Membrana Celulara 4k2o64

MEMBRANA PLASMATICĂ

MEMBRANA PLASMATICĂ • • • • • •

Structura şi organizarea moleculară Tipuri de transport Diferenţieri morfologice Schimburi de informaţii Aderenţa celulară Joncţiunile intercelulare

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 cu faza apoasă extracelulară şi cu faza apoasă citoplasmatică şi o parte mijlocie hidrofobă plonjând în stratul lipidic

BISTRATUL 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

PRINCIPALELE LIPIDE MEMBRANARE

• Fosfolipidele • Colesterolul • Sfingolipidele care cuprind galactolipide, glicolipide neutre, gangliozide • Glicolipidele

FOSFOLIPIDELE ȘI COLESTEROLUL • 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 glycolipidenriched 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 ul 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 aminoterminală 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 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 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 ale antigenelor M, N şi ale celor de histocompatibilitate • Inhibiţia de • Aderenţa intercelulară sau a celulei la un • 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.

Glicocalixul • Oligozaharidele membranare sunt localizate exclusiv pe suprafaţa externă a membranei plasmatice. Ele au un rol important in recunoaşterea intercelulară, în adezivitatea celulelor la structurile conjunctiveale ţesuturilor şi intră in structura receptorilor hormonali • Specificitatea antigenelor (aglutinogenelor) prezente la suprafaţa membranară a globulelor roşii depinde de natura oligozaharidelor pe care le conţin • Există în jur de treizeci de aglutinogene diferite , la om.

Glicocalixul • Sistemul ABO este alcătuit din antigene de suprafaţă prezente pe hematii şi pe alte tipuri celulare din diferite ţesuturi. • Sistemul MN (Rhesus) este constituit din antigene de suprafaţă specifice globulelor rosii , conţinând o glicoproteinî integrală de membrană, glicoforina A. • Există cam opt factori Rhesus. Aglutininele anti Rhesus nu sunt prezente în mod spontan în organism. Dacă un individ Rhesus negativ, primeste sânge Rhesus pozitiv, apare un un răspuns imunitar împotriva antigenelor Rh+

Glicocalixul • • •

Complexul major de histocompatibilitate(CMH) de cls. I , este alcătuit din glicoproteineasociate unei proteine membranare, microglobulina. Se găseşte pe aproape toate celulele organismului . Complexul major de histocompatibilitate de gr. II, reprezintă marcheri prezenţi pe anumite celule munitare ,cum ar fi macrofagele, limfocitele B, limfocitele T4. !!! Celulele tumorale prezintă o serie de modificări structurale şi funcţionale membranare.. Ele sunt mari, cu un aparat Golgi si un reticul endoplasmic, foarte bine reprezentaţi. La nivelul nucleului, cromatina este condensată, grunjoasă, iar membrana este mult îngroşată.. Mitocondriile prezintă disfuncţii cum ar fi creştere glicolizei anaerobe (fermentaţia). Prin diminuarea colesterolului, se produce o creştere a fluidităţii membranare. La nivelul glicocalixului, creşte cantitatea de acid sialic . Adezivitatea celulară scade, iar unele celule se desprind din ţesuturile tumorale şi formează metastaze.

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 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

Îmbătrânirea membranară •

•

Imbătrânirea este consecinţa solicitărilor intense la care este supusă membrana, mai ales prin liganţii care după fixare , obligă o parte din membrană se se regenereze. La ecest proces participă o serie de organite, care işi reduc în acea perioadă proprialor activitate normală: nucleul se degradează în urma diviziunilor succesivedatorate procesului de reparare al ADN-ului care se epuizează, mitocondriile supuse unui stress oxidativ puternic, vor avea un randament energetic din ce în ce mai slab. Membrana este supusă de asemenea unor agresiuni chimice, regulate , provenite de la diverşi agenţi perturbatori din sânge.. De exemplu glucoza , are tendinţa de a lega anumite proteine între ele..Unele toxine , printre care şi alcoolul,pot produce erori de replicare ADN.

• !!!Îbătrânirea cutanată , de exemplu, apare în timp şi datorită

• •

expunerii la razele solare. Cu vârsta, se produce o aplatizare a joncţiunii dermo-epidermice, rarefacţia fibroblastelor şi diminuarea capacităţii lor de sinteză. Pe de altă parte, zaharurile prezente în sânge, reacţionează cu colagenul matricei, realizând punţi între fibre , ce vor conferi rigiditate tramei fibroase. Razele ultraviolete B, afectează ADN-ul celulelor epidermice, provocând apoptoza. Razele ultraviolete A acţionează şi ele la nivelul pielii. Fibroblastele, prin formarea radicalilor liberi, sunt supuse stressului oxidativ. Astfel, ele vor sintetiza proteine responsabile de degradarea colagenului.