Membran: Biochemie Übung Nr

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1 Membran: 1) Biologische Membranen sind hochorganisierte flächige Aggragate aus Zuckern, Lipiden und Proteinen! Sie sind 6-10 nm dick und asymmetrisch aufgebaut, damit ein Konzentrationsgradient gebildet werden kann(?). 2) Membranen bestehen aus: Lipiden, Proteinen und Kohlenhydraten 3) Abgrenzung und Isolierung von Zellen und rganellen Kontrollierter Stofftransport (Permeabilitätsschranke) Aufnahme von extrazellulären Signalen Enzymatische Katalyse (Reaktionen an Lipid-/Wassergrenzflächen) Interaktion mir anderen Zellen (Gewebebildung), biologische Kommunikation Verankerung des Cytoskeletts für Gestalt und Bewegung) Schutz rte der Energiegewinnung 4) Sie besitzen einen hydrophilen Kopf (Glycerid) und einen lipophilen Schwanz (FS). Sie sind für die meisten Moleküle und Ionen undurchlässig und weisen somit Transportmoleküle auf. Diese sind meistens Proteine (integrale Proteine). Eigenschaften: a) hydrophobe WW b) v.-d.-w.-kräfte c) elektrostatische WW zw. Köpfen d) -Brücken zw. Polaren Köpfen und Lsg.-mittel a-d sind nicht-kovalente WW e) Selbstaggregation f) Selbstreparierend g) Wollen in größeren Ausdehnungen vorkommen 5) Lipidaggregate???: Glycolipide, Phosphorlipide, Cholesterol 6) Durch ihre Polarität. (Kopf hydrophil und Schwanz lipophil), Van-der-Waals-Kräfte zwischen den versch. FS. Ungesättigte FS sind gekrümmt und können somit weniger v.-d.-w.-kräfte aufbauen. (siehe auch Nr. 4) 7) Im Allgemeinen gibt es zwei Diffusionsarten, die von der Fluidität abhängig sind. a) Die laterale Diffusion und b) die tansversale Diffusion (Flip-Flop-Effekt,nur für Phospholipide möglich, langsam und Transporter) Für die Fluidität ist hauptsächlich das Cholesterin verantwortlich. Es kann sich mit der hydrophilen ydroxygruppe zwischen die Phospholipide schieben, wobei der hydrophile Teil sich zwischen die polaren Kopfgruppen der Phospholipide schiebt und der hydrophobe Teil in Nachbarschaft der FS ist. Somit schränkt Cholesterin die Beweglichkeit nahe der berfläche ein, bewirkt aber weiter innen eine Abschirmung der Kohlenwasserstoffketten voneinander und erhöht somit die Fluidität im Inneren. Zusammenfassend: tiefe Temperaturen: Gelphase (quasi-kristallin, nicht fluid) öhere Temperatur: physiologische Phase (fluid, flüssigkrisallin) Sehr hohe Temperatur: invers-hexogonal, Membranfusionsprozesse? 1

2 Prokaryonten: Eukaryonten: lange FS fallende Fluidität Sättigungsgrad niedrig Fluidität steigt Cholesterin nimmt zu Fluidität sinkt, kein Gel mehr 8) FRAP: Fluoreszens-Erholung nach Lichtbleichung (fluorescence recovery after photobleaching) Moleküle werden mit einem Fluoreszensfarbstoff makiert und dann mit einem Laser irreversibel gebleicht. Nach kurzer Zeit jedoch strahlt die gebleichte Region wieder Fluoreszens ab. Wie schnell und wie stark die Fluoreszens in dem gebleichten Bereich wieder zunimmt, steht in dem Zusammenhang wie schnell sich die Moleküle lateral bewegen können. Somit kann die Diffusionsgeschwindigkeit errechnet werden. 9) siehe Aufgabe 1), außerdem werden nur GC, Glycolipide und Sphingomyelin nach außen transportiert (Flip-Flop), weil nur für diese Transporter vorhanden sind. 10) Proteine können einerseits durch Lipidanker, z.b. heterotrimeres G-Protein in der Membranfestgehalten werden. Integrale Proteine besitzen hydrophobe AS, die mit den FS Wechselwirkungen eingehen. Jedoch können dir Proteine mit FS auch kovalente Bindungen eingehen. Die peripheren Proteine gehen mit dem hydrophoben Teil keine Bindung ein. Sie werden normalerweise von integralen Proteinen oder den polaren Kopfgruppen der Phospholipide gebunden (meist kovalente Bindungen oder andere schwache WW) Periphere Proteine können auch durch kovalent gebundene Lipide, die in der Membran fixiert sind, gebunden werden (Thy-1-Typ). Andere werden durch eine kovalente Bindung an Myristinsäure an die Membran gebunden. Wiederum andere werden über einen in der Membran liegenden Farnesylrest gebunden. Dabei entsteht eine Thioesterbindung. 11) Diffusion (oder auch erleichterter Diffusion durch ilfenahme eines Carriers) entsteht durch elektrochemisches Potential (passiver Transport) aktiver Transport: ATP Verbrauch Transporter: Symport, Antiport, Uniport Rezeptor-vermittelte Endocytose 2

3 Lipide: 1) Lipide sind wasserunlösliche Biomoleküle, die in org. Lsg.-mitteln sehr gut löslich sind. Lipide unterteilen sich grob in a) FS-Derivate und b) Isoprenoide (Vitamine) Lipide sind Moleküle, die hauptsächlich aus hydrophoben Teilen bestehen. Dies sind gesättigte oder ungesättigte lange Kohlenwasserstoffketten. Es gibt drei Unterfamilien von Lipiden: Fette (Triacylglycerine) Phospholipide (Diacylglycerine + Phosphatgruppe) Steroide (Kohlenstoffgerüst mit 4 miteinander verbundenen Ringen) Wachse u.a. 2) Fette: Energiespeicher Phospholipide: Membrankomponente Steroide: z.b. ormone (Signalmoleküle), Brennstoff, Isolator 3) Membranlipide: Phospholipide: Phosphoglyceride, Sphingolipide Glycolipide Cholesterol 4) Phosphoglyceride: Phosphatidsäuren (Cholin-, Serin-,Ethanolamin-, Inositol-Rest) Cardiolipin Lysophospholipide Strukturformeln lernen (Phosphatidylcholin, etc.) 5) Sphingophospholipide: in größeren Mengen im Gehirn und Nervengewebe Sphingosin (Aminoalkohol) anstelle des Glycerins und einer FS (ein Acyl-Rest) Ist das Sphingosin amidartig mit einer FS verknüpft, nennt man sie Ceramid Ceramid + 1 Zucker = Cerebrosid?) Sphingomyelin ist das wichtigste Sphingolipid, trägt neben einer FS auch noch ein Phosohatrest mit einem gebundenen Cholin. 6) Ganglioside: (besitzen mehr Zuckermoleküle als Glycolipide): sind die komplexesten Glycolipide und haben als Membranlipid einen Rezeptor, typischer Bestandteil ist die N-Acetyl-Neuraminsäure (Sialinsäure) Lipoproteine: 1) Bei der ersten Gruppe von Lipoproteinen sind die Lipide kovalent an Proteine gebunden. Eine andere Gruppe bildet nebenvalente Bindungen zu Proteinen aus und bildet Komplexe aus (Lipoprotein-Komplexe) 3

4 Die Funktion der Lipoproteine ist der Transport von wasserunlöslichen Lipiden im Blutplasma. 2) LDL: (Low density lipoprotein) Im Inneren befinden sich unpolare Lipide (Triacylglycerole, Cholesterol-Acylester). Um diesen Kern befindet sich eine ca. 2nm dicke ülle aus Phospholipiden, freies Cholesterol und Apoprotein B100, was wasserlöslich ist und für das Andocken an den zellmembranständigen Rezeptor zuständig ist. 3) Chylomikrone: Sorgen für den Transport von Nahrungslipiden vom Darm zu Geweben (Muskel und Fett). VLDL, IDL, LDL: Sind eng miteinander verwandt. Sie sind für den Transport von Triacylglycerinen, Cholesterol und Phospholipide von der Leber zu den Geweben zuständig. LDL versorgt die Gewebe mit Cholesterol DL: Sorgt für den Transport von überschüssigem Cholesterol von den Geweben zurück in die Leber. Zwischen DL und VLDL kommt es zum Austausch von Lipiden und Proteinen. Lipidstoffwechsel: C c C ) Die Lipolyse von Glycerol und FS wird durch eine hormon-sensitive Lipase katalysiert, die meist einer komplexen hormonalen Kontrolle unterliegt. Adrenalin, Noradrenalin, Glucagon, u.a. fördern die Katalyse. Insulin, Nicotinsäure, u.a. hemmen die Lipase. Der Transport kurzer Freier Fettsäuren (FreeFattyAcids) erfolgt unverestert. Längere FFA werden an ein Albumin gebunden und transportiert. 3) Die Fettsäuren werden durch die Anlagerung von CoA aktiviert. 4) Der Transport in die Membran erfolgt durch Carnitin, ein membrangängiger Carrier. 4

5 5) AcylCoA trans-2-enoyl-coa Enoyl-CoA ydroxyacyl-coa ydroxyacyl-coa Ketoacyl-CoA Ketoacyl-CoA Acyl-CoA Acetyl-CoA (n-2c) 6) Zyklus siehe Buch xidation ydration xidation Thiolyse 5