17.3: membrane și lipide membranare

toate celulele vii sunt înconjurate de o membrană celulară. Celulele vegetale (figura \(\PageIndex{1a}\)) și celulele animale (figura \(\PageIndex{1b}\)) conțin un nucleu celular care este, de asemenea, înconjurat de o membrană și deține informațiile genetice pentru celulă. Totul dintre membrana celulară și membrana nucleară—inclusiv fluidele intracelulare și diverse componente subcelulare, cum ar fi mitocondriile și ribozomii—se numește citoplasmă. Membranele tuturor celulelor au o structură fundamental similară, dar funcția membranei variază enorm de la un organism la altul și chiar de la o celulă la alta într-un singur organism. Această diversitate apare în principal din prezența diferitelor proteine și lipide în membrană.

Figura \(\PageIndex{1}\): (A) O Celulă De Plantă Idealizată. Nu toate structurile prezentate aici apar în fiecare tip de celulă vegetală. (B) O Celulă Animală Idealizată. Structurile prezentate aici vor fi rareori găsite într-o singură celulă animală.

lipidele din membranele celulare sunt foarte polare, dar au caracteristici duale: o parte din lipidă este Ionică și, prin urmare, se dizolvă în apă, în timp ce restul are o structură de hidrocarburi și, prin urmare, se dizolvă în substanțe nepolare. Adesea, partea ionică este denumită hidrofilă, adică „iubitoare de apă”, iar partea nepolară ca hidrofobă, adică „frică de apă” (respinsă de apă). Când li se permite să plutească liber în apă, lipidele polare se adună spontan în oricare dintre cele trei aranjamente: micele, monostraturile și bistraturile (figura \(\PageIndex{2}\)).

figura \(\PageIndex{2}\): structuri lipidice polare formate spontan în apă: monostrat, micelă și bistrat

Micelele sunt agregări în care cozile de hidrocarburi ale lipidelor—fiind hidrofobe—sunt îndreptate spre centrul ansamblului și departe de apa din jur, în timp ce capetele hidrofile sunt îndreptate spre exterior, în contact cu apa. Fiecare micelă poate conține mii de molecule lipidice. Lipidele polare pot forma, de asemenea, un monostrat, un strat gros de o moleculă pe suprafața apei. Capetele polare se confruntă în apă, iar cozile nepolare se lipesc în aer. Bistraturile sunt straturi duble de lipide dispuse astfel încât cozile hidrofobe să fie intercalate între o suprafață interioară și o suprafață exterioară formată din capete hidrofile. Capetele hidrofile sunt în contact cu apa de ambele părți ale bistratului, în timp ce cozile, sechestrate în interiorul bistratului, sunt împiedicate să aibă contact cu apa. Straturi duble ca aceasta alcătuiesc fiecare membrană celulară (figura \(\PageIndex{3}\)).

figura \(\PageIndex{3}\): diagrama schematică a unei Membrane celulare. Membrana care cuprinde o celulă animală tipică este o bistrat fosfolipidic cu molecule de colesterol și proteine încorporate. Lanțurile oligozaharidice scurte sunt atașate la suprafața exterioară.

în interiorul bistratului, cozile hidrofobe (adică porțiunile de acizi grași ale moleculelor lipidice) interacționează prin intermediul forțelor de dispersie. Interacțiunile sunt slăbite de prezența acizilor grași nesaturați. Ca urmare, componentele membranei sunt libere să moară într-o oarecare măsură, iar membrana este descrisă ca fiind fluidă.

lipidele găsite în membranele celulare pot fi clasificate în diferite moduri. Fosfolipidele sunt lipide care conțin fosfor. Glicolipidele sunt lipide care conțin zahăr. Acestea din urmă se găsesc exclusiv pe suprafața exterioară a membranei celulare, acționând ca markeri de suprafață distincți pentru celulă și servind astfel la recunoașterea celulară și comunicarea celulă-celulă. Sfingolipidele sunt fosfolipide sau glicolipide care conțin aminoacidul nesaturat sfingozină mai degrabă decât glicerol. Structurile diagramatice ale lipidelor membranare reprezentative sunt prezentate în figura \(\PageIndex{4}\).

figura \(\PageIndex{4}\): structurile componente ale unor lipide membranare importante

Fosfogliceridele (cunoscute și sub numele de glicerofosfolipide) sunt cele mai abundente fosfolipide din membranele celulare. Ele constau dintr-o unitate de glicerol cu acizi grași atașați la primii doi atomi de carbon, în timp ce o unitate de acid fosforic, esterificată cu o moleculă de alcool (de obicei un amino alcool, ca în partea (a) din Figura \(\PageIndex{5}\)) este atașată la al treilea atom de carbon al glicerolului (partea (b) din Figura \(\PageIndex{5}\)). Observați că molecula de fosfogliceridă este identică cu o trigliceridă până la unitatea de acid fosforic [partea (b) din Figura \(\PageIndex{5}\)].

există două tipuri comune de fosfogliceride. Fosfogliceridele care conțin etanolamină ca amino alcool se numesc fosfatidiletanolamine sau cefaline. Cefalinele se găsesc în țesutul cerebral și nervi și au, de asemenea, un rol în coagularea sângelui. Fosfogliceridele care conțin colină ca unitate amino-alcoolică se numesc fosfatidilcoline sau lecitine. Lecitinele apar în toate organismele vii. Ca și cefalinele, ele sunt constituenți importanți ai țesutului nervos și cerebral. Gălbenușurile de ou sunt deosebit de bogate în lecitine. Lecitinele de calitate comercială izolate din soia sunt utilizate pe scară largă în alimente ca agenți de emulsionare. Un agent de emulsionare este utilizat pentru a stabiliza o emulsie—o dispersie a două lichide care nu se amestecă în mod normal, cum ar fi uleiul și apa. Multe alimente sunt emulsii. Laptele este o emulsie de grăsime de unt în apă. Agentul de emulsionare din lapte este o proteină numită cazeină. Maioneza este o emulsie de ulei de salată în apă, stabilizată de lecitine prezente în gălbenușul de ou.

Sfingomielinele, cele mai simple sfingolipide, conțin fiecare un acid gras, un acid fosforic, sfingozină și colină (figura \(\PageIndex{6}\)). Deoarece conțin acid fosforic, ele sunt, de asemenea, clasificate ca fosfolipide. Sfingomielinele sunt constituenți importanți ai tecii de mielină care înconjoară axonul unei celule nervoase. Scleroza multiplă este una dintre mai multe boli care rezultă din deteriorarea tecii de mielină.

majoritatea celulelor animale conțin sfingolipide numite cerebrozide (figura \(\PageIndex{7}\)). Cerebrozidele sunt compuse din sfingozină, un acid gras și galactoză sau glucoză. Prin urmare, seamănă cu sfingomielinele, dar au o unitate de zahăr în locul grupării fosfat de colină. Cerebrozidele sunt constituenți importanți ai membranelor celulelor nervoase și ale creierului.

Figura \(\PageIndex{7}\): Cerebrozide. Cerebrozidele sunt sfingolipide care conțin o unitate de zahăr.

sfingolipidele numite gangliozide sunt mai complexe, conținând de obicei un lanț ramificat de trei până la opt monozaharide și/sau zaharuri substituite. Datorită variației considerabile a componentelor lor de zahăr, au fost identificate aproximativ 130 de soiuri de gangliozide. Majoritatea proceselor de recunoaștere și comunicare celulă-celulă (de ex., antigene ale grupului sanguin) depind de diferențele dintre secvențele zaharurilor din acești compuși. Gangliozidele sunt cele mai răspândite în membranele exterioare ale celulelor nervoase, deși apar și în cantități mai mici în membranele exterioare ale majorității celorlalte celule. Deoarece cerebrozidele și gangliozidele conțin grupe de zahăr, ele sunt, de asemenea, clasificate ca glicolipide.