Обмен липидов. Биологические мембраны: строение, функции, метаболизм

Биологические мембраны – двумерные, вязкие, пластичные комплексные структуры, построенные из липидов и белков. Мембраны являются гибкими, саморегенерируемыми и избирательно проницаемыми для полярных веществ компонентами клеток. Мембраны – не просто пассивные барьеры: они включают в себя ряд белков, облегчающих или катализирующих определенные клеточные процессы.

ФУНКЦИИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН:
1. Разделительная
2. Интегративная
3. Транспортная
4. Рецепторная
Частная функция мембран митохондрий- энергопреобразующая

Жидко-мозаичная модель биологической мембраны
Fluid mosaic model for membrane structure
Гликолипид
Наружная
сторона
Внутренняя
сторона
Олигосахаридные
цепи белков
Липид-
ный
бислой
холестерин
Полярные
группы
фосфолипидов
Периферический
белок
Интегральный
белок
Интегральный
белок
(трансмембранные
спирали)

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МЕМБРАН
Липиды
Белки
Углеводы, входящие в состав белков (гликопротеины) и липидов (липопротеины)
Свободные углеводы в составе мембран не встречаются!

ВИДЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
Белки=50%, липиды=50%
Белки=55%, липиды=45%
Белки=75%, липиды=25%
Белки=25%, липиды=75%

ЛИПИДЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
Фосфолипиды:
• глицерофосфолипиды
• сфингофосфолипиды
2. Гликолипиды
3. Холестерол

ТИПЫ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ ЛИПИДОВ В БИСЛОЕ МЕМБРАН
Флип-флоп (кувырок) Энергозависимый процесс
Вращательная диффузия
Латеральная диффузия

ФУНКЦИИ ЛИПИДОВ В СОСТАВЕ МЕМБРАН
СТРУКТУРНАЯ
2. ПРЕДШЕСТВЕННИКИ ВТОРИЧНЫХ ПОСРЕДНИКОВ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ГОРМОНАЛЬНОГО СИГНАЛА
3. ЯКОРНАЯ
4. АКТИВАТОРЫ ФЕРМЕНТОВ МЕМБРАН

БЕЛКИ БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
По расположению в мембране белки подразделяют на:
1. ПОВЕРХНОСТНЫЕ
2. ПОЛУПОГРУЖЕННЫЕ
3. ИНТЕГАЛЬНЫЕ
Белки образуют с липидами мембраны электростатические связи и гидрофобные взаимодействия.

ТИПЫ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ БЕЛКОВ В БИСЛОЕ МЕМБРАН

ФУНКЦИИ БЕЛКОВ В СОСТАВЕ МЕМБРАН
ФЕРМЕНТАТИВНАЯ
2. ТРАНСПОРТНАЯ
3. РЕЦЕПТОРНАЯ
3. АДГЕЗИВНАЯ
4. АНТИГЕННАЯ

ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ МЕМБРАН ТОЛЬКО В ВИДЕ КОМПЛЕКСОВ ИЛИ С БЕЛКАМИ ИЛИ С ЛИПИДАМИ
ФОРМИРОВАНИЕ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ КОНТАКТОВ
ПОВЫШЕНИЕ СПЕЦИФИЧНОСТИ РЕЦЕПТОРОВ
УЧАСТИЕ В СИСТЕМЕ ИММУНИТЕТА
ЗАЩИТА БЕЛКОВ ОТ ПРОТЕОЛИЗА

СВОЙСТВА БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН
ТЕКУЧЕСТЬ
АССИМЕТРИЧНОСТЬ СТРОЕНИЯ
• асимметричность в строении липидного бислоя
•ассиметричность в строении белков, входящих в состав мембран
3. ДИНАМИЧНОСТЬ
4. ИЗБИРАТЕЛЬНАЯ ПРОНИЦАЕМОСТЬ

ВИДЫ ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ
ПАССИВНЫЙ ТРАНСПОРТ- перенос молекул по концентрационному или электрохимическому градиенту, осуществляемый без затраты энергии.
АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ- перенос молекул против градиента концентрации, сопряженный с затратой энергии
ЦИТОЗ- перенос крупных частиц вместе с частью мембраны при последовательном образовании и слиянии с плазматической мембраной везикул

ПАССИВНЫЙ ТРАНСПОРТ

АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ
ПЕРИЧНО-АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ перенос веществ через мембрану против градиента концентрации, связанный с затратой энергии АТФ
ВТОРИЧНО-АКТИВНЫЙ ТРАНСПОРТ перенос веществ против через мембрану происходит за счет градиента концентрации, созданного при первично-активном транспорте других молекул
Структура Na+/K+-АТФ-азы

ЦИТОЗ (ВЕЗИКУЛЯРНЫЙ ТРАНСПОРТ)

УНИПОРТ- транспорт через мембрану 1 молекулы
КОТРАНСПОРТ- спряженный перенос двух различных веществ
• Симпорт- перенос одного вещества зависит от переноса другого вещества в том же направлении
• Антипорт- перенос одного вещества приводит к перемещению другого, присоединенного к этому переносчику с другой стороны мембраны, в противоположном направлении
ТИПЫ ТРАНСМЕМБРАННОГО ПЕРЕНОСА

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА МЕМБРАН
1. Высокая скорость обмена компонентов
2. Метаболизм мембран включает те обменные реакции, которые происходят с их основными компонентами:
-распад белков мембран (вначале атакуются молекулы белков, обращенные в сторону водной фазы)
-синтез белков
-обновление липидов (прямой и обратный транспорт ХС)
-распад липидов (фосфолипазы А1, А2, С и D)
-синтез фосфолипидов
3. Специфическая особенность - перекисное окисление липидов (ПОЛ)

ПОЛ- сложный цепной процесс окисления кислородом и его активными формами липидных субстратов. ПОЛ является физиологическим процессом, обеспечивающим в организме обновление и перестройку биологических мембран, регуляцию их состава, проницаемости и активности мембраносвязанных ферментов.
ПЕРЕКИСНОЕ ОКИСЛЕНИЕ ЛИПИДОВ (ПОЛ)
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ
Основным субстратом ПОЛ являются полиненасышенные жирные кислоты
2. Процесс окисления липидов совершается в составе мембран
3. Индуктор процесса- активные формы кислорода
4. Процесс ПОЛ идет по пути свободнорадикального окисления
5. Протекает без участия ферментов

СВОБОДНЫЙ РАДИКАЛ- молекулярная частица, у которой на внешней орбитали имеется хотя бы один неспаренный электрон

Активные формы кислорода (АФК)

Прооксиданты- вещества или агенты, способные генерировать активные формы кислорода.
Различают 2 типа прооксидантных систем организма:
1. Неферментативные:
-Одноэлектронное восстановление О2, индуцируемое металлами с переменной валентностью (Cu, Fe, Zn и т.д.),
-окисление аскорбиновой кислоты (высокие концентрации) в присутствии металлов,
-реакции взаимопревращений оксидов азота (N2O, NO, N2O4),
Ферментативные:
-окисление убихинола в убихинон,
-цитохромоксидазная реакция,
-окисление гипоксантина и ксантина под действием
ксантиноксидазы,
-окисление ряда токсических веществ в микросомальной цепи.

ПОЛ. Образование АФК при одноэлектронном восстановлении кислорода.

СТАДИИ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ

ПРОДУКТЫ ПЕРЕКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ

Атеросклероз
Лучевая болезнь
Отравления (NO, O3, тяжелые металлы)
Гипер- и гипоксические состояния (напр. ишемия/реперфузия)
Рак
Сахарный диабет
Патологическая беременность
Эмфизема и бронхит
Болезнь Паркинсона
Алкогольное повреждение печени
Острая почечная недостаточность
Синдром Дауна
Сердечно-сосудистые расстройства
Старение
Некоторые патологические состояния, связанные с неадекватной активацией ПОЛ

Физиологическая роль пол
Регуляция мембранной проницаемости
Стимуляция обновления мембранных фосфолипидов
Синтез эйкозаноидов (простагландинов,
лейкотриенов, тромбоксанов)
Микробицидное действие (ПОЛ разрушает мембраны клеток бактерий при фагоцитозе)
Антитоксическое действие (АФК используются для обезвреживания эндогенных токсинов и ксенобиотиков)

Вещества, блокирующие ПОЛ (антиоксиданты)
1. “Ловушки свободных радикалов". Молекулы, которые «жертвуют собой», когда нейтрализуют свободные радикалы:
-витамин E (наиболее мощный антиоксидант),
- витамин A,
- витамин K,
- витамин D,
- витамин C (в физиологических концентрациях),
-полиалкоголи и углеводы,
-стеролы,
-мелатонин,
-билирубин,
-мочевая кислота и т. д.
2. Восстановители:
-цистеин,
-глутатион,
-липоевая кислота,
-NADPH2
3. Хелаторы
-порфирины,
-ферритин,
-церулоплазмин,
-ЭДТА и др.

Антиоксидантные ферменты
1. Супероксиддисмутаза
O2.- + O2.- + 2H+ H2O2 + O2
2. Каталаза
H2O2 H20 + O2
3. Глутатионпероксидаза
R-OOH + 2 Г-SH R-OH + Г-S-S-Г + Н2О
4. Глутатионредуктаза
Г-S-S-Г + NADPH2 2Г-SH + NADP