Липиды мембран

1. ЛИПИДЫ МЕМБРАН

2.

1.Классификация липидов мембран.
2.Принципы организации липидного бислоя:
А) образование липидных агрегатов;
мезофорфизм липидов;
Б) асимметрия липидного бислоя;
В) подвижность липидов в мембране,
образование кинков.
Г) фазовые переходы в липидном бислое

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ МЕМБРАН

ФОСФОЛИПИДЫ
ГЛИКОЛИПИДЫ
СТЕРОИДЫ

4.

5. ФОСФОЛИПИДЫ: ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДЫ

ФОСФАТИДНАЯ КИСЛОТА –
ПРЕДШЕСТВЕННИК
ФОСФОЛИПИДОВ,
ФОСФОМОНОЭФИР
ДИАЦИЛГЛИЦЕРИНА
АМИНОСПИРТЫ, ПОЛИСПИРТЫ УЧАСТВУЮТ
В ОБРАЗОВАНИИ ПОЛЯРНЫХ ГОЛОВОК
ФОСФОЛИПИДОВ

6. НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ОБРАЗОВАНИИ ЛИПИДОВ

НАСЫЩЕННЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ
НЕНАСЫЩЕННЫЕ ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ

7.

НАСЫЩЕННАЯ КИСЛОТА
НЕНАСЫЩЕННАЯ
КИСЛОТА
НЕПОЛЯРНЫЙ
ХВОСТ
ПОЛЯРНАЯ ГОЛОВКА

8. ПРИМЕРЫ ГЛИЦЕРОФОСФОЛИПИДОВ

НАИБОЛЕЕ ЧАСТО В МЕМБРАНЕ
ВСТРЕЧАЮТСЯ
МИНОРНЫЕ ЛИПИДЫ
Содержание в мембранах невелико, но эти
липиды играют важную роль в регуляции в
качестве предшественника вторичных
посредников

9. ФОСФОЛИПИДЫ: СФИНГОФОСФОЛИПИДЫ

ОСТАТОК ЖИРНОЙ
КИСЛОТЫ
СПИРТ СФИНГОЗИН
НЕПОЛЯРНЫЙ ХВОСТ
ПОЛЯРНАЯ ГОЛОВКА

10. ГЛИКОЛИПИДЫ

ИХ КОМПОНЕНТЫ: СФИНГОЗИН (1), ОСТАТОК ЖИРНОЙ 2
КИСЛОТЫ (2), ОЛИГОСАХАРИД (3)
1
3
ЦЕРЕБРОЗИД
СУЛЬФАТИД

11.

РЕЗУЛЬТАТ
ДЕЙСТВИЯ
ФОСФОЛИПАЗЫ
А2

12. СТЕРОИДЫ

13. РОЛЬ ХОЛЕСТЕРИНА В МЕМБРАНЕ

ИЗМЕНЯЕТ УПАКОВКУ ЛИПИДОВ, А, ЗНАЧИТ, И ВЯЗКОСТЬ
МЕМБРАНЫ
НЕПОЛЯРНЫЙ
ХВОСТ
ЖЕСТКИЙ
«СКЕЛЕТ»
СТЕРОИДНЫХ
КОЛЕЦ
УЧАСТОК,
ФИКСИРОВАННЫЙ
ХОЛЕСТЕРИНОМ
МОЛЕКУЛА ХОЛЕСТЕРИНА МЕЖДУ
МОЛЕКУЛАМИ ФОСОФЛИПИДА

14.

ХОЛЕСТЕРИН
Один из возможных
способов взаимной
укладки фосфолипида
и холестерина в
бислойной мембране

15.

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ЛИПИДНОГО БИСЛОЯ

16.

Структуры
липидных
агрегатов
в воде

17.

ЛИЗОФОСФОЛИПИД

18.

МЕЗОМОРФИЗМ ЛИПИДОВ
Переход одной структуры в другую при
изменении концентрации воды и
температуры называется мезоморфизмом.
Часто липиды образуют агрегаты различных
типов одновременно, причем они могут
переходить друг в друга.

19.

МЕЗОМОРФИЗМ ЛИПИДОВ
ЛИОТРОПНЫЙ
ТЕРМОТРОПНЫЙ

20.

Сплошной
бимолекулярный
слой,
образующийся в
воде при
высокой
концентрации
липида

21.

СИЛЫ, СТАБИЛИЗИРУЮЩИЕ БИСЛОЙ
ЛИПИДОВ
Гидрофобные взаимодействия в области
ацильных цепей
Полярные взаимодействия на границе раздела
водной и липидной фаз
ионные
водородные
вандерваальсовы

22.

Форма и размеры
образуемых липидных
ассоциатов зависят от:
длины ацильных цепей
фосфолипидов
жирнокислотного состава
фосфолипидов
степени ненасыщенности ацильных
цепей фосфолипидов
структуры полярной части молекул
фосфолипидов

23.

Длина ацильных цепей фосфолипидов
Короткие цепи (n 16):
жирнокислотные хвосты в
объеме мицеллы
располагаются достаточно
свободно.
Преобладающие силы полярные связи.
Длинные цепи (n 16):
жирнокислотные хвосты более
плотно упакованы.
Преобладающие силы гидрофобные.

24.

В целом способы упаковки различных липидов
с учетом геометрической формы их молекулы
определяются следующими параметрами:
молекулярным объемом неполярной части
молекулы (V),
максимальной длиной этого участка (l),
площадью поверхности, занимаемой
полярной головкой (So)

25. АСИММЕТРИЯ ЛИПИДНОГО БИСЛОЯ

различия по липидному составу внутренней и внешней
поверхности мембраны
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЛИПИДОВ В
МЕМБРАНЕ ЭРИТРОЦИТА
НАРУЖНАЯ СТОРОНА
МЕМБРАНЫ
Фл – объединенная фракция
фосфолипидов
См – сфингомиелин
Фх – фосфатидилхолин
Фэ – фосфатидилэтаноламин
Фс – фосфатидилсерин
ВНУТРЕННЯЯ СТОРОНА
МЕМБРАНЫ

26.

МЕХАНИЗМЫ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ АСИММЕТРИЧНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ФОСФОЛИПИДОВ В МЕМБРАНЕ
термодинамическая вероятность
распределения липидов в
соответствии со стереоконфигурацией
их молекул
различия в составе среды по
обе стороны бислоя в
условиях нативной клетки

27.

ПОДВИЖНОСТЬ ЛИПИДОВ В МЕМБРАНЕ
ИЗМЕНЕНИЕ ОРИЕНТАЦИИ ПОЛЯРНЫХ ГОЛОВ
ЛАТЕРАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ
КОЛЕБАНИЯ АЦИЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ
РОТАЦИОННАЯ ПОДВИЖНОСТЬ
ФЛИП-ФЛОП
ВЫХОД ИЗ БИСЛОЯ
ОБРАЗОВАНИЕ КИНКОВ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ИХ ВДОЛЬ
АЦИЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ

28.

I – изменение ориентации полярных голов
II – латеральная диффузия
III – колебания жирнокислотных цепей
IV – образование кинков
V – ротационная подвижность
VI – флип-флоп

29.

б
а
в
а) ротационная подвижность(10-9 с)
б) латеральная подвижность(10-7 с)
в) трансмембранный переход (флип-флоп) (от 20-30 мин до 1 ч
в природных мембранах)

30. УПАКОВКА ЛИПИДОВ В МЕМБРАНЕ, ПОДВИЖНОСТЬ ЖИРНОКИСЛОТНЫХ ХВОСТОВ, ОБРАЗОВАНИЕ КИНКОВ

31.

ИЗОМЕРИЯ ЖИРНЫХ КИСЛОТ
ДВОЙНАЯ
СВЯЗЬ

32.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ
КОНФОРМАЦИЯ ЖИРНЫХ
КИСЛОТ
1 – насыщенная
углеводородная цепь
2 – ненасыщенная цепь в
цис-конформации
3 – насыщенная цепь в
гош-конформации
1
2
3

33. ГЕОМЕТРИЯ БИСЛОЯ

РАЗМЕРЫ МОЛЕКУЛЫ ЛИПИДА: ХВОСТ
НМ,
РАССЧИТАННАЯ ТОЛЩИНА БИСЛОЯ
2 НМ, ГОЛОВКА 0,5 – 0,7
5,0 – 5,4 НМ
В ДЕЙСТВИТЕЛЬНОСТИ:ТОЛЩИНА БИСЛОЯ ЛИПИДОВ В МЕМБРАНЕ
3,5
– 4 НМ
СЛЕДОВАТЕЛЬНО, ЖИРНЫЕ КИСЛОТЫ РАСПОЛОЖЕНЫ В БИСЛОЕ РЫХЛО

34.

РАЗЛИЧНЫЕ КОНФИГУРАЦИИ ЖИРНОКИСЛОТНЫХ ЦЕПЕЙ
ФОСФОЛИПИДОВ
вращение вокруг С-С связей ничем не ограничено (I)
образование скошенной (гош) конформации (II) или
кинка (III) в результате несогласованного вращения

35.

Влияние кинков на упаковку бислоя
I – кинки отсутствуют
II – один кинк на
жирнокислотную
цепь
III – два кинка на
жирнокислотную
цепь

36.

ТРАНС-ГОШИЗОМЕРИЗАЦИЯ –
ИЗМЕНЕНИЕ
КОНФОРМАЦИИ
МОЛЕКУЛ ЗА СЧЕТ
ПОВОРОТОВ ВОКРУГ
ЕДИНИЧНЫХ
СВЯЗЕЙ
С-С
ПРИ ПЕРЕХОДЕ ИЗ
ТРАНС- В ГОШКОНФОРМАЦИЮ
ОБРАЗУЕТСЯ СКЛАДКА
ИЛИ КИНК
I - УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ЦЕПИ В ПОЛНОСТЬЮ ТРАНС-КОНФИГУРАЦИИ;
II – УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ЦЕПИ В ГОШ-ТРАНС-ГОШ-КОНФИГУРАЦИИ;
III - УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ЦЕПИ В ЦИС-ТРАНС-ГОШ-КОНФИГУРАЦИИ

37.

Кинк-блоки в
углеводородных
цепях мембран:
I – в одном полуслое,
II – в двух монослоях
липидного бислоя
Образованию кинков способствует переход транс-конфигурации в гошконфигурацию, причем образование их может происходить вдоль всей
углеводородной цепи, включая не только ненасыщенные, но и
насыщенные участки. Поэтому последовательное формирование вдоль
цепи кинков можно представить себе как их движение.

38.

Кинки могут
осуществлять
внутримембранный
транспорт некоторых
молекул.
На рисунке показаны не разные молекулы фосфолипидов в бислое, а
разные стадии процесса переноса частицы поперёк мембраны.
2-8 -изменение во времени положения частицы в мембране.

39.

ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ В ЛИПИДНОМ БИСЛОЕ
Термотропный фазовый переход
Плавление монослоя
при заданном давлении
При определенной температуре происходит
скачкообразное изменение (при нагревании – увеличение)
площади, занимаемой молекулами в монослое. Это
изменение площади вызвано фазовым переходом (при
нагревании – плавлением) липидов в монослое.

40.

Переходом n-го порядка называется такой переход, для которого
n-я производная свободной энергии Гиббса
претерпевает разрыв, в то время как сама функция
более низких порядков непрерывны.
и все производные
При фазовых переходах в бислое скачком меняется энтропия и объем
бислоя.
Т.обр., объем и энтропия, являющиеся первыми производными свободной
энергии Гиббса
, испытывают разрыв в
точке фазового перехода, а
, поэтому фазовый переход в липидном
бислое – переход первого порядка.

41.

В биологических мембранах липидный бислой представляет
собой жидкое тело с вязкостью, близкой к вязкости оливкового масла.
Текучесть мембраны ограничена внутренней гидрофобной фазой,
которая состоит из углеводородных цепей жирных кислот. При
охлаждении до температур ниже 10оС мембраны замерзают, т.е.
жидкая фаза затвердевает, приобретая свойства двумерного кристалла.

42.

Плавление по данным рентгеноструктурного
анализа
Различное расположение молекул в липидном бислое:
а) кристаллическое (твердое состояние);
б) после включения в бислой холестерина;
в) расплавленное (жидкое) состояние бислоя.
Данные рентгеноструктурного анализа дают толщину бислоя и толщину
промежутка между монослоями в бислое.

43.

Факторы, от которых зависит фазовый переход

44.

Кооперативность фазовых переходов
РАЗДЕЛЕНИЕ ФАЗ В ГЕТЕРОГЕННОМ БИСЛОЕ (А) С ОДНОВРЕМЕННЫМ
ФАЗОВЫМ ПЕРЕХОДОМ ЧАСТИ БИСЛОЯ (Б) ПОД ВЛИЯНИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ

45.

Из одного состояния в другое одновременно
переходит несколько молекул, объединенных в
группу - кооперативную единицу. В пределах
кооперативной единицы все молекулы находятся в
одинаковом состоянии, образуя либо
кристаллическую (твёрдую) фазу либо жидкую фазу.
Каждая группа может изменять своё фазовое
состояние по закону "всё или ничего" и притом
совершенно независимо от других групп.