Plazmatická membrána, mezibuněčné spoje, adheze buněk a mezibuněčná hmota.

1. Plazmatická membrána, mezibuněčné spoje, adheze buněk a mezibuněčná hmota. MUDr. Džubák Petr, Ph.D. Laboratoř experimentální medicíny při Dětské klinice Lékařská fakulta Univerzity Palackého

2. Použitá literatura: Základy buněčné biologie – Alberts et al.Další zdroje:Biochemie – Voet &VoetováMolecular Cell Biology – Lodish

3. Biomembrány • strukturální základ většiny buněčných organel • podílí se na buněčných funkcích: - ohraničují buňku od okolí - vytváří vnitrobuněčné kompartmenty - zprostředkují kontakt buňky s okolím - uskutečňují transport látek do buňky a z buňky - mají tloušťku kolem 7,5 nm - jsou tvořeny dvojvrstvou fosfolipidů

4. Historie poznání struktury membrán 1890: povrch buňky má lipidovou povahu (Overton) 1926: dvojvrstva lipidů (Gorder and Grendel) 1943: dvojvrstva lipidů krytá vrstvami bílkovin (Davson and Danielli) 1960: unit membrane (Robertson) 1972: model fluidní mozaiky – proteiny „plavou“ ve vrstvě fosfolipidů (Singer a Nicholson) 1980: detailní struktura membránových proteinů a dynamika fosfolipidové dvojvrstvy (Unwin a Henderson)

5. Současný model biologické membrány

6. Chemické komponenty membrán:lipidy (fosfolipidy, steroly) bílkoviny (přenašeče, spojníky, receptory, enzymy) cukry (glykoproteiny, proteoglykany) Fosfolipidy: glycerofosfatidy -glycerol -cholin -etanolamin -serin -inositol sfingofosfatidy -sfingosin Steroly: cholesterol ergosterol

7. Odvozeny od Typický fosfolipid VNĚJŠÍ membránové vrstvy glycerolu Lecitin (fosfatidylcholin) glycerol 2 mastné kyseliny fosfát cholin Fosfatidyl ethanolamin glycerol 2 mastné kyseliny fosfát ethanolamin Nejčastější fosfolipidy v membránách Fosfatidyl serin glycerol 2 mastné kyseliny fosfát serin Typické fosfolipidy VNITŘNÍ membránové vrstvy sfingosinu (amino alkohol) Dominantní fosfolipid myelinu nervových vláken, přítomen v plazmatické membráně a subcelulárních membránách. Sfingomyelin sfingosin 2 mastné kyseliny fosfát cholin Adaptováno dle Ivany Fellnerové, PřF UP Olomouc

8. Stabilita dvojvrstvy (bilayeru):  hydrofobní interakce mezi řetězci mastných kyselin Polarita molekul hydrofilní konce (PO4 ,, COOH, OH, NH3 hydrofobní konce řetězce mastných kyselin autoorganizaceliposomy, myelinové struktury asymetrickéuspořádání tekutý charakterbod přechodu laterální migrace flip-flop pohyb Fyzikální vlastnosti membrán

9. Micely vs. liposomy • Amfifilní molekuly s jedním hydrofobním řetězcem

10. Liposomy Liposomy

11. Mobilita membránových složek Pokus Frye a Edidina: Důkaz fluidity membrán Pohyb molekul: Rotační Laterální flip-flop (flippase, floppase, scramblase)

12. Mobilita membránových složek Důkaz fluidity membrán

13. Fluidita membrány • Tekutost bilayeru: • dána pohyblivostí molekul • teplotou • podílem nasycených a nenasycených mastných kyselin • podílem cholesterolu v lipidové dvojvrstvě

14. Zastoupení jednotlivých lipidů v různých typech buněk

15. Asymetrie lipidové dvojvrstvy Flipázy, Flopázy, ….

16. Známka apoptózy – externalizace fosfatidyl serinu http://www.roche-applied-science.com

17. Relativní propustnost lipidové dvojvrstvy 109

18. Heterogenita lipidů v membráně a jejich asymetrická distribuce v bilayeru. Ostrůvky (průměr 50 nm), kde jsou soustředěny sfingolipidy a cholesterol, se nazývají rafty. Pohybují se v rovině membrány a slouží k segregaci a interakci signálních proteinů.

19. Membránové proteiny: asi 50% hmotnosti membrány- hydrofobní doménou jsou zanořeny do bilayeru- hydrofobní doména je tvořena aminokyselinami s hydrofobními skupinami- integrální a periferní proteiny- Proteiny se dostávají dobilayeru při proteosyntézeNěkteré integrální proteiny prostupují přes membránu vícekrátPřipojení periferních proteinů:lipidové kotvy(např. dolichol)

20. Některé funkce proteinů plazmatické membrány Např. sodíková pumpa, integriny, receptor pro PDGF, adenylát cykláza.

21. Bílkoviny biomembrán Uspořádání proteinů ve fosfolipidovém bilayeru: Transmembránové domény proteinů jsou tvořeny hydrofobními aminokyselinami: ala, val, leu, ileu, met, tyr, try a phe

22. a-šroubovice procházející lipidovou dvojvrstvou • Hydrofobní postranní řetězce aminokyselin.

23. b-soudek Jen široké kanály

24. Index hydropatie

25. Typický příklad transmembránového proteinu.

26. Kotvení membránových proteinů

27. Solubilizace membrán • Detergenty - Amfipatické molekuly (hydrofobní a hydrofilní oblast)

28. Funkční enzymatické modely na základu fosfolipidových vesikul

29. Detailní struktura membránových proteinů • http://expasy.org/sprot/(Swiss-prot)

30. Mrazové lámání

31. Omezení laterální pohyblivosti proteinů plazmatické membrány.

32. Asymetrické rozdělení membr. proteinů, polarizace.

33. Lidské erytrocyty ve skenovacím elektronovém mikroskopu

34. Membránový skelet:síť proteinů pod plasmatickou membránou erytrocytu:vlákna spektrinu a aktinu a spojovací proteiny(např. integriny)

35. Glykokalyx

36. Glykolipidové molekuly

37. ABO systém

38. Organizace buněk ve tkáních

39. Hlavní typy mezibuněčných spojů.

40. Těsné spoje (tight junctions) Apikální strana Komplexy proteinů těsného spoje Occludin, Claudin-1, E-Cadherin, ZO-1, JAM-1, Catenins, Cingulin, Actin Funkce: neprodyšnost epitelů, polarita epiteliálních buněk. Basální strana

41. Mechanické spoje - kadheriny

42. Adhezní pásy – pásové desmosomy (kadherinové molekuly + aktin)schopnost měnit tvar, embryonální vývoj

43. Desmosomy- bodové spoje(kadherinové molekuly + intermediální filamenta)pevnost v tahu, exponovaná místa

44. Hemidesmosom Keratin Spojníkový protein Integrin Laminin Kde už ani hemidesmosomy nestačí !

45. Integriny funkce- vazba buněk na ECM a signalizace, migrace buněk

46. Regulace - integriny

47. Mezerové spoje Úzké průchody pro malé molekuly – umožňují přímý přestup z cytoplasmy jedné buňky do druhé. Elektrické a metabolické propojení buněk.

48. Plasmodesmatafunkční obdoba mezerového spoje u rostlin.

49. Pojivová tkáň

50. Proteoglykanový agregát z chrupavky