ORGANIZAREA MEMB RANELOR CELULAREDEr^4, MOLECALE I^4,

O STUCTURA FANCTTONAL/{

LIPIDELE MEMBRANAREAsoecte senerale4U50vo din materialul organic al membranelor. Sub aspect molecular ele reprezintd componenta structurald de bazd a membranelor celulare (raportul molecular lipide/proteine fiind de -50/1). Aga cum stipuleazd modelul in mozaic fluid al organizirii membranelor, lipidele sunt in membrane sub formd de bistrat, cu capetele hidiofile la exterior gi cozile hidrofobe in i1ter1g, bistrat care prezintd proprietdfi fluide, manifestate bidimensional. tr'uirt au o distribufie (dispunere) asimetricd gi sunt de o mare eterogenitate. Agadar, membranele "t-fipiJ"le celularestructuratestructurate pe-un bistrat lipidic bidimensional, asimetric Ei eterogen.

Lipidele reprezintd

sunt

prezenta aici, in principiu, pentru structura gi funcfionalitatea memb.*.i ^""fui*" se-aprica qi membranelor din interiorul celulelor, aganumitele endomembrane, cele care structureazd organitele citoplasmatice delimitate de membrane.

aspectele legate de eterogenitatea componentei lipidelor membranare, dispunerea"lor asimetricd in cadrul bistratului gi comportamentul lor fluid, manifestat bidimensional, cu scopul de a infelege cum acestea asiguri funclionarea membranelor. tnformaliile se vor nuanfa qi ne vor u.;otu ra ,nui bine cum opercazd membranele celulare, prin abordarea ulterioarl a aspecteloi legate de proteinele membranare ca 9i prin discutarea componentei glucidice a membranetor. oe punc"tat ca toi ce vom

In cele ce urmeazd vom cauta si argumentem aceste afirmafii de ordin general, detaliind

irprr!"*

diferen{d(e) specifi cd(e)' . Lipidele membranare reprezintd o categorie larg6 de substanle organice relativ insolubile in apd' solubile in cei mai mulfi solvenfi organici, cu caracter amfifil, *ult" dintr" ele fiind esteri ai unor

In problema definirii lipidelor membranare, nu ne propunem un enun! cu valabilitate absolut6. interesul nostru, asrfet incdt s6 avem aceiaei "oerationard.pentru percepfie a noliunii. Vom structura aceastd definilG dupd modelul logic al definirii p.i, g"n p;oxim gi

i::li::t*.ill'f:3:j:I1,:

9i definirea clard. Pentru exitinderea demersului intelectual al acestei notJde subsol, sd Jxernplirr.i* pentru fiecare tip din cele patru. Penru definifiile genetice am.putea Propune una "r'a-"nni6i Pentru ce esre. Romaniaii uo* rpun", nomdnia este o fari europeantr formattr printru-un proces indelungat de unire a unor ldri medievale mici, mai int6i a Moldo'vei cu lara romaneascd, in a c9_Ia.iumatate a ' * secolului al XIX-lea' proces finalizat prin adtrugarea Ardealului qi nasa.auiei ra l pi,i rrri iaruoi ,o"ai'rr. " ca cxemplu de definifie ostensivtr str incercdm aplicarea la oceania, .prrara, ci.."riu este o regiune de insule din oceanul Pacificintre care se afli papua Noua Guinee, Insurire Marshar, samoa, Noua

I logica qtiinfa care ne inv-afa.cum s{ gdndim corect, pe. baza unor structurtrri rafionale ale cuno$tinfelor, stabilefte patru modalit4i de construcfie a definigiilor pentru nofiuni (fiinp, obiecte, fenomene;. Aiesie fatru moauitati conduc la patru tipuri de definifii care sunt (r) definifiile genetice (constructive) prin care se indica rnodulin lare a luat fiinli nofiunea; (;;) definifiile ostensive (demonstrative, sau prin indicare) prin care se enumeri cafiva dintre membrii (preferabil reprezentativi) clasei din care face parte nofiunea de definit; (ii, deliniliiie enumerative prin ,ur" .. .nur"raioli memurii crasei; (iv) definifiile prin gen proxim gi difercnftr(e) specific5(e) prin care, mai ?ntdi se stabiie-qte. o .o,.goJ.-,nri r.:.gd de nofiuni cdreia ii aparline pi cea pe care dorim si o y'efinim (genul proxim), dupd care se identifici qi se enfmeri atdtea caracteristici specifice no(iunii pe care urmlrim sd o definim, cate sunt necesare pentru o extragere tara amuiguitali ain

g"*ip.*i*

ffiin

'

ffilj$:r"#**f":

putem exemplifica pentru {drile scandinave ri

;";;;ril;;:

Zeerandi.

Tirire scandinave sunt Norvegia, suedia,

care se define$te.

Nu vom da exemplu de definifie prin gen proxim diferenl6(e) specificS(e), 5i deoarece folosim metoda in text la definirea Iipidelor rrcmbranare, dar vom remarca faptul ci toate celelalte tipuri d; definitii se aoresearide regul{, unor inifiati (in istorie, sau geografie pentru exemplele folosite)' pe cind tipul oe definigie ce tace subiectul ur"ri.iiur" ore unul instructiv, care poate ajuta infelegerea 5i unora mai pufin, sau deloc iniliali' Definilia c:n froxim. !i diferenfe ,pr.in." este cel mai a". uiiiiruri in qtlir1", daci nu in exclusivitate. Prin acest tip de definitie se pot defin-i chiar gi oriqnuinleil, JL-p* tot Logica ne spune ca sunr greu de definit' condifia este ca cel care defineqte si cunoasci foarte "u." bine ceea ." t Jiefineasca. p.i't u ,rit inrt uili, acest tip de definifie este elocvent din punct de vedere formator, "bui" creind o irugin. srg".tiua pentru obiectul,""i "1r" nofiunea, fenomenul

I

Dr. Mhcea Leabu- Lipidele membranare. curs pentru studenliitn medicind alcooli polihidroxilici cu acizi gragi (acizi carboxilici cu lan! alifatic liniar, adici o cateni liniard confinind mai mulli atomi de carbon). Se observi cd definilia este foarte cuprinz[toare sub aspectul speciilor moleculare pe care le poate include, din punct de vedere al structurii chimice. S[ nu uitdm insd cE interesul nostru este de naturd biologici, aga c6, privind din aceasti perspectivd, mai multe intrebdri pot frdm6nta dorinla de a pdtrunde logic domeniul. Care ar fi acestea? l. De ce lipide (in structura de bazd a biomembranelor)? 2. Care dintre lipide (participd la structurarea membranelor)?De ce (dispunere in) bistrat? Si le luflm pe rdnd gi sI punctim aspecte care sd ne ajute in a gEsi rispunsuri acestor intrebdri, cu rdsfringere asupra infelegerii funclionalit6fii membranelor.

3.

Lipidele componente ideale pentru stracturarea membranelor (De ce lipide?) Caracterele fizico-chimice ale lipidelor le definesc drept molecule ideale pentrustructurarea de membrane, a cdror principalI menire este aceea de a separa doud compartimente apoase (interiorul celulelor de mediul inconjurdtor). De ce le definesc drept molecule ideale? Pentru cd structura gi caracterul lor amfipat induce proprietdli amfifile arhitecturii pe care o organizeazd, partea hidrofobi putdnd crea o barier6, iar partea hidrofilE conferind capacitatea de a

acomoda mediile apoase aflate de o parte gi de cealalt[, adicl interiorul, respectiv exteriorul celulei. Lipidele sunt molecule mici cu posibilitdli mari de mobilitate, astfel inc0t structurile pe care le pot asambla nu sunt rigide. Sunt molecule relative insolubile in medii apoase, prezent6nd tendinf[ de asociere spontan5, ceea ce conferd structurilor pe care le formeazi tenacitatea de a-gi pastra integritatea, sau de a se reface rapid, atunci c6nd sunt agresate mecanic. Tendinfa spontane de asociere implicd un consum energetic minim, ceea ce reprezintd un avantaj in economia celulari. Degi sunt molecule mici, structura lor este deosebit de complexd (chiar numai rememorind defini1ia, dar gi, cum se va vedea in cele ce urmeaz6, cdnd vom rdspunde intrebdrii "Care dintre lipide?"). Aceastd complexitate chimicd vom realiza ci este exploatati fericit de celuli (vezi la "Rolul lipidelor membranare"). Dacd ar fi sd punctdm pentru inceput avantajele ce rezultd in privinfa structuririi membranelor, notdm cf, defectele, ce ar putea apdrea in structura lor, sau in structurarea bistratului, sunt ugor de acceptat gi, ulterior, de corectat, fhrd a induce efecte biologice catastrofale (caracterul amfifil nu se pierde). Mai mult, modelarea lor structural6, dupi cum va reiegi mai jos (vezi la "Rolul lipidelor membranare"), care se face printr-un bagaj enzimatic adecvat, consistent qi bine elaborat, folosegte integrdrii celulei in contextul biologic in care se afli gi funcfioneazl,. Clasifrcarea lipidelor membranare (Care ilintre lipide? ) Prin ceea ce vom include in rispunsul la intrebarea: "care dintre lipide?" vom substanlia caracterul eterogeu al structurii membranelor celulare. a Biochitilia descrie o mare diversitate de clase de lipide, grupate in doui mari categorii: lipide complexe, caracterizate prin prezenta tn structura lor a acizllor graqi (acilgliceroli, fosfogligeride, sfingolipide, ceruri) gi lipide simple (steroizi, prostaglandine gi terpene). Ne putem inteba, pe bun[ dreptate, daci toate aceste clase de lipide pot fi int6lnite in structura membranelor celulare. Ei bine, r[spunsul este: NU! In membranele celulare lntilnim numai trei tipuri de lipide pe care le putem clasifica, in funcfie de structura lor chimici globali, in:

1. fosfolipide; 2. colesterol; 3. glicolipide.

ele sunt din clasa sfingolipidelor (vezi despre sfingolipide mai jos, la clasificarea in funcfie de poliolul din sructur6). Iati, in aceasta primd clasificare a lipidelor membranare, o primi dovadd a eterogenitifii fipidelor membranare. Ideea de eterogenitate a lipidelor membranare spore$te insa, daci ne-am propune s6 abordim chiar 9i numai complexitatea tipurilor de lipide din ilura fosfolipidelor, mai bine reprezentate lipide din membranele celulare, sub aspectul abundenpi. Acestea ""i^" se pot clasifica, in funcfie de poliolul din structurd ?n:

Enumerarea este in funclie de abundenla in care apar. Fosfolipidele reprezintd 70-75Vo dintre lipidele membrane, colesterolul20-25vo, iar glicolipidele l-10?o. o menliune de frcut, in b-seture cu glicolipidele din membranele celuleloi animale, este aceea c6

(i) (ii)

fosfoslingozide (sfingofosfaride, sau simplu sfiisozilte) - dac6 poliolul este sfingozini, de fapt un aminodiol cu un lanl alifatic (aceasta inlocuiegie unul ditre acizii graqi din coada hidrofobd a fosfolipidelor rezultate, cel de al doilea fiind inserat printr-o legdtura amidici Ia gruparea amino a sfingozinei).

fosfogliceride (glicerofosfatide) -dacd poriolul este glicerind;

se extin; gi urupru sfingozidelor. - Structura de principiu a unui fosfoglicerid este reprezentatd grafic, in mod intuitiv, in Fig. l. Seobservicdpe scheletul polialcoolului (glicerina) se afld grefati pe de o parte (lahidroxilii din pozigiile I 9i 2) doud lanfuri alifatice provenind de la acizii gragi eiterificali cu gruparile hidroxil (acestea formdnd coada hidrofobd a lipidului membranar), i* p" de altr purt" [tu iia.oxilul din pozifia 3) o moleculi, notatl simbolic cu X, atagatd prin intermediul unei giupiri fosfat, impreund formdnd partea esenfiald a capului hidrofil.

analiza detaliilor referitoare la structura lor chimicS. in cele ce urmeaz6, vom discuta deipre eterogenitatea structurald a fosfogliceridelor, dar menlionam ci unele aspecte

Dar eterogenitatea fosfolipidelor membranare nu se termin[ aici. Ea se nuan! eazL pi,n

Fig. 1. structura schematici, de principiu a unui fosfoglicerid. in verde este reprezentat miezul glicerolului; in galben'sunt reprezentaie lanfurile alifatice ale acizilor gragi; cu X, in albastru, esteieprezentata p;rtea variaoiu iin capul hidrofil.In funcfie de restul X din capul hidrofil, fosfogliceridele

se

impart in:

(i) fosfatidilcoline (prescurtare intemafionald PC, denumire uzuali lecitinl), c6nd X este colini (Frg. 2); (fi) fosfatidiletanolamine (pE), X fiind etanolamini; (iii) fosfatidilserine (PS), la care X este serind;

(iu) fosfatidilinozitoli (P!, in care X este inozitol; (v) acid fosfatidic @A), cu X-ur fiind, simplu, un atom de hidrogen.

fosfatidilcolinelor sau fosfatidiletanolaminelor, care in pozilia I a glicerinei au iterificat un alcool gras nesaturat cu dubla legaturi intre Cl gi C2, numite plasmalogene gi reprezentind -lyVo dintre fosfolipide in creier, mugchi, testicol, rinichi. De remarcat ca in mugchiul cardiac nivelul plasmalogenilor ajunge la 50vo specul0ndu-se cd ar putea proteja miocardul fale de efectul radicalilor oxigen singlet.

Echivalentul fosfatidilcolinelor pentru sfingofosfolipidele membranare sunt sfingomielinele (SM). De amintit aici (pentru sporirea ideii he ercrogenitate a fosfolipidelor membranare) 9i: /) fosfolipidele in care doud molecule de acid fosfitidic sunt condensate la hidroxilii laterali ai unei a treia molecule de glicerina, structurdnd cardiolipine (difosfatidil (fosfolipide specifice membranei mitocondriale interne); 2) fosfoliiidele echivalente

$"!"oti),

CAt privegte abundenfa sub care tipurile de fosfolipide apar in structura bistratului, pC, sM, PE 5i PS sunt majoritare, reprezentad fiecare intre 20 gi zsur. pI pA reprezinti pinala l?o 9i fiecare; ln ciuda acestui fapt (sau poate tocmai de aceea) aceste doud fosfolipifu ,urt implicate in procese celulare deosebit de importante (vezi la ,.Rolul lipidelor membranari").

\u;o.op

d-o

))

iq(

)\ \(

)i

9 o=:

i

I

)uf*0oq, lekithos care in limba greaci inseamnd gdlbenug de ou, intrucat acesta are un conlinut foarte bogat decuvAntullecitinS.

Fig. 2. structura fosfatidircorinei (1-stearir-2-oreir{osfatidircorini). Lecitina, denumirea uzuall a acestui fosfoglicerid, vine de la

Ne afldm acum in situafia de a putea puncta aspecte legate de dispunerea asimetrici a fosfolipidelor in membrane (Fig. 3). Experimental s-a dovedit pc qi sM sunt preponderent distribuite in foifa externd a bistratuluirin timp ce PE, PS pi pI sunt, "a dupe datele existente p6ni in prezent, exclusiv in foila internd. Mai mult, aparigia Ps tn roila externe a uisuafrrtui reprezinta o dovadr timpurie a intrrrii celulei ?ntr-un proces apoptotic. De usemenea, activarea plachetelor sanguine este insolit6 de aparilia PS in foitra extirna a bistratului lipidic membranar [l]. colesterolul este, tn general, egal distribuit intre ambele foip ale bistratului. cri"oripio"ie se afli numai in foila externd a bistratului lipidic.. De curind, distribu,tia asimetricd a iosfolipidelor bisnaului lipidic membranar este investigat[ in anumite patologii 31, afectarea ei fiind insolitr [2, de defecte in funcfionarea normal5 a celulelor.

SPATIUL EXTRACELULAR

ffi$effieffi$ffiMCITOSOLFig' 3. Lipidele membranare sunt asimetric distribuite intre cele doud foile ale bistratului. semnificafia simbolurilor: - cotesterot; -fosfatiditcotini; -fosfatiditetanotamini;

\

fi

1

diversitatea tipurilor de acizi grapi care intra in structura lor. Acegtia au un num5r par de atomi de carbon cuprins inlr.e 12 qi24 (cn-Cz+).La cei cu mai pufin de 12 atomide carbon solubilitatea ln apd a Iipidelor pe care Ie formeazi cre$te prea mult, ceea ce poate afecta integritatea bistratului gi rolul de barierd al acestuia. eciziigraii cu mai mult de 24 de atomi de ca6on in moleculd sporesc prea mult hidrofobicitatea tiiiaetor, ingroagd bistratul reduc6nd

[ - fosfatidirserini; ft' ldeeah..1

-.riigori.rin.,

eterogenitaili r8[rotlpia"tor membranare este substanliatd

$ -gricoriJiJ.

gi

de

cre$terea interacfiunilor la nivelul cozilor hidrofobe. Agadar din motive de eficienf6 in funcfionare acizii gragi evidenfiafi a structura lipidele membianare confin intre 12 gi 24 de atomi de carbon. Ei pot fi acizi gragi saturafi sau nesatura{i, cu catena hidrocarbonati neramificatd. in ceea ce priveEte pozi{ionarea lor in structura glicerofosfatidelor putem face urmdtoarele aflrmafii:

eficienfa sub aspectul proprietdlilor de permeabilitate seiectiva gi

ii

reduce fluiditatea prin

1' tn pozilia I

2'

a glicerinei, de reguld, se afld esterificat un acid gras saturat. Cei mai des intAlnili sunt (i,) Cqa, acidul miristic, (ii) Crc, acidul palmitic qi (iii) c1s, acidul stearic. O ordine a frecvenfei sub care apar ar fi: Cro > C,, > C,o. ln pozilia 2 a g.licennei, de. reluld, este esterificat un acid gras nesaturat. cei mai des intalni$ sunt (i/ Crr,r', acidut oleic, (ii) C1s,2, acidul linoleic Ai (iii) C,ss, acidut Iinolenic. Trebuie sd amintim aici, pentru rolul sdu deosebit de important tii)';,,Rolul lipidelor membranare"), acidul arahidonic, sau acidul eicosatetraenoic (czo:+).

regul6, saturafi.

De menfionat, in incheierea acestui comentariu, cd acizii gragi din sfingolipide sunt, de

a trece la aspecte mai detaliate asupra organizarii lipidelor qi cum aceasta se rdsfringe asupra comportamentului bistratului la nivelul lipidic ai funcfionalitifii sale, merit5- de punctat, p"nt* o ultimd aigumentare a amplei eterogenitdli a lipidelor membranare faptul cd, ludnd in tonsiderare cele do"ua poritii a" ert"rin"u." giJour."iInainte demembranelorin simbolistica notlrilor abreviate a acizilor graqi, prima cifri din indicele inferior reprezintii numIrul de atomi de carbon din moleculd, .:" reprczintf, simbolul pentru prezenta dubtelor legituri, iar u Jrr. rlrirezinta numtrrul a" arul"-r"gutm aln molecultr' In biochimie notaliile pot fi muh rnai detaliate p.itru indicar"a "iau rrprin*,ui a pozi;iei dublelor leglturi in lanful alifatic, insl in economia discufiei noastre 5i in infelegerea implicagiilor biologi"", u..ri" I.mlii nu sunr semnificative. 52

20 de acizi gragi mai des intAlnili, num6rul de diverse fosfolipide din fiecare tip (pCJE, pS, pI, SM) poate atinge valoarea de 400. Bineinleles cd aceste valori teoretice nu se regdsesc in realitate dintr-o multitudine de motive de constrangere specifice sistemelor biologice.

Structura de bistrat rezolvd dezideratul esenfial al organizdrii membranei (De ce bistrat?) Vom incerca sd precizSm aici cdteva argumente logice pentru a rdspunde intrebarii ,pe ce bistrat?". Bistratul este cea mai simpld structurare a lipidelor care poate inchide un volum mare de mediu hidrofil, spre a-l separa de un altul, tot hidrofil (capetele hidrofile la exterior, put6nd acomoda cele doud medii hidrofile; cozile hidrofobe in interior, in ad6ncimea structurii, conferind rolul de barierd). Agadar este o structur[ care poate corespunde dezideratelor celulelor de a fi separate de mediul inconjuritor gi de a-gi menfine intr-o manierl eficientd homeostazia intern6. Asamblarea in bistrat se poate face spontan, fiind deci favoizatienergetic, iar bistratul nu poate prezenta, din considerente termodinamice, capete libere. Acest lucru conferi membranelor tenacitate in pdstrarea integrititii structurale gi refacerea rapid6 a acesteia chiar in cazul unor

gi dispunerea asimetricd a componentelor acestuia conferi proprietdli fizico-chimice diferite celor doud fefe ale membranei; mai mult, asiguri comportament independent celor doud fe,te ale membranei, dar gi solidar, atunci c6nd nevoile celulei o cer, aceasta av6nd cdile de a controla comportamentul (independent, sau solidar) alcomponentelor membranare.

distrugeri datorate agresiunilor mecanice. Structurarea sub formd de bistrat

Stareafizicd a bistratului lipidic Discufia asupra stirii fizice a bistratului lipidic igi propune si ne dea o imagine intuitivi privind efectele structurii bistratului asupra funcfionirii membranelor. Bistratul lipidic este fluid, intr-o continud dinamic[, cu efect asupra inter-relafiilor dintre moleculele care il compun, interrelalii care sunt intr-o permanent[ modificare. Fluiditatea bistratului lipidic este o rezultant1 a diverselor posibilitdfi de migcare a lipidelor ce il alc[tuiesc. tn ce constil aceasti diversitate? Lipidele membranare pot executa urmdtoarele tipuri de migcdri:1. Mipclri intramoleculare, pe care lipidele le realizeazd,in raport cu propria lor structurd (in raport cu propria lor axd), spafiul ocupat de ele putdnd fi aproximat cu un cilindru al cirui bazi are o suprafalS de -60 A' {razd de -4.4 A) gi cu indltimea de -30 A. Aceste migcrri pot fi: o De rota{ie, cu o frecvenld de lOe rotalii/s; aceste migcdri izvordsc din capacitatea lanfurilor acizilor graEi de a se roti in jurul legdturilor C-C, capacitate care se iasf.ange asupra comportamentului intregii molecule, prin cuplurile de forfe pe care le indui; rezultanta acestui ,,zbucium" intern molecular este migcarea de rotafie a moleculei lipidice

raport cu altele. Acestea pot fi:

in ansamblu. De flexie a cozilor hidrofobe, cu o frecvenld de 108 flexii/s; aceste miqcdri trebuie inlelese tot ca rezultat al migclrilor din interiorul moleculelor de lipid, la nivelul cozilor hidrofobe ale acizilor gragi nesaturafi, care, datoriti impiedicdrilor datorate prezen.tei celuilalt acid gras Cin structuri, nu pot executa, de reguld, dqc6t migc6ri asemdndtoare gtergitorului de parbriz; efectul la nivelul intregii molecule este acela al migcdrii de flexie a 2. Migciri intermoleculare, care implicd schimbarea pozi{iei moleculelor de"oiii. unele in lipid

o

r

r

Mi$ciri de transla{ie (difuzie lateralS), miEcdri ale lipidelor in planul membranei, in aceiaqi foitl a bistratului, unele printre altele; frecvenfa acestei miqclri este de 107 schimbiri de direclie/s. Trebuie menfionat faptul cd prezen[a colesterolului in bistrat determind o diminuare a mobilitdlii laterale. Mi$ciri "flip-flop", adicd migclri de trecere a lipidelor dintr-o foild a bistratului in cealalti; aceste migclri presupun o risturnare a moleculei in planul membranei, pentru a-

gi pistra capul hidrom Uendomembrand

pur" logic; exista niverul "" migcarea- de " frecvent gi anume -cdreia membrana reticulului endoplasmic (v ezi ra "Reticulu I enaoprasmic;;y.

f*::":^tl*:Y:.rymbranei;j*"y:ltu..u:estor miscdri (o datd pe luni pentru fiecare moleculi individuali),la

"*t"

.ru ,,flip-flop"

este foarre micd, practic nultr

*!lo"

,r*ii

Plutele lipidice pot fi asemuite unor sloiuri de forme, dimensiuni qi organizdri variate ce plutesc in oceanul lipidic mai pulin specific organizat. caveolele reprezinia o Iorme de plute lipidice, ce se dispun individual, sau in ciorchini la nivelul membranei. Eterogenitatea plutelor lipidice a fost evidenliatd prin interpretarea rezultatelor diferitelor metodede obfinere:

explici bidimensionalitatea stirii fluide a bistratului lipidic, siructura de bazd. a membranelor celulare' Migcirile lipidelor se manifestd practic numui in cadrul aceluiagi strat al bistratutui. Deasemenea, frecvenfa extrem de redusd a migcdrilor "flip-flop" are ca efect menflnerea distribufiei asimetrice a moleculelor de lipide in ceie doua straturi, distribufie construita de celula cu mare consum energetic odat6 cu biogeneza de novo a membranelor (vezi la .Reticulul endoplasmic"). Manifestarea bidimensionaid a fluiditarii bistratului lipidic d6 membranei celulare caracterul de structura cu proprietrti mezomorfe, proprietifi specifice cristalelor lichide. Acest comportament mezomorf este accentuat de capacitatea lipidelor de a structura microdomenii bogate in sfingolipif (nart9 dintre ele glicolipide), cotesterot gi anumite proteine membranare. Aceste microdomenii sunt denumite "plute tipidice" (lipid rafts) gi au deosebita importan !d, atdt structurala (organiznazd structuri specializaie ale me]rnbranei, cum ar fi caveoi"l.;, .at gi metabolicd -tinand laolaltd molecule gi macromolecule destinate a funcliona impreund in complexe supramoleculare [4]. Pentru a infelege mai bine ;ructurarea microdomeniilor de membrana, sd menfiondm cr lipidele, a$a cum nu sunt echilibrat repartizateintre cele dou6 foile ale bistratului, nu sunt omogen amestecate nici in cadrul fiecarei foife a bistratului, ci se asociazi inn-u1 mod neomogen pe baza unor considerente fizice. plutele lipidice fie planare, fie invaginate sub forma caveolelor (numite vezicule plasmalemale in celula endotelial6) se caracteizeazd printr-o fluiditate mai micd ?n comparalie cu restul bistratului. prezentaplutelor gi !9i0t9e eterogenitatea lor suslin gi nuanfeazd ideea de mozaic nriJ r r.g-irariiii"#ur*"ror.

Revenind la tema acestei secliuni,

sE

punctdm cf, absenla practicd a migcdrilor ..flip-flop,,

-

diferili detergenli neionici;sonicarea preparatelor de membrane gi analizarea fracfiunii ugoare;

analizeimunocitochimice.

Degi rezultatele experimentale sunt, in anumite limite, variate, suger6nd diversitatea compozilional5 a plutelor lipidice, se pot totugi extrage cdteva caracteristici generale: - colesterolul este de 3-5 ori mai abundent dec6t in restul membranei gi reprezintd 33-50Vo din totarul lipidelor ra acest niver; - sfingolipidele (SM 9i glicolipidele) sunt imbogr{ite gi reprezint6 30-35vo din',e lipidele din plute; glicerofosfolipidele sunt srmc (in comparafie cu restul membranei) ; s30vo pentru PC + PE,'epreientate fald de -50Vo inrestul membranei; - linidgl,e specifice foipi interne a bistratului (ps, pD sunt slab repr#ntate la nivelul plurelor lipidice; - in foifa internd de la nivelul plutelor, lipidele conlin preferenfial acizi gragi saturafi (asta ar putea realiza necesarul derigiditate corespunzltor celei a foileiAnticipdnd, vom merliona aici cd plutele lipidi-ce sscaracterizeazi gi prin capacitatea de lipidelor membranare in microdomenii accentueazd aspectul de mozaic fluid al membranelor.1 1s-lgmera anumite tipuri de proteine membranare. AEadar, menfionand inc6externe, unde sfingolipidele sunt bogat reprezentate).

odati,'irgnirar"a

In ciuda acestor organizdri eterogene, capacitatea lipidelor de a se migca in "aa*t bistratului este doar nuanfatii pe intinsul suprafelei membranei Ei nu anulata. AceastA capacitate de miEcare a lipidelor in cadrul membranei determind proprietatea membranelor numit6 tluiditate. Fluiditatea membranelor poate fi modulatd (modificati, reglat6) de mai mulli factori. Acegti factori pot fi de naturd frzicd, sau chimici. Ca factori fizici amintim temperatura gi presiunea. Fluiditatea membranelor este direct proporfional6 cu temperatura qi invers proporfionald cu presiunea. Efectivitatea acestor factori fizici in modularea fluiditdtii membranare este insi limita6, dupi cum u$or ne putem da seama. Nici presiunea gi nici temperatura nu pot varia larg in condilii fiziologice. Mult mai pregnant este efectul factorilor chimiii in modularea fluiditdlii membranei. Acegtia, in funcfie de provenien!6, se pot clasifica in (i) factori chimici intrinseci, sau (ii) factori chimici extrinseci. Factorii chimici intrinseci, pe care celula ii folosegte in modularea fluiditdfii membranei in funcfie de necesitdli, sunt cantitatea de acizi gragi nesaturali din structura fosfolipidelor, sau a glicolipidelor gi/sau cantitatea de colesterol din structura bistratului. Fluiditatea membranei este direct propo(ionald cu procentul de acizi gragi nesaturafi din structura lipidelor bistratului (cregte cantitatea de acizi gragi nesaturafi, cregte gi fluiditatea), in timp ce cretterea procentului de colesterol duce la rigidizarea membranei (micgorarea fluiditefii). Agadar, fluiditatea membranei este invers propo(ional[ cu cantitatea de colesterol din bistrat. Cum trebuie infelese sugestiv motivele acestor efecte ale colesterolului gi acizilor gragi nesaturali asupra fluiditd,tii membranei celulare? Descriptiv, geometria angulari a cozilor acizilor gragi nesaturafi are ca efect dep6rtarea spafiali a lipidelor gi micporarea interacliunilor intre acestea atdt la nivelul porfiunii hidrofobe, cdt gi al capetelor hidrofile. in ceea ce privegte efectul colesterolului, dir motive structurale (datoriti geometriei spafiale), acesta spore$te tdria interacfiunilor atdt la nivelul cozilor hidrofobe, cat $i al capetelor hidrofile, anulAnd efectul acizilor gragi nesaturafi. Factorii chimici extrinseci se clasificd la rAndul lor in (a) fizinlagici (hormoni sau mediatori chimici liposolubili), (b) patologici (metabolili liposolubili ai unor agenfi patogeni, substanle chimice toxice, liposolubile), sau (c) terapeutici (medicamente liposolubite). trrtutte analgezice, ca gi unele anestezice, fiind compugi liposolubili, aclioneazd gi prin modificarea fluiditeFi membranelor neuronale. Dovezi experimentale recente dovedesc fapiul cd, allturi de efectele datorate modificdrii fluiditafii membranare, anestezicele gi/sau analgezicele aclion eazd Si prin modificdrile conformalionale induse la nivelul unor proteine transmembranare, afectdndu-lefunc[ia.

+.

Dupi cum vom vedea, fluiditatea membranelor este modulatd gi nuanfati gi de celelalte componente ale membranelor: proteinele gi structurile glucidice.

Rolul lipidelar

cd, fdrd bistrat lipidic nu pot exista membrane celulare. Acesta reprezintd componenta structurald de bazd, a lor, funcfia structurall a lipidelor membranare organizate in bistrat fiind esenfiald. Bistratul lipidic confera membranei celulare rolul de barierS, aceaste menire a lipidelor membranare fiind enunlatd incd de la dovedirea prezenfei lor in structura membranei. Dar lipidele membranare nu se afli nici pe departe acolo numai din considerente structurale. Ele sunt implicate in importante funclii metabolice, acele funclii care unesc celula cu mediul inconjuritor, o integreazd pe aceasta in "ambianfa biosocialf,". Mai mult, echilibrul dintre diferitele tipuri de lipide din membrane influenfeazd comportamentul normal al celulei, iar modificarea lui poate atrage devialii patologice. De aceea, lipidele membranare pot reprezenta finte terapeutice [5]. Glicolipidele sunt implicate in fenomene de recunoaqtere gi semnalizare intercelulari (vezi la'Componenta glucidici a membranei").

m embranare DupI cum am ariltat pdnl acum, rezultd

Detalii referitoarereguri, aceste modinciri se petrec ca urmare a unor procese dc semnariz*", *;;;;;l'ifii rezurtari u"liorano secunzi gi declanqand numeroase procese prin semnaleror receprate. Exist, mai multe tipuri de fosfolipaze,:are au proprietatea a" u .rii"'*-diverse molecule din structu.a complexi a fosfolipidelor (Fig. 2). Acestea sunt:

f"ff::.il"i*il:.ir:::,*.::::T",^*::,_*,,u*it"i'ioi{;;".*'""tri;i".i,po;

;#:,:il.:;

o"r\-O

o..\,X\D

lizofosfatide: (iry' fosfolipaza B (prescurtare internafionaH pLB), care poate scoate acizi gragi din ambele pozifii din structura fosfotipiieror, cumuldnd acriviratea pLAl pLA2;asupra lizofosfatidelor.

fosfolipaza Al (prescurtare international6 PLAI), care yidul gras din pozifia t a glicerinei; (ry' fosfotipaza AZ (priscurtare iiternationUa PLA2), care deta$a7,a acidul gras din pozilia Z a gileiinei, cu formare dee)!!er^ea7a

(i)

$i

aclioneaza

in

il;;

fosfat, c u:,

^(iuj

fosfolip^;; C:' ;*".9rrfu-".: Iegrura dintre glicerindeli

(v) fosfolipaza D, care ellmindPA.

berarea diacilgliceronf

.rrui niarl'l X, cu eliberarea

o. iOa Cl ;

gi

4

*3

Fig.'2' Locurire specifice de acfiune a diferiteror tipuri de fosforipaze, ra nivelut morecureror de fosforipide. er-ioriorip aza A1; A2 fosfo_ lipaza AZ; B - fosfotipaza B; C _ tosfotip"r" C; O _ fosfotipaza D. Pentru exemplificarea efectelor punctam urmdtoarele ro"tarli r" capitolul ..semnarizarea transmembranard',):

ii

-

(a) Fosfolipaza A2 poate elibera acidul arahidonic, carc este precursor pentru patru clase de substanle cu roruri dintre cere mai diverse..Acestea a. i*iLdondine;2. rromboxani;3. prostacicline; 4. reucotrie,ne) sunr oblinute prin_comprex" ;;;;;* de zare (cubagaje enzimatice adecvate) a acidului arahidonic, -metabori dupd elibera."u'ru-Jin fosfolipidele care il contin. Primele trei tipuri rezultd pe calea ciclooxigena iei, ceaa"-u fut u pe calea lipooxigenazei. "ras5 (b) Fosfatidilinozitolii sunt implicali in mecanisme de transmitere transmembranarr gi intracelulard a semnalelor' cdnd un"t"'*oi""ule.semnal 0,g"rrii'.. leagE de receptorii specifici din membranele celulare, P[ intrd intr-o secvenld de reaclii-denumita cascada fosfoinozitidelor (Fig' 3)' in aceastji cascadr PI sun"t ioifui rorro.itut" pu, p", i. r"rr"inozitolfosfali (plp), sub acgiunea fosfatidilinozitol kinazei3 pi "u t