membrana biologice

8/13/2019 membrana biologice

http://slidepdf.com/reader/full/membrana-biologice 1/50

Membranele biologice şi

rolul lor în autoreglare



Membranele biologice – reglatori universali,care determină practic toate procesele ce au loc în celula vie.

În realizarea homeostaziei intracelulare unrol important ăl joacă mecanismele decompartimentare.



Sistemul membranar al celuleiCelula are:• membrane externe (plasmalema, tonoplastul,

membrana externă a mitocondriilor, nucleului,reticulului endoplasmatic, aparatul Golgi) şi

• Membrane interne (membranele interne ale

cloroplastelor ce formează tilacoizi de grane şitilacoizi de stromă, membranele interne alemitocondriilor care formează criste).



Componenţa membranei celulare

• Toate tipurile de membrane au o structură unică– structură fluido-mozaică a membranelor

biologice.Compoziţia chimică a membranelor: • Proteine(60-80 %)• Lipide(40-20 %)• Glucide(resturile glucidice sunt întotdeauna

ataşate proteinelor sau lipidelor) • alte componente minore (ioni, apa,

transportori) (insuficient studiate cantitativ).



• Lipidele asigura funcţia de barieră amembranelor. Principalele clase de lipide

întâlnite în membranele celulare sunt:• A. fosfolipidele (55 % din lipidele

membranare);• B. glicolipidele;• C. colesterolul.



Fosfolipidele

Se bazează pe moleculele de glicerol în care două gripări hidroxil

sunt esterificate cu acizi graşi, iar a treia poziţie este ocupată de o

grupare polară

Gruparea polară este variată. De restul acidului fosforic se leagă:

• Colina

• Etanolamina

• Serina

Se împart în FOSFOGLICERIDE



SFINGOMIELINE

• Au la bază sfingozina (aminoalcool cu lanţ lungde atomi de carbon)

• Cea mai răspîndităsfingolipidă este

sfingomielina

1. Derivat de un alcool aminat

(sfingozina)

2. Acid gras

12



Glicolipidele• Au aceeaşi structură ca si

sfingomielina, dar în calitate

de grupare polară servescglucidele (glucoza şigalactoza)

cerebrozidele



Colesterolul

• Raportul molecular colesterol:fosfolipide înmembranele celulare este de 1:1. Molecula decolesterol se înserează între fosfolipidelemembranare, orientându-se cu gruparea hidroxil în vecinătatea capului polar al fosfolipidelor.

Inelul steroidic este o structura rigida, plana, careinteracționează cu lanţul hidrocarbonat adiacentcapului polar, lăsând restul cozilor hidrofobe aleacizilor grași libere, flexibile. Colesterolulmodulează proprietăţile bistratului lipidic,intensificând proprietatea de barieră

impermeabilă faţă de moleculele mici solubile înapa, influenţează fluiditatea membranei, previneinteracţiunea lanţurilor hidrocarbonate aleacizilor graşi din structura lipidelor membranare.



• Proteine periferice

• Ele sunt extrinseci si pot fi extrase

usor prin tratare cu solutii diluate desaruri; sunt atasate la exteriorul bistratului lipidic, interactionând înprincipal cu gruparile polare alelipidelor sau cu proteinele intrinseci(integrale) prin forte electrostatice.

• 2. Proteine integrate • Aceste proteine sunt integrate si nu

pot fi extrase decât dupa distrugerea

structurii membranei cu detergenti;acestea sunt molecule amfifile mici ceformeaza micele în apa.



Structura membranei celulare



Membranele celulare nu sunt structuri membranareizolate. Reprezintă componenţii unui sistem celular

endomembranic unic. Integritatea membranelor se manifestă în primul rînd în relaţiile metabolice existente între ele.

Reticulul endoplasmatic este locul de sinteză aproteinelor membranare integrale şi a multor lipide. Aici seinițiază formarea membranelor nucleare şi a aparatului Golgi.

În aparatul Golgi se finisează sinteza lipidelor. Tot aiciare loc sinteza multor glucide formarea moleculelor complexe:glicoproteine, glicolipide.

Biogeneza membranelor şi creşterea lor are loc prin

desprinderea veziculelor de la aparatul Golgi şi de la reticululendoplasmatic şi prin ataşarea lor la membrane.



Teoria autoreglării membranareCapacitatea de autoreglare a proceselor fiziologice reiese din însuşi funcţiileMC:

• de barieră; • de transport;• de secreţie; • de compartmentare;• de structură; • de recepţie; • de biosinteză; • de digestie;

• energetică;

• electroosmotică• etc.



Autoreglările membranare se realizează prinmodificările ce intervin în:

• transportul membranar;• legarea sau eliberarea enzimelor şi proteinelor

reglatoare;

• schimbarea activităţii enzimelor membranice • şi prin compartmentare



Mecanismul de autoreglare în activitateaenzimelor se datoreşte influenţei directe adiferitor efectori asupra membranelor, ceea ce

duce la modificarea configuraţiei lor şi respectivla modificarea activităţii funcţionale aenzimelor.

Acest tip de reglare determină asamblarea

diferitor substanţe în membrane, transportul şieliminarea produselor în diferitecompartimente.

Schimbarea activităţii enzimelor membranice



• Rolul reglator al membranelor biologice înactivitatea enzimatică a fost stabilit pentru

multiple enzime şi complexe enzimatice.



Proteinele

Un rol aparte în autoreglarea la nivel demembrane revine proteinelor cu rol de mecano-,

foto şi hemoreceptori, sensibile la factorii variabili ai mediului intern şi extern, capabile săperceapă semnalele care intervin, determinîndastfel reacţiile adaptive ale celulelor prin

modificarea proprietăţilor membranelor.



Autoreglarea la nivel de transport prinmembraneTransportul de metaboliţi prin membrane include: Transferul de compuşi între celulă şi mediul

ambiant;Transferul de metaboliţi între diferite

compartimente celulare.

În transportul membranar are loc atîtreglarea cantitativă şi calitativă de pătrundere şi secreţie a metaboliţilor, cît şi viteza acestora



Transportul se efectuează: • în sensul gradientului de concentraţie sau electrochimic -

transportul pasiv (decurge fără consum deenergie, câteodată chiar cu pierdere de energie libera.);

• Împotriva gradientului de concentraţie -transportul activ



Transportul pasiv

Difuzia simpla Caracterizează moleculele mici cu caracter hidrofob si gazele:

CO2, O2. Este cel mai simplu tip de transport pasiv, difuzia

simpla fiind determinata de gradientul de concentrație şi/sauelectric al particulelor transportate, de o parte si de alta amembranei. Moleculele nu sunt modificate chimic sauasociate altor molecule în cursul trecerii prin membrana.Difuzia simpla se desfăşoara în următoarele etape:

• Trecerea moleculelor din mediul extracelular sau intracelularapos în interiorul hidrofob al membranei

• Traversarea bistratului lipidic• Deplasarea moleculelor din membrana în mediul apos

intracelular sau extracelular



Difuzia facilitata a moleculelor si ionilor

A. În difuzia facilitată. Transportul pasiv estemediat de proteine membranare denumitepermeaze care au specificitate faţă demolecula transportată

B. Difuzia mediata de proteinele canal, proteine

transmembranare străbătute de un canaldelimitat de aminoacizi hidrofili care formeazăpori membranari



Difuziune facilitată • Mecanismul se numește "ping-pong" • Transportorul este o proteina transmembranară,

care suferă modificări conformaționale reversibile,după cum urmează: • · într-o anumita stare conformaționala ("pong")

locurile de legare sunt deschise spre exteriorulmembranei, iar în stare "ping" se închid la exteriorsi se deschid spre interior;

• · în cealaltă stare conformaționala ("ping"),aceleași locuri sunt expuse spre partea opusa amembranei, iar substanța este eliberata.



Mecanismul "ping-pong"



Proteinele canal1. Proteinele canal ionice prin care ionii difuzeaza cu

diferite viteze în sensul gradientului de concentratie.

2. Proteinele canal ionice de repaus, dintre care celmai reprezentativ este canalul de K+ a cărui existentaexplica permeabilitatea mare a membranelor celularepentru ionii de potasiu si rolul major al K+ în

menţinerea potenţialului de membrana. 3. Canalele de transport pentru apa(aquaporinele)



TRANSPORTUL ACTIV

Exista doua tipuride transport activ:• primar• secundar

http://schoolworkhelper.net/wp-content/uploads/2010/07/active_transport.jpg



• In procesele de transport activ primar suntimplicate proteine membranare integrale cu

proprietăţi enzimatice, care transporta ioni saumolecule împotriva gradientului lor de concentrație,de potențial electric sau de presiune osmotica, adicăin sens opus tendinței naturale de creștere aentropiei care sa duca la anularea acestor gradienți.

Astfel de proteine se numesc pompe membranare.Transportul activ primar este posibil numai princuplarea sa energetica cu reacții care furnizeazăenergie libera (reacții exergonice); este de aceea unproces endergonic (consumator de energie).Reacțiile exergonice care furnizează energianecesară funcționarii pompelor membranare sunt îngeneral reacții metabolice; exista însă şi pompe careutilizează energia luminii.



• In procesele de transport activ secundar sunt

implicați transportori complecși, care cuplează doigradienți electrochimici diferiți, astfel încît energiaeliberată prin mișcarea unor molecule de un anumittip în sensul gradientului lor electrochimic estefolosită pentru a transporta molecule de alt tip împotriva gradientului lor electrochimic. Astfel detransportori se numesc cotransportori , iar procesulse numește cotransport sau transport cuplat . Existăsimport , în care ambele tipuri de molecule sunt

transportate în aceeași direcție, şi antiport , princare cele doua tipuri de molecule sunt transportate în sensuri opuse.



Mecanisme de macrotransport

In procesele de macrotransport substanţele intra sau ies din celula sub forma unoraglomerări multimoleculare.

Exista trei tipuri de macrotransport:• endocitoza,• exocitoza si

• transcitoza.

http://schoolworkhelper.net/wp-content/uploads/2010/07/endocytosis.gif



ENDOCITOZA• În procesul de endocitoza materialul

extracelular este introdus în interiorul celulei,

fără a fi însă dispersat în citoplasmă (rămîne încontinuare ca material extra-citoplasmatic). Celetrei modalităţi de macrotransport prinendocitoza sunt: fagocitoza, pinocitoza siendocitoza mediata de receptori .



• In fagocitoza celula inglobeaza particuleextracelulare solide pe care le inconjoara cu

pseudopode (prelungiri citoplasmatice) careapoi fuzioneaza in spatele lor. Se formeaza astfelo vacuola în citoplasma, care conţine materialulingerat. In organismul uman exista celulespecializate (fagocite, macrofagi) care prinfagocitoza inglobeaza si distrug diversesubstanțe toxice, reziduuri celulare apoptotice

sau bacterii.



• In pinocitoza celula inglobeaza lichid

extracelular in mod similar fagocitozei.



• In endocitoza mediata de receptori, anumitesubstante extracelulare se leaga la receptorimembranari specifici, care induc formarea decule membranare în care este înglobat materialextracelular. De exemplu, prin acest mecanism

celulele organismului preiau colesterolultransportat de sânge. De asemenea, virusulgripal intra în celule prin endocitoza mediata dereceptori.



EXOCITOZA• In procesul de exocitoza, cule membranare

continand material intracelular sunt

transportate spre membrana plasmatica,fuzioneaza cu aceasta si elibereaza materialul inexteriorul celulei. Prin acest mecanism seproduce, de exemplu, secretia de insulina,eliberarea anticorpilor in sange sau eliberarea deneurotransmitatori (acetilcolina, glutamatuletc.) in terminatiile nervoase.



TRANSCITOZA • In procesul de transcitoza, cule cu material

extracelular sunt inglobate in celula, traverseaza

celula fara a-si deversa continutul in citoplasma,apoi fuzioneaza cu membrana plasmatica pepartea opusa a celulei si elibereaza materialul inspatiul extracelular. De exemplu, transcitozaprin endoteliul capilar determina trecereaproteinelor plasmatice din sange in spatiulextravascular.



Copartimentarea



În organismul plantelor prin intermediul membranelor sedelimitează 2 compartimente, şi anume un compartimentintracelular –apoplast şi un compartiment intercelular – simplast.

Compartimentul intracelular este delimitat de plasmalemă, cedelimitează citoplasma fiecărei celule, asigurîndu-i autonomiamorfo-funcţională. Compartimentul intercelular este delimitat deplasmodesme. Datorită acestora firişoare citoplasmatice, ce străbatpereţii celulari, planta este un organism integru.



La nivel celular sistemul de membrane separă spaţial

diferite funcţii fiziologice. Membrana nucleară separă mecanismul fin decontrol al expresiei genelor legat de ADN, protejîndu-l deschimbările chimice rapide şi multiple ce au loc încitoplasmă şi izolează spaţial procesele de transcripţie a

mesajului genetic din nucleu de translaţia acestuia încitoplasmă. Proteosinteza din ribosomi este izolată spaţial în cadrulcelulei prin intermediul membranei ribosomale.



Acumularea diferitor metaboliţi duce la formareaunor depozite separate spaţial în compartimente prin

membrane. Unul şi acelaşi metabolit poate fi întîlnit îndepozite diferite, de ex. ATP, sintetizat în fotosinteză şirespiraţie.

Sistemul de membrane tilacoidale din structuracloroplastelor asigură separarea spaţială a H+ de O2rezultate din fotoliza apei în fotosinteză.

În dezvoltarea endospermului de porumb biosintezaauxinei din aminoacidul triptofan are loc în citoplasmăsau plastide.

Formele sintetizate în diferite compartimente suntutilizate de diferite ţesuturi la diferite etape dedezvoltare.



• Membranele celulare sunt în mod continuudegradate, reciclate si regenerate. Diverșii

componenți membranari circula intre diferitecopartimente celulare si suprafața celulei intr-unflux permanent, menţinut prin procese deendocitoză si exocitoză. Componentelemembranelor celulare sunt sintetizate în reticulul

endoplasmatic, transportate ca cule spre aparatulGolgi unde sunt modificate, iar apoi sunttransportate spre suprafața celulara. Aici culele îşielibereaza conținutul in mediul extracelular (prinexocitoza), iar compușii membranari eliberați se

inserează sau se atașează la membrana. Degradareacomponentelor membranare se produce în lizozomi,sub acțiunea unor enzime digestive.

membrana biologice

Documents

Transcript of membrana biologice