucuresti, 19792. Marian Petre – „Biologie celulara”, Ed. Printech, 20043.

5