Universitatea de Medicin i Farmacie Grigore T. Popa Iai Facultatea de Medicin

Universitatea de Medicin i Farmacie Grigore T. Popa Iai Facultatea de Medicin

Fluiditatea (microvscozitatea) membranei celulare

-caracteristici biofizice i msurare-Hrimiuc Lavinia Mihaela

Anul I, Seria C, Grupa 19

IntroducereConform modelului mozaicului fluid, o biomembran este un fluid n care proteinele i lipidele sunt orientate pe dou dimensiuni. Bistratul lipidic este structura de baz a tuturor celulelor i membranelor organitelor celulare. Membranele celulare sunt structuri fluide dinamice i majoritatea moleculelor din constituia lor sunt capabile s se mite n planul membranei. Fluiditatea reprezint calitatea acestei micri.[1]Definiie

Una dintre caracteristicile de baz ale biomembranelor o reprezint fluiditatea (microvscozitatea). Fluiditatea se definete ca inversul valorii coeficientului de vscozitate membranar. [2]DescrierePrezena interaciunilor slabe de tip hidrofil-hidrofob ntre diferii constitueni permite o micare permanent a moleculelor.[2] De fapt, termenul de fluiditate reprezint o combinaie a diferitelor tipuri de micri a componentelor membranei: Difuzia lateral a moleculelor n planul membranei Difuzia transversal a moleculelor de pe un strat pe altul: flip-flop Flexibilitatea lanurilor de acil

Rotaia[1]

Membrana cristal lichid

Membranele celulare sunt meninute mpreun prin interaciuni hidrofobe, de unde rezult organizarea strict a structurilor ordinea. Pe de alt parte, membranele se afl n micare (rapid pentru lipide i lent pentru proteine) fluiditatea. Cele dou caliti, ordinea i fluiditatea, caracterizeaz starea de echilibru dinamic a membranei, sau starea de cristal lichid.[2]

Tipuri de micriDifuzia lateral a moleculelor n planul membranei

Difuzia lateral este posibil datorit libertii lipidelor i proteinelor din membran de a se mica, n cazul n care acestea nu sunt restricionate de anumite interaciuni. Difuzia lateral este un proces spontan i destul de rapid.

Acest tip de micare poate fi evideniat printr-un proces numit FRAP (fluorescence recovery after photobleaching), care presupune marcarea cu soluii fluorescente pentru a urmri micarea moleculelor.[3]Difuzia transversal a moleculelor: flip-flopMicarea de flip-flop implic translaia moleculei pe cel de-al doilea strat al membranei. Acest proces este nefavorabil din punct de vedere termodinamic din cauza micrii capetelor fosfolipidelor, ncrcate cu sarcini electrice, de-a lungul dublului strat lipidic hidrofob. Difuzia transversal necesit o cantitate semnificativ de energie, rezultat din sinteza de ATP.[4]

Studiul acestui tip de micare a moleculelor este esenial pentru nelegerea funciilor i reglrilor celulare. Difuziunea transversal este implicat n apoptoza celulelor, iar externalizarea anumitor fosfolipide prin migrare transmembranar este un mecanism cunoscut de semnalizare intercelular. Mai mult, micarea flip-flop trebuie s aib loc pentru a susine creterea uniform a membranei i este esenial pentru meninerea asimetriei fosfolipidelor n membranele celulare.[5]Modulatori ai fluiditii membranare

Proprietile fluidelor din membranele biologice sunt eseniale pentru numeroasele funcii celulare, printre care dezvoltarea celular, transportul de substane, transmiterea semnalelor i activitatea enzimatic. Chiar i cele mai mici schimbri ale fluiditii membranei ar putea cauza funciuni incorecte i procese patologice.[1]Modulatorii fluiditii se mpart n dou categorii: Biofizici: temperatura, presiunea, pH-ul, potenialul membranar de repaus

Biochimici: proteine membranare, concentraia de ioni, raportul acizi grai saturai/acizi grai nesaturai, coninutul de colesterol[2]TemperaturaGradul de fluiditate al membranei ar putea fi stabilit prin determinarea temperaturii de topire. Odat cu creterea temperaturii, membrana trece rapid dintr-o stare rigid ntr-o stare mai fluid. O temperatur sczut de topire indic prezena acizilor grai, care susin fluiditatea, n timp ce o temperatur de topire ridicat indic prezena acizilor grai i a colesterolului, care restricioneaz fluiditatea.Temperatura de topire mai poate fi afectat de abilitatea moleculei de a se auto-mpacheta, gradul de saturare, lungimea lanului acidului gras sau dublele legturi. Comparnd acizii grai saturai cu cei nesaturai, cei saturai au o temperatur de topire mai ridicat, deoarece reziduurile reacioneaz ntre ele, cauznd o stare rigid a acidului gras. De asemenea, legturile duble cis au un punct de topire mai ridicat fa de cele trans, deoarece nu se pot mpacheta singure ntr-un cristal, pe cnd cele trans pot. Lanurile lungi de acizi grai au un punct de topire ridicat, deoarece, comparativ cu lanurile scurte, exist mai multe legturi care se pot rupe. Cu ct se rup mai multe legturi, cu att este mai ridicat temperatura de topire.[3]ColesterolulCantitatea de colesterol dintr-o biomembran ofer informaii asupra fluiditii acesteia. Se atribuie colesterolului funcia de modulator al segregrii laterale a lipidelor i al densitii mpachetrii, formndu-se domenii mai bogate sau mai srace n colesterol. Datorit structurii sale rigide i plate, cu un capt polar scurt, colesterolul este potrivit pentru contactul direct cu fosfolipidele care au lanuri saturate de acili i este astfel capabil s influeneze mpachetarea lipidelor nconjurtoare.Cu ct este mai ridicat cantitatea de colesterol din membran, cu att fluiditatea acesteia scade, din cauza rigidizrii bistratului.[6]Concentraia de ioniFierDei fierul, cel mai abundent metal de tranziie din organismul uman, este necesar pentru numeroase procese fiziologie (transportul de oxigen), un amestec de peroxid de hidrogen i sruri feroase ar putea oxida moleculele organice. Astfel, fierul este frecvent utilizat pentru a induce peroxidarea lipidelor i, n consecin, rigiditatea membranei.

Cupru

Incubarea fantomelor eritrocitare cu ioni de Cu2+ a sczut fluiditatea membranei, posibil din cauza interaciunii acestor cationi cu gruprile de fosfatidilcolina din stratul extern.

Zinc

Suplimentele orale de zinc au crescut microvscozitatea membranelor trombocitelor la pacienii cu boala Alzheimer.Seleniu

Suplimentele cu seleniu au stabilizat membranele mpotriva rigidizrii cauzate de mbtrnire, aciune datorat coninutului de glutation peroxidaza a seleniului.

Cadmiu, Mercur i PlumbExpunerea in vitro a membranelor la metale grele toxice a avut efecte asupra fluiditii. Astfel, cu ajutorul metodelor de analiz, s-a demonstrat scderea fluiditii la fantomele eritrocitare i a membranelor placentare care au fost tratate cu cloruri de cadmiu, mercur i plumb.Interaciunea metalelor grele cu membranele celulare explic, cel puin parial, toxicitatea asociat acestor metale.[1]Controlul fluiditii

Fluiditatea membranelor determin gradul la care pot fi transportate moleculele i gradul la care semnalele pot fi conduse prin membran. Fluiditatea este o funcie a membranei ce depinde de coninutul de acizi grai i colesterol.Lanurile de acizi grai pot fi ordonate i rigide sau dezordonate i fluide. Lanurile lungi de acizi grai sunt capabile s formeze interaciuni intermoleculare puternice, care restricioneaz fluiditatea. ndoirile lanurilor de acizi grai, formate ca rezultat al dublelor legturi nesaturate cis i trans, intervin n interaciunile intermoleculare care susin fluiditatea. Astfel, aceasta poate fi controlat prin variaia numrului de duble legturi i a lungimii lanurilor de acizi grai.Prezena moleculelor voluminoase de colesterol restricioneaz fluiditatea. Acesta este modulatorul cheie al fluiditii membranei. [3]Msurarea fluiditii membraneiExist variate metode analitice pentru a msura micarea individual a lipidelor. Polarizarea fluorescenei derivailor DPH, dar i rezonana electronic paramagnetic (RES), folosind ageni de spin ai acizilor grai au fost frecvent utilizate n analiza fluiditii biomembranelor.[1]*Sondele DPH folosesc diphenylhexatriene, care este o hidrocarbur ce prezint o fluorescen puternic doar intercalat lipidelor din membran, n ap nefiind fluorescent. DPH se aliniaz printre bistratul lipidic paralel cu lanurile acil, dar se poate de asemenea orienta i n centrul bistratului i chiar paralel cu suprafaa

la introducerea DPH i a derivailor si n prob se produce o fluorescen puternic

datorit absorbiei i emisiei de fluorescen, dipolii de DPH sunt aliniai aproximativ de-a lungul axei lor moleculare, unde polarizarea fluorescenei este ridicat[7]................ Bibliografie1. Jose Joaqun Garca, E. Martnez-Ballarn, S. Milla n-Plano, J.L. Allue , C. Albendea, L. Fuentes, J.F. Escanero: "Effects of trace elements on membrane fluidity". Journal of Trace Elements in Medicine and Biology 19 (2005) 19222. Prof. dr. Cipriana tefnescu:"Curs de biofizic" (2011)

3. Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, Walter Lefers, Mark:"Molecular Biology of THE CELL." Fifth edition- . Freeze-Fracture Technique. Northwester Biology Glossary. 17 Nov 2009 (http://en.wikibooks.org/wiki/Structural_Biochemistry/Lipids/Membrane_Fluidity)4. Archita Rajasekharan and Sathyanarayana N. Gummadi:"Flip-Flop of Phospholipids in Proteoliposomes Reconstituted from Detergent Extract of Chloroplast Membranes: Kinetics and Phospholipid Specificity".PLoS One. 2011; 6(12): e28401.5. Timothy C. Anglin and John C. Conboy:"Lateral Pressure Dependence of the Phospholipid Transmembrane Diffusion Rate in Planar-Supported Lipid Bilayers".Biophys J. 2008 July 1; 95(1): 186193.6. Katrin K. Halling, Bodil Ramstedt, Joel H. Nystrm, J. Peter Slotte, and Thomas K. M. Nyholm:"Cholesterol Interactions with Fluid-Phase Phospholipids: Effect on the Lateral Organization of the Bilayer".Biophys J. 2008 October 15; 95(8): 38613871.7. (http://www.markergene.com/WebNewsletter2.7.htm)CuprinsIntroducere.. 2 Definiie

DescriereTipuri de micri 3 Difuzia lateral Difuzia transversalModulatori ai fluiditii membranare.. 4Controlul fluiditii 7

Msurarea fluiditii membranei. 8

Bibliografie. 9 EMBED Equation.3

5

_1387095050.unknown