Структура и функции клеточных мембран

1.

Конопля Александр Иванович
ВЗАИМОСВЯЗЬ СТРУКТУРЫ
СТРУКТУРА
И ФУНКЦИИ
И ФУНКЦИИ ЭРИТРОЦИТОВ
КЛЕТОЧНЫХ
МЕМБРАН ГОМЕОСТАЗОМ
С ИММУННЫМ

2. Клеточные мембраны

Основные функции
• Отделают клетки от окружающей среды и
делят её на компартменты (отсеки), в каждом
из которых специфические физико-химические
условия;
• Регулируют
избирательный
транспорт
веществ в клетку и органеллы и в обратном
направлении;
• Обеспечивают
специфику
межклеточных
контактов;
• Воспринимают сигналы из внешней среды.
• Изменяют активность ферментов.

3.

O
СH2 – O – C – R
O
СH – O – C – R
O
СН2 – О – Р – О –СН2 – СН – СООН
OH
Фосфатидилсерин
NH2

4. Исторические аспекты структуры мембран

1925 г. – Гертер, Грендель (Германия)
Биомолекулярная модель
Бислой фосфолипидов

5. Главные функции фосфолипидов мембран

• Формируют липидный бислой – структурную
основу мембран;
• Обеспечивают
необходимую
для
функционирования мембранных белков среду;
• Участвуют в регуляции активности ферментов;
• Служат «якорем» для поверхностных белков;
• Участвуют в передаче гормональных сигналов.

6. Исторические аспекты структуры мембран

1931 г. – Даннелли, Дэвсон (США)
Липидно-белковая (бутербродная) модель
Фосфолипиды
Пора
Белки

7. Функции белков мембран

• Избирательный транспорт веществ в клетку
и из клетки;
• Передача гормональных сигналов;
• Участие в эндоцитозе и экзоцитозе;
• Участие в иммунологических реакциях;
• Ферментативная
активность
в
превращениях веществ;
• Организация межклеточных контактов.

8. Исторические аспекты структуры мембран

Модель липопротеидного ковра
Фосфолипиды
Белки

9. Исторические аспекты структуры мембран

1972 г. – Синджер, Никольсон (США)
Жидкостно-мозаичная модель
Наружный слой мембраны
Фосфолипидный
бислой
Внутренний слой мембраны
Интегральные белки
Поверхностные белки

10. Состав липидов клеточных мембран

20
30
40
50
60
Гликосфинголипиды
Нейтральные
70
80
Сфингофосфолипиды
Фосфатидилинозитол
Фосфатидиловая кислота
Фосфатидилсерин
Фосфатидилэтаноламины
Фосфатидилхолины
Ганглиозиды
Цереброзиды
Триглицериды
Холестериды
100
Фосфолипиды
Глицерофосфолипиды
Холестерин
90
Сфингомиелин
10
%
по массе
липидов

11. Положение в мембране фосфолипидов и холестерола

Глицерофосфолипиды мембраны эритроцитов
[холин]
[этаноламин]
CH3
O C C N+.CH
3
H2 H2
CH3
O C C NH3
H2 H2
Полярная
«головка»
O
O P O
H
H2C C
O O
Гидрофобный
«хвост»
O
O
Фосфатидилхолины
Фосфатидилэтаноламины
CH2
[инозин]
O
[серин]
OH OH
NH2
R1
R2
Фосфатидная
кислота
OH
O
OH
O C C COOH
H2 H
OH
R1, R2 – алифатические цепи ЖК
Фосфатидилинозитолы
Фосфатидилсерины

12. Глицерофосфолипиды мембраны эритроцитов

Гидрофобный
«хвост»
Полярная
«головка»
Сфингофосфолипиды мембраны эритроцитов
OH
OH
CH2
CH2
HC NH2
CHOH
O
HC N
H
CHOH
CH
CH
CH
CH
(CH2)12
(CH2)12
CH3
CH3
Сфингозин (аминоспирт)
-CH2-CH2-NH3 [этаноламин]
Церамид
O
Церамид
R
CH3
O P O CH2CH2N+ CH [холин]
3
CH3
O
H
CH2C COOH
NH2
Сфингомиелины
[серин]

13. Глицерофосфолипиды

Гидрофобная часть
Гидрофильная часть
Гликосфинголипиды мембраны эритроцитов
Нейраминовая или
сиаловая кислоты
OH
OH
Галактоза
C H 2O H
O
HO
Моно- или
олигосахаридные
остатки
Глюкоза
O
O
CH2
CH2
Церамид
Цереброзиды
(нейтральные)
Церамид
Ганглиозиды
(кислые)

14. Сфингофосфолипиды мембраны эритроцитов

Холестерол и свойства
биологических мембран
Снижает
скорость
диффузии
молекул
вперекисное
липидном
Является
Антиоксидантное
Ограничивает
Повышает
для
некоторых
плотность
подвижность
действие
структуроподобных
упаковки
(тормозит
жирных
фосфолипидов.
кислот
молекул
проницаемость
биомембран
для
воды,
Изменяет
микровязкость
мембран,
тем
самым
бислое
окисление
рецептором.
фосфолипидов
липидов).
(«охлаждение»).
катионов,
неэлектролитов,
повышает для анионов.
влияет
на их
ферменты
и рецепторы.

15. Гликосфинголипиды мембраны эритроцитов

Структура клеточной мембраны
НАРУЖНАЯ СТОРОНА
периферический
сфингомиелин
белок
фосфатидилхолин
ганглиозиды
гликопротеин
цереброзиды
интегрированный
белок
жирные
кислоты
интегрированный
гидрофильные
белок
периферические
полярные группы
фосфатидилсерин
фосфатидилэтаноламин
белки
ЦИТОЗОЛЬ

16. Холестерол и свойства биологических мембран

СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ
ЭРИТРОЦИТАРНОЙ МЕМБРАНЫ

17. Структура клеточной мембраны

Организация белков мембраны эритроцита
1α - спектрин
1β - спектрин
2 - анкирин
3 – анионтранспортный белок
4.1
4.2 - паллидин
4.5
4.9 - дематин
5 - актин
СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИЕ
И СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ
МЕМБРАНУ БЕЛКИ
ФОРМООБРАЗУЮЩИЕ
БЕЛКИ
6 – глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа
7 – тропомиозин
8 – глутатион-S-трансфераза
БЕЛКИ,
ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ
ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ
МЕТАБОЛИЗМ

18. Производные аминоспирта сфингозина

Белки,
обеспечивающие
внутриклеточный
Структурообразующие
и стабилизирующие
мембрану
Формообразующие белки
белки
метаболизм
-- фермент
гликолитического
расщепления глюкозы;
обеспечение
анионного
- стабилизация
транспорта;
липидного
бислоя
стабилизирует
взаимодействие
через АТБ,
нейтрализует
определяет
гибкость
токсическое
мембраны
влияние
2,3-бифосфоглицератный
шунт, регулирующий
1α - спектрин -- формирует
N-конец связывает
глицеральдегид-3мембраны;
анкирин,
спектрин
и
белок
полосы
4.1.
1β - спектрин эритроцита
диссоциацию
продуктов
оксигемоглобина.
ПОЛ;
за
счет
степени
- регуляция
глутатион-S-трансферазу,
латеральной
2 - анкирин фосфатдегидрогеназу, каталазу,
- -стабилизация
связь спектрина
мембраны
с
через
закрепление
анионтранспортным
спектринабелком.
с актином.
4.1
4.2 - паллидин
4.5
4.9 - дематин
3+
Гликолиз
5 - актин
Глюкоза
гемоглобин;
подвижности
интегральных
-- переносчик
полимеризации.
защищает нуклеозидов
SH-группы
отвнутрь
ибелков
глюкозы
- С-конец образует антигенные
белков; детерминанты группы
активных
метаболитов
кислорода.
клетки.
Глюкоза
крови (АВО);
- обеспечение деформабельности
3-ФГА
метHb (Fe узнавания
)
- антигены
для
мембраны.
аутологических антител к
НАД
-стареющим
стабилизирует
взаимодействие
спектрина с
R и+аномальным
GSH Г-3-ФД
GSRH
эритроцитам.
6 - Г-3-ФД
глицеральдегидДимер спектрина
актином;
3-фосфатдегидрогеназа
Hb (Fe )
НАДНН˙
1,3-БФГ
- влияет на степень полимеризации актина.
2+
7 – тропомиозин
8 - Г-S-Т
глутатион-S-трансфераза
3 - АТБ
RX + GSH
АТФ
3-ФГ
Актин
GSR + HX
- изменение формыФЕПэритроцита.
R-COOH + 2GSH
+ H2O анкирин
АТФ
Пируват
Лактат
Лактат
АТБ
RCOH + GSSG
4.1
актин
сыворотка
крови

19. СТРУКТУРНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ЭРИТРОЦИТАРНОЙ МЕМБРАНЫ

Транспорт веществ через мембрану
Пассивный транспорт
(по градиенту концентрации, без затраты энергии)
V
С
Низкомолекулярные вещества липидной природы, незаряженные (О2, СО2, Н2О)

20. Организация белков мембраны эритроцита

Транспорт веществ через мембрану
Облегченная диффузия
(без затраты энергии, по градиенту концентрации,
с «аномальной» скоростью)
V
С
Аминокислоты, пентозы, гексозы

21. Структурообразующие и стабилизирующие мембрану белки

Транспорт веществ через мембрану
Активный транспорт
(против градиента концентрации, с затратами энергии)
V
С
Аминокислоты, пентозы, гексозы