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