…I.Σ.ΠΑΠΑΣΙΔΕΡΗ Διάλεξη 1η: κεφ. 4: Κυτταρική Μεμβράνη 30-10-2008 Τμήμα ΒΙΟΛΟΓΙΑΣ Μάθημα:ΒΙΟΛΟΓΙΑ KYTTAROY 2008-09 Διάλεξη 1η: κεφ. 4: Κυτταρική Μεμβράνη 30-10-2008 …I.Σ.ΠΑΠΑΣΙΔΕΡΗ ...για περισσότερα... http://kyttariki.biol.uoa.gr , http://multimedia.biol.uoa.gr

ΒΙΟΛΟΓΙΚΕΣ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ - ΔΙΑΧΩΡΙΣΤΙΚΕΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΚΕΣ ΔΙΠΛΟΣΤΙΒΑΔΕΣ 4.1. Ιστορική αναδρομή 4.2. Συστατικά των βιολογικών μεμβρανών 4.2.1. Τα λιπίδια των μεμβρανών 4.2.1.1. Η ρευστότητα της κυτταρικής μεμβράνης 4.2.1.2. Ρύθμιση της μεμβρανικής ρευστότητας στους οργανισμούς 4.2.1.3. Λιπιδικές μικροδομές ή σχεδίες 4.2.2. Μεμβρανικές πρωτεΐνες 4.2.3. Υδατάνθρακες των μεμβρανών 4.3. Ειδική μεθοδολογία για τη μελέτη των μεμβρανών 4.3.1. Περίθλαση 4.3.2. Φασματοσκοπικές μέθοδοι 4.3.3. Ψυκτοεξάχνωση 4.3.4. Ιονοφόρα 4.4. Ιδιότητες κυτταρικών μεμβρανών 4.4.1. Εκλεκτική διαπερατότητα 4.4.1.1. Ελεύθερη διάχυση ή παθητική μεταφορά 4.4.1.2. Υποβοηθούμενη διάχυση 4.4.1.3. Ενεργητική μεταφορά 4.4.2. Ρευστότητα των διαμεμβρανικών συστατικών 4.5. Μοντέλα για τη δομή και τη λειτουργία των μεμβρανών 4.5.1. Μοντέλο ΠΛΠ 4.5.2. Μοντέλο ΛΠΛ 4.5.3. Το ρευστό μωσαϊκό μοντέλο 4.6. Εξειδικευμένα μεμβρανικά συστήματα 4.6.1. Ερυθροκυτταρική μεμβράνη 4.6.2. Βακτηριακές μεμβράνες 4.6.3. Οι δισκοειδείς μεμβράνες αμφιβληστροειδή Βιβλιογραφία

Οι μεμβράνες αποτελούν Κυρίαρχα συστατικά των Ευκαρυωτικών κυττάρων

ΔΟΜΗ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

Πόσο λεπτή είναι μια μεμβράνη; Αν η αίθουσα έχει διάμετρο 20 μέτρα και αντιστοιχεί με ένα κύτταρο διαμέτρου 40 μm, τότε έχουμε μια μεγέθυνση του κυττάρου: 20m Χ 1000mm/m Χ1000 μm/mm= 20.000.000 μm : 40μm = 500.000 φορές κατά συνέπεια, η πλασματική μεμβράνη που έχει πάχος 70Α, αντιστοιχεί με, 70Α Χ 500.000 φορές=35.000.000Α, ή 3.500 μm (αφού 1Α=10.000 μm) ή 3,5 mm (αφού 1mm=1.000 μm)

Ποιές είναι οι ιδιότητες της διπλοστιβάδας; (video clip) Ποιές είναι οι ιδιότητες της διπλοστιβάδας;

Οι μεμβράνες συμμετέχουν άμεσα ή έμμεσα Σε πολυάριθμες λειτουργίες κυττάρων ή Ιστών ΌΠΩΣ ΕΙΝΑΙ:

Τοπική ενεργοποίηση με ορμόνες

Μακρυνή ενεργοποίηση με ορμόνες

Μεταβίβαση νευρικού ερεθίσματος

Οι μεμβράνες συμμετέχουν ενεργά κατά την Κυτταροποσία (ενδοκύττωση)

Οι μεμβράνες συμμετέχουν ενεργά κατά την κυτταροφαγία

ΣΎΝΤΗΞΗ ΚΥΣΤΙΔΙΩΝ ΣΤΟ GOLGI

ΑΠΟ ΤΟ ΚΟΚΚΙΩΔΕΣ ΕΝΔ. ΔΙΚΤΥΟ ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΑΠΟ ΤΟ ΚΟΚΚΙΩΔΕΣ ΕΝΔ. ΔΙΚΤΥΟ ΠΡΟΣ ΤΟ ΣΥΣΤΗΜΑ GOLGI

ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΔΙΑΙΡΕΣΗ

Σφυγμώδες κενοτόπιο

Ο βαθμός διαπερατότητας των ουσιών στην κυτταρική μεμβράνη είναι ίσος με τον συντελεστή καταμερισμού των ίδιων ουσιών σε μίγμα λαδιού - νερού Άρα η κυτταρική μεμβράνη έχει λιπιδικό χαρακτήρα

Σύσταση μεμβρανών Οι μεμβράνες αποτελούνται από λιπίδια

ΒΑΣΙΚΑ ΔΟΜΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΕΊΝΑΙ ΤΑ ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΑ Υδρόφιλη κεφαλή Υδρόφοβη ουρά

ΕΠΙΤΡΕΠΟΥΝ ΤΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΜΟΡΙΩΝ ΩΣΤΕ ΝΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΟΥΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ ΛΙΠΟΚΥΣΤΙΔΙΑ ΕΠΙΤΡΕΠΟΥΝ ΤΗ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗ ΜΟΡΙΩΝ ΩΣΤΕ ΝΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΟΥΝ ΜΕΤΑΞΥ ΤΟΥΣ

Τα λιπίδια συγκροτούνται αυθόρμητα Σχηματίζοντας μονοστοιβάδες, μικκύλια ...

ΠΩΣ Μπορεί να μετρηθεί η επιφάνεια που καταλαμβάνουν τα λιπίδια;

Με το Σκαφίδιο Langmuir λιπίδια δυναμόμετρο Ώθηση ράβδου Με το Σκαφίδιο Langmuir

Μεγάλη συμπίεση Μικρή συμπίεση

Υπάρχει τρόπος να αποδείξουμε την ύπαρξη στοιβάδας λιπιδίων στην επιφάνεια υγρού; Ναι, με το ακόλουθο πείραμα

Πείραμα διπλοστιβάδας

εξήγηση Αυτό που συμβαίνει κατά τη διάρκεια του πειράματος είναι το ακόλουθο

Με αφορμή τη δυνατότητα εκχύλισης λιπιδίων από μεμβράνες έγινε το παρακάτω πείραμα Από τους Gortel & Grendel το 1925

- Εκχύλιση λιπιδίων από συγκεκριμένο αριθμό κυττάρων μέτρηση της επιφάνειας που καταλαμβάνουν σύγκριση με τη συνολική Επιφάνεια των κυττάρων

Ποιο βιολογικό μεμβρανικό σύστημα Χρησιμοποιήθηκε για τις σχετικές Μελέτες;

Η μυελίνη των νευραξόνων αποτελεί πρότυπο αλλά εξειδικευμένο σύστημα μεμβρανών

Ρευστότητα της Κυτταρικής μεμβράνης: Σε φυσιολογικές συνθήκες βρίσκεται σε κατάσταση «Υγρού κρυστάλλου», που εξαρτάται από τη Α. σύσταση σε λιπαρά (μήκος και αριθμός ακόρεστων δεσμών και αλειφατικών αλυσίδων Β. περιεκτικότητα σε στερόλες Π.χ. η μυελίνη (22% χολοστερόλη) και η μεμβράνη των μιτοχονδρίων (περιέχει ακόρεστα λιπαρά οξέα) στους 37ο C, βρίσκονται σε κατάσταση Υγρού κρυστάλλου για διαφορετικούς λόγους

Κάθε λιπιδική διπλοστοιβάδα έχει μια χαρακτηριστική θερμοκρασία μετάπτωσης - Θμ Πήκτωμα-ρευστή Σε θερμοκρασίες περιβάλλοντος πάνω από την Θμ επιτυγχάνεται κανονική λειτουργία της μεμβράνης

Συμμετοχή των λιπαρών οξέων στη ρύθμιση της ρευστότητας Μήκος αλειφατικών αλυσίδων Αριθμός ακόρεστων δεσμών Συμμετοχή των στερολών στη ρύθμιση της ρευστότητας Η χολιστερόλη σε υψηλές θερμοκρασίες την ελαττώνει και Σε χαμηλές θερμοκρασίες την αυξάνει

Διατήρηση-Ρύθμιση της μεμβρανικής ρευστότητας στους οργανισμούς Μεταβολές της λιπιδικής σύστασης: ομοιοιξώδης προσαρμογή (homeoviscous adaptation) Σε τύπους βακτηρίων, η προσαρμογή στη μείωση της θερμοκρασίας περιλαμβάνει: αύξηση των ακόρεστων δεσμών των λιπαρών οξέων της μεμβρ. Αύξηση αναλογίας λιπαρών οξέων με 16-άτομα/18-άτομα C

Σε ποικιλόθερμους οργανισμούς, η προσαρμογή στη μείωση της θερμοκρασίας περιλαμβάνει: αύξηση των ακόρεστων δεσμών των λιπαρών οξέων της μεμβράνης. Αύξηση της αναλογίας της χοληστερόλης Στα θηλαστικά που πέφτουν σε χειμερία νάρκη, Η θερμοκρασία του σώματος πέφτει διαδοχικά ακόμη και 30ο C σε μερικά τρωκτικά, οπότε η προσαρμογή περιλαμβάνει αύξηση του ποσοστού των ακόρεστων λιπαρών

Η πλευρική διάχυση των λιπιδίων γίνεται με μεγάλη ταχύτητα Δηλαδή κάθε λιπιδικό μόριο μπορεί να ανταλλάσσει θέσεις με γειτονικά μόρια 10.000.000 φορές το δευτερόλεπτο

Οι μεμβράνες περιέχουν ΟΜΩΣ Οι μεμβράνες περιέχουν και πρωτεΐνες όπως διαπιστώνεται με ηλεκτροφόρηση

Η μυελίνη των νευραξόνων αποτελεί πρότυπο αλλά εξειδικευμένο σύστημα μεμβρανών

Η κρυσταλλογραφία με ακτίνες αποκαλύπτει τη μοριακή δομή των μεμβρανών μυελίνης

H Κατανομή Μάζας με βάση Την ηλεκτρονική Πυκνότητα Εντοπίζεται στις Άκρες της διπλοστοιβάδας

H Κατανομή μάζας με βάση την ηλεκτρονική πυκνότητα εντοπίζεται στις άκρες της διπλοστοιβάδας ΑΥΤΟ ΣΥΜΦΩΝΕΙ ΜΕ

Robertson 1959, παρατήρηση μεμβρανών Με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο Πάχος 70 Α

Η δυνατότητα διερεύνησης της δράσης των διαφόρων αντλιών μεταφοράς από τη μια πλευρά της μεμβράνης στην άλλη, καθώς και της συμμετοχής ιόντων στη ρύθμιση διαφόρων κυτταροβιολογικών φαινομένων έχει μελετηθεί σημαντικά με τη συμβολή των ιονοφόρων.

ΦΩΤΟΝΙΟΓΡΑΦΙΕΣ ΦΘΟΡΙΣΜΟΥ Κύτταρο ανθρώπου – Οι μεμβρανικές πρωτεινες Φθορίζουν κόκκινες Κύτταρο ποντικού – Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες Φθορίζουν πράσινες Αμέσως μετά τη σύντηξη των δύο κυττάρων (ετεροκάρυο), οι δύο κατηγορίες πρωτεινών βρίσκονται σε αντιδιαμετρικές περιοχές 30’ αργότερα Ο φθορισμός και Από τις δύο κατηγορίες Πρωτεϊνών καλύπτει Ολόκληρη την επιφάνεια Του ετεροκάρυου

ΑΠΟ ΤΙ ΕΞΑΡΤΑΤΑΙ Η ΑΝΑΜΕΙΞΗ ΤΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ;

Συσχέτιση της θερμοκρασίας και της παρουσίας ΑΤΡ Με το ποσοστό διάχυσης μεμβρανικών πρωτεϊνών

Το ρευστό μωσαϊκό μοντέλλο Εξηγεί πλήρως τη δομή και τη λειτουργία των ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

Αρχικό μοντέλο Singer & Nicolson, 1969

Πρόσφατη απόδοση από Ι. Κωνσταντινίδη