DVISLUOKSNIS LIPIDŲ POBŪDIS, STRUKTŪRA, FUNKCIJOS - BIOLOGIJA - 2024

Lipidų dvisluoksnės yra plonas, bimolecular, sluoksninis membrana amfipatiniais lipidų, tai yra, jie turi hidrofobinę dalį ir kitą hidrofilinį dalį. Jis turi labai mažą jonų, taip pat daugumos vandenyje tirpių molekulių, pralaidumą, tačiau yra labai pralaidus vandeniui.

Vandeniniuose tirpaluose poliariniai lipidai, tokie kaip fosfogliceridai, susijungia, sudarydami skirtingo tipo agregatus, vadinamus micelėmis, lipidų monosluoksniais ir dvisluoksniais sluoksniais. Šiose struktūrose hidrofiliniai polinių lipidų galvutės nukreiptos į išorę, kad galėtų liestis su vandeniu, o uodegos (hidrofobinės) yra išdėstytos priešingame gale.

Galimo lipidų išdėstymo porų kraštuose per lipidų dvisluoksnį sluoksnį schema. Paimta ir redaguota iš: „MDougM“.

Gyvos būtybės turi ląstelių membranas, kurias daugiausia sudaro fosfolipidai ir glikolipidai, sudarydamos lipidų dvisluoksnį sluoksnį. Šis dvisluoksnis sluoksnis sudaro pralaidumo barjerą, leidžiantį reguliuoti ląstelės vidinį druskų ir elektrolitų kiekį. Norėdami tai pasiekti, jie turi struktūras, vadinamas jonų siurbliais.

Pirmieji mokslininkai, pasiūlę ląstelių membranų lipidų dvisluoksnio modelį, buvo Everto Gorterio ir F. Grendelio (1925 m.) Iš Leideno universiteto (Olandija) modelis, patvirtintas 1950 m. Elektronų mikroskopijos tyrimais.

Yra keletas dabartinių ir galimų lipidų dvisluoksnių sluoksnių naudojimo būdų, tačiau iki šiol komerciškai sėkmingiausias buvo dirbtinių pūslelių (liposomų) naudojimas medicinoje, skiriant vaistus vėžiu sergantiems pacientams.

charakteristikos

Lipidiniai dvisluoksniai sluoksniai yra labai plonos ir trapios sluoksninės struktūros, turinčios keletą biologiškai svarbių savybių, tokių kaip:

Pralaidumas

Viena pagrindinių lipidų dvigubo sluoksnio savybių yra jo selektyvusis pralaidumas. Iš tikrųjų šios membranos yra labai nepralaidžios jonams ir daugumai poliarinių molekulių, o vanduo yra svarbi išimtis, nes jis gali lengvai praeiti pro membraną.

Šio selektyvaus pralaidumo pavyzdys yra natris ir kalis, kurių jonai kerta membraną daugiau nei milijoną kartų lėčiau nei vanduo. Kita vertus, indolas, heterociklinis organinis junginys, kerta membraną tūkstantį kartų didesniu greičiu nei triptofanas, kita tokia struktūriškai panaši molekulė.

Dar prieš sužinodamas dvigubą membranos pobūdį, mokslininkas Charlesas Overtonas (1901) atkreipė dėmesį, kad mažų molekulių pralaidumo koeficientai yra tiesiogiai susiję su santykiniu tirpumu, kurį jie turi organiniuose tirpikliuose ir vandenyje.

Asimetrija

Kiekvienas sluoksnis, sudarantis membraną, struktūriškai ir funkciškai skiriasi nuo kitų. Funkcinis šios asimetrijos pavyzdys yra natrio-kalio pompa. Šis siurblys yra daugumos aukštesniųjų organizmų ląstelių plazmos membranoje.

Na ⁺ - K ⁺ siurblys yra orientuotas taip, kad išstumtų Na ⁺ iš ląstelės vidaus, tuo pačiu įvesdamas K ⁺ jonus . Be to, šiai transportavimo terpei reikia aktyvinimo ATP pavidalu energijos ir ją galima naudoti tik tada, kai ji yra ląstelės viduje.

Kiekvieno sluoksnio komponentai taip pat yra skirtingi, membraniniai baltymai yra sintetinami ir asimetriškai įterpiami į dvisluoksnį sluoksnį, kaip ir lipidai, tačiau pastarieji, skirtingai nei baltymai, absoliučios asimetrijos neturi, išskyrus glikolipidų.

Pvz., Eritrocitų atveju, sfingomielinai ir fosfatidilcholinai yra išoriniame membranos sluoksnyje, o fosfatidiletanolaminas ir fosfatidilserinai yra išdėstyti viduje. Cholesterolis yra abiejų sluoksnių sudedamoji dalis.

Viena iš fosfolipidų pasiskirstymo asimetrijos priežasčių yra ta, kad dauguma šių sudedamųjų dalių yra sintetinamos ląstelėje ir todėl iš pradžių yra įtrauktos į vidinį sluoksnį, o iš ten kai kurios iš jų migruoja į išorinį sluoksnį su fermentų, vadinamų flipazėmis, pagalba.

Sklandumas

Lipidiniai dvisluoksniai sluoksniai nėra standžios struktūros, greičiau tai yra skystos ir dinamiškos struktūros, kuriose lipidai ir daugelis baltymų nuolat juda į šonus.

Lipidai difunduoja į membraną šonu vidutiniškai 2 µm per sekundę. Kita vertus, šoninis baltymų poslinkis dvisluoksniuose sluoksniuose gali skirtis priklausomai nuo baltymo rūšies; kai kurie yra tokie pat greiti kaip lipidai, kiti lieka praktiškai nejudrūs.

Kita vertus, skersinė difuzija, dar vadinama „flip-flop“, yra lipidų atžvilgiu daug lėtesnė ir niekada nebuvo pastebėta baltymuose.

Kita vertus, membranos sklandumas gali skirtis priklausomai nuo santykinio riebalų rūgščių lipidų išdėstymo. Kai visos riebiosios rūgštys yra užsakomos, dvisluoksnis yra standžios būsenos, o skysčio būsenoje - palyginti netvarkingai.

Šie pokyčiai gali atsirasti dėl temperatūros pokyčių; staigus perėjimas iš kietos būsenos į skysto pavidalą, kai temperatūra viršija ribą, vadinamą lydymosi temperatūra, kuri priklauso nuo riebalų rūgščių grandinių ilgio, taip pat nuo jų neprisotinimo laipsnio.

Sudėtiniai membranos lipidai yra skirtingo pobūdžio, todėl jų lydymosi temperatūra gali būti skirtinga. Dėl to skirtingose ​​temperatūrose tame pačiame dvisluoksnyje gali egzistuoti kietos ir skystos fazės.

Kitos savybės

Dviejų sluoksnių lipidai, dėka kovalentinės sąveikos ir patrauklių van der Waals jėgų, turi tendenciją būti dideli, taip pat užsidaryti patys, kad nebūtų atvirų galų. Taip pat būdingas jos gebėjimas savarankiškai taisytis, nes jo tęstinumo stoka nėra energetiškai palanki jo struktūrai.

Struktūra

Yra skirtingi modeliai, paaiškinantys lipidų dvisluoksnio struktūrą:

Davsono ir Danielli modelis

Tai buvo pasiūlyta 1935 m. Ir teigia, kad membranose yra ištisinė angliavandenilių fazė, kurią sudaro lipidai, sudarantys membraną.

Davsono ir Danielli ląstelių membranų modelis. Paimta ir redaguota iš: miguelferig.

Vienetinės membranos modelis

JD Robertsono iškelta hipotezė yra „Davson“ ir „Danielli“ modelio modifikacija. Jis postulavo, kad vienetinė membrana yra sudaryta iš dvigubo mišinių polinių lipidų sluoksnio.

Šie lipidai buvo orientuoti angliavandenilių grandinėmis į vidų, sudarydami ištisinį angliavandenilių sluoksnį, o hidrofilinės galvutės nukreiptos priešinga kryptimi.

Be to, šią vieningą membraną iš abiejų pusių uždengė vienas baltymų molekulių sluoksnis, išdėstytas išplėstiniu būdu.

Globular modelis

Taip pat žinomas kaip subvieneto modelis. Pagal šį modelį membranas sudarytų iš pasikartojančių lipoproteinų subvienetų, kurių diapazonas yra nuo 4,0 iki 9,0 nm, mozaika.

Skystas mozaikos raštas

Jį 1972 m. Pasiūlė SJ Singeris ir GL Nicholsonas ir jis yra labiausiai priimtas modelis. Pagal ją membranos fosfolipidai yra išdėstyti dvigubais sluoksniais, sudarydami skystųjų kristalų matricą.

Pagal šį modelį atskiros lipidų molekulės gali laisvai judėti į šonus, o tai paaiškintų šių membranų lankstumą, sklandumą, elektrinį atsparumą ir selektyvųjį pralaidumą.

Baltymai, kurie yra dvisluoksnio sluoksnio dalis, pagal modelį, turi būti kamuoliniai. Be to, kai kurie baltymai būtų iš dalies įterpti į dvisluoksnį, kiti - į visiškai įterptus į jį.

Rutulinių baltymų įsiskverbimo į dvisluoksnį laipsnis bus apibrėžtas pagal jų aminorūgščių seką, taip pat pagal nepolinių R grupių buvimą šių aminorūgščių paviršiuje.

Sudėtis

Natūralūs dvisluoksniai sluoksniai daugiausia sudaryti iš fosfolipidų. Tai yra junginiai, gauti iš glicerolio, kuriems būdinga hidrofilinė galvutė ir dvi hidrofobinės uodegos.

Kai fosfolipidai liečiasi su vandeniu, jie gali organizuotis skirtingai. Stabiliausia forma yra dvisluoksnis, kai uodegos nukreiptos į vidų, o galvos nukreiptos į dvisluoksnio išorę.

Glikolipidai taip pat yra lipidų dvisluoksnės dalys. Šie junginiai, kaip rodo jų pavadinimas, yra lipidai, susiję su cukrumi, gyvūnams gaunami iš junginio, vadinamo sfingocinu.

Kita svarbi membranos sudedamoji dalis yra cholesterolis - nesumuilinamas lipidas. Jo yra tiek vidiniame, tiek išoriniame dvisluoksnio sluoksniuose. Jo gausu plazmos membranoje nei organelių membranoje.

Membranos taip pat yra susijusios su daugelio rūšių baltymais, kurie gali būti dviejų tipų - išoriniai arba vidiniai. Išoriniai ar periferiniai baltymai laisvai jungiasi prie membranos ir gali būti lengvai atskirti nuo jų.

Vidiniai arba neatsiejami baltymai yra stipriai susiję su dvisluoksniu sluoksniu ir lengvai nuo jo neatsiskiria. Jie sudaro apie 70% membraninių baltymų. Kai kurie iš jų veikia kaip signalai iš ląstelės išorės ir perduodami į vidų.

Kiti baltymai yra siejami su dviejų skirtingų dviejų sluoksnių suliejimu. Tarp jų yra tokių, kurios apvaisinimo metu leidžia sujungti spermą su kiaušialąste; taip pat tie, kurie leidžia virusams prasiskverbti į šeimininko ląsteles.

Be to, jonų siurbliai yra neatsiejami baltymai, kertantys dvisluoksnį sluoksnį, kuris leidžia per lipidinį dvisluoksnį joną keistis tarp ląstelės vidaus ir išorės prieš gradientą.

funkcijos

Pagrindinė biologinė lipidinio dvisluoksnio funkcija yra vandeninių skyrių, turinčių skirtingas kompozicijas, atskyrimas, pavyzdžiui, ląstelės protoplazmos atskyrimas nuo aplinkos. Be šio fizinio skyrių tarp skyrių gyvenimas, kaip mes žinome, būtų neįmanomas.

Ši funkcija yra tokia svarbi, kad praktiškai visos gyvos būtybės turi membraną, sudarytą iš lipidų dvisluoksnio. Išimtį reprezentuoja kai kurios archajos rūšys, kuriose membrana yra lipidų monosluoksnis.

Lipidiniai dvisluoksniai sluoksniai dalyvauja perduodant internetinį nervinį impulsą. Neuronai nėra fiziškai sujungti vienas su kitu, bet atskirti trumpa erdve, vadinama sinapsėmis. Neurotransmiterio pakrautos pūslelės įsiterpia į šią internetinę erdvę.

Kita dvisluoksnio funkcija yra tarnauti kaip struktūrinis pagrindas arba atraminis skeletas, prie kurio kai kurios transportavimo sistemos ir kai kurie fermentai yra stipriai pritvirtinti.

Organelės su lipidų dvisluoksniu sluoksniu

Prokariotuose lipidų dvisluoksnis sluoksnis yra tik ląstelės membranoje, tuo tarpu Eukariotuose yra skirtingos organelės arba organelės, kurios gali turėti vieną ar du lipidų dvisluoksnius sluoksnius.

-Organelės su dviem lipidų sluoksniais

Core

Ląstelinės organelės, esančios eukariotinėse ląstelėse ir turinčios didžiąją dalį genetinės medžiagos, organizuotos chromosomose.

Branduolinę membraną sudaro du lipidų sluoksniai, atskirti erdve, vadinama perinuklearine. Abu sluoksniai yra vadinami išorine ir vidine branduolių membranomis ir skiriasi nuo baltymų sudėties.

Mitochondrijos

Organelės, atsakingos už ląstelių kvėpavimą - procesas, kurio metu tiekiama ląstelių veiklai reikalinga energija. Jis turi dvigubą membraną, išorinę lygią ir vidinę sulankstytą, sudarančią sluoksniuotą arba į pirštą panašią kreidą.

Tokių raukšlių funkcija yra padidinti vidinį paviršiaus plotą, tai yra vieta, kur vyksta metabolinės reakcijos.

Mitochondrijos. Paimta ir redaguota iš: LadyofHats.

Chloroplastas

Organelės, esančios aukštesniuose augaluose ir kituose fotoautotrofiniuose eukariotų organizmuose. Jis turi du koncentrinius lipidinius dvisluoksnius sluoksnius, atskirtus tarpląsteline erdve. Išorinis sluoksnis yra porėtesnis nei vidinis, nes jame yra baltymų, vadinamų porinais.

-Organelės su lipidų dvisluoksniu sluoksniu

Be plazminės membranos, kuri išsamiai aptarta šiame straipsnyje, kiti organeliai, tokie kaip endoplazminis retikulumas, Golgi aparatas ir lizosomos, turi vieną lipidų dvisluoksnį sluoksnį.

Endoplazminis retikulumas (ER)

Citoplazminės membranos kompleksas, susijęs (šiurkštus ER) ar ne (lygus ER) su ribosomomis ir dalyvaujantis lipidų ir fosfolipidų (lygus ER) arba peptidų ir baltymų (šiurkštus ER) sintezėje dėka prie jų esančių ribosomų sienos.

Goldžio kompleksas

Glotnių sienelių membranų kompleksas, susijęs su baltyminių medžiagų laikymu, modifikavimu ir pakavimu.

Lizosomos

Vezikulinės organelės, turinčios fermentus, kurie skaido pašalines medžiagas. Jie taip pat ardo nereikalingus ląstelių komponentus ir net pažeistas ar negyvas ląsteles.

Programos

Pagrindinis lipidų dvisluoksnių sluoksnių pritaikymas yra medicinos srityje. Liposomos yra vezikulinės struktūros, kurias riboja lipidų dvisluoksniai sluoksniai. Jie yra dirbtinai susidarę vandeninių fosfogliceridų suspensijos garso svyravimais.

Jei jonai arba molekulės yra įtraukti į vandeninę suspensiją, kai kurie iš šių elementų bus liposomose. Remiantis šiais principais, vaistai buvo kapsuliuoti tirpale liposomose.

Vaisto turinčios liposomos pacientui sušvirkščiamos. Patekę į vidų, jie keliauja per kraujo sistemą, kol pasiekia tikslą. Paskirties vietoje jie nutrūksta ir išleidžia savo turinį.

Taip pat išbandytas lipidų dvisluoksnių sluoksnių kaip biosensorių panaudojimas diagnozuojant ligą; taip pat galimam biologinių ginklų aptikimui. Galiausiai jis buvo sėkmingai patikrintas dėl narkotikų pralaidumo.

Nuorodos

1. OS Andersenas, II Koeppe, E. Rogeris (2007). „Bilayer“ storis ir membranos baltymų funkcija: energetinė perspektyva. Metinė biofizikos ir biomolekulinių struktūrų apžvalga.
2. Lipidų bisluoksnis. „Ecured“. Atgauta iš „ecured.com“.
3. Lipidų bisluoksnis. Vikipedijoje. Atkurta iš wikipedia.org.
4. A. Lehningeris (1978). Biochemija. „Ediciones Omega“, SA
5. L. Stryer (1995). Biochemestrija. „WH Freeman and Company“, Niujorkas.
6. RB Gennis (1989). Biomembranos. „Springer-Verlag“.
7. MS Bretscher (1972). Asimetrinė biologinių membranų lipidų tūrio padidinimo struktūra. Gamtos naujoji biologija.