lipide und zellmembranen - n.ethz.chn.ethz.ch/~nielssi/download/3....
Post on 13-Aug-2019
213 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Lipide und Zellmembranen
Stryer ed. 6, Kapitel 12y , p
Biologische MembranenBiologische Membranen
• Die Grenzen, die eine Zelle kennzeichnen, d bi l i h M bwerden von biologischen Membranen
gebildet: sie definieren eine innere un eine ä S it i Z ll Di B iäussere Seite einer Zelle. Diese Barrierenverhindern das Austreten der in der Zelle
t M l kül d d Ei d ierzeugten Moleküle und das Eindringen unerwünschter Moleküle von aussen
• Transportsysteme selektive Permeabilität
Plasmamembran der ErythrocytenPlasmamembran der Erythrocyten
Gemeinsamkeiten biologischer Membranen
• Blattartige Strukturen, zwei Moleküle d.h. ca. 6 bis 10 nm dick• Bestehen hautsächlich aus Lipiden und Proteinen• Bestehen hautsächlich aus Lipiden und Proteinen• Membranlipide bestehen aus einem hydrophoben und einem
hydrophilen Teil, bilden geschlossene bimolekulare Schichten; Lipiddoppelschichten sind Barrieren für polare Moleküle
• Spezifische Proteine vermitteln spezielle Mebranfunktionen• Mebranen sind nichtkovalente Molekülanordnungen• Mebranen sind nichtkovalente Molekülanordnungen• Membranen sind assymetrisch (Innen- und Aussenseiten)• Mebranen sind flüssige Strukturen• Die meisten Membranen sind elektrisch polarisiert, wobei die
Innenseite negativ ist (typischerweise –60 mV)
Fettsäuren sind Hauptbestandteile von Lipiden
C SäC16-Säure
C18-Säure
FettsäurenummerierungFettsäurenummerierung
Natürlich vorkommende tierische Fettsäuren
Drei Haupttypen von Memebranlipiden
• Phospholipide• Glykolipide• Cholesterin
PhospholipidePhospholipide
Diacylglycerin-3-phosphatDiacylglycerin-3-phosphat
Alkoholkomponente der Phospholipide
Häufige PhosphoglycerideHäufige Phosphoglyceride
SphingolipideSphingolipide
Etherlipide der ArchaeaEtherlipide der Archaea
Glykolipide, kohlenhydrathaltige Lipide
Lipid mit SteroidgerüstLipid mit Steroidgerüst
Lipide amphipathische MoleküleLipide, amphipathische Moleküle
MicellenMicellen
QuerschnittQuerschnitt
DoppelschichtmembranDoppelschichtmembran
Vor allem Phospholipide bilden in wässrigerbilden in wässriger Umgebung keine Micellen, sondern D l hi htDoppelschichten
Kalottenmodell einer Phospholipid-Doppelschichtmembran
LipiddoppelschichtenLipiddoppelschichten
• Werden durch viele sich gegenseitig verstärkende nichtkovalente Wechselwirkungennichtkovalente Wechselwirkungen zusammengehalten (kooperative Strukturen)
• Sind bestrebt sich auszubreiten; neigen zumSind bestrebt sich auszubreiten; neigen zum Zusammenschluss mit sich selbst, so dass keine Ränder mit freien Kohlenwasserstoffketten vorkommen, was zur Bildung von Kompartimenten führt
• Sind selbstreparierend, da ein Loch energetisch ungünstig ist
LiposomenLiposomen
Experimente zurErmittelung derPermeabilitätPermeabilität
Experimentelle Anordnung zur Untersuchung von Doppelschichten
PermeabilitätskoeffizientenPermeabilitätskoeffizienten
MembranproteineMembranproteine
peripherintegral
peripher
Membrandurchlaufende -HelicesMembrandurchlaufende -Helices
Bakteriorhodopsin: lichtgetriebene Protonenpumpe
Aminosäuresequenz des Bakteriorhodopsins
Die sieben helikalen Regionen sind in gelb hervorgehoben, die geladenen Reste sind rot dargestellt. Durch die Membran verlaufende Helices sind die am häufigsten auftretendeverlaufende Helices sind die am häufigsten auftretende Strukturen in Membranproteinen
Kanalprotein (Porin) aus -SträngenKanalprotein (Porin) aus -Strängen
Porine kommen in der äusseren Membran von Bakterien vor
Aminosäuresequenz eines PorinsAminosäuresequenz eines Porins
Wasserstoffbrücken
Besteht aus -Strängen, die häufig hydrophobe und hydrophileBesteht aus Strängen, die häufig hydrophobe und hydrophile Reste in benachbarten Positionen haben
Teilweise Einbettung in die MembranTeilweise Einbettung in die Membran
P t l di H S th 1 Ei b tt d h i R ihProstaglandin-H2-Synthase-1: Einbettung durch eine Reihe von -Helices (orange), Monomer des dimeren Enzyms
Bildung von Prostaglandin HBildung von Prostaglandin H2
Prostaglandinen aus der Arachidonsäure (Serie-2) sind für Schmerz BlutverklumpungSchmerz, Blutverklumpung, Entzündungen und vieles andere verantwortlich
Arachidonat ist ein hydrophobes Molekül, welches in der Membran d h H d l M bdurch Hydrolyse von Membran-lipiden entsteht
Hydrophober Kanal der SynthaseHydrophober Kanal der Synthase
A i h d S h d M b A hid i h dAnsicht der Synthase von der Membran aus: Arachidonat erreicht das aktive Zentrum des Enzyms durch einen hydrophoben Kanal im Protein, ohne dabei in wässrige Umgebung zu kommen. Aspirin blockiert den Kanal durch Uebertragung der Acetylgruppe auf ein Serin, das im Innern des Kanals liegt
Identifikation von TransmembranhelicesIdentifikation von Transmembranhelices
Eine Helix aus 20 AS kann eine 3 nm dicke Membran überbrückenüberbrücken.
Daher berechnet man für i F t 20 ASein Fenster von 20 AS
jeweils einen Hydropathieindex:
G für die Transfer der 20 Reste der Helix aus der Membran in eine wässrige Umgebung
Lokalisierung einerTransmembranhelixLokalisierung einerTransmembranhelix
Hydropathiediagramm für PorinHydropathiediagramm für Porin
Hydropathiediagramm für Porin. Für dieses Membranprotein findet man keine Ma ima da es nicht a s Helices a fgeba t ist sondernman keine Maxima, da es nicht aus -Helices aufgebaut ist, sondern aus -Strängen, welche die Membran durchlaufen.
Lipide und viele Membranproteine p pdiffundieren schnell in der
MembranebeneMembranebene
Diffusion in der MembranDiffusion in der Membran
• Ein Phospholipidmolekül diffundiert in einer S k d üb i St k 2Sekunde über eine Strecke von 2 m
• Dies bedeutet, dass ein Lipidmolekül in einer Sekunde von einem Ende eines Bakteriums zum anderen gelangen kann
• Einige Proteine sind fast so beweglich wie Lipide, andere praktisch immobilp , p
Das FlüssigmosaikmodellDas Flüssigmosaikmodell
Erlaubt laterale Bewegung in der Membran, aber keine Wechsel der Membranseite
Die Bewegung von Lipiden in Membranen
Schmelztemperatur einer Phospholipidmembran
Fettsäurezusammensetzung und Ch l t i h lt b tiCholesteringehalt bestimmen
Membranfluidität
Packung der Fettsäuren - Einfluss von Doppelbindungen
Regulation der MembranfluiditätRegulation der Membranfluidität
• Bakterien regulieren die Fluidität ihrer Membranen durch Variation der Doppelbindungszahl und der Länge der Fettsäureketten
• Bei Tieren ist der Cholesteringehalt der Hauptregulator der Membranfluidität. Cholesterin hat eine andere Gestalt als die Phospholipide und unterbricht daher die normalen Wechselwirkungen zwischen den Fettsäureketten
Zellmembran von ProkaryotenZellmembran von Prokaryoten
Zellmembranen von ProkaryotenZellmembranen von Prokaryoten
EukaryotenEukaryoten
• Eukayoten, mit Ausnahme von Pflanzenzellen b it k i Z ll ä d ih Z ll bbesitzen keine Zellwände, ihre Zellmembran besteht aus einer einzigen Lipiddoppelschicht
• Sie besitzen Membranen innerhalb der Zelle, die interne Kompartimente bilden:Mitochondrien, endoplasmatisches Reticulum, Peroxysomen, Chloroplasten, Kernhülle mit Kernporen etc.
Übung Lipide Zeichnen und vergleichen Sie die Struktur einer Fettsäure mit 16 Kohlenstoffatomen in einer gesättigten, einer einfach ungesättigten cis- und einer einfach ungesättigten trans-Konfiguration. Welche Wirkung zeigen diese Konfigurationen als Bestandteil von Phospholipiden in einer Membran? Warum besitzen die meisten ungesättigten Fettsäuren der Phospholipide eine cis-und keine trans-Konfiguration?
top related