BISTRATURĂ LIPIDICĂ: CARACTERISTICI, STRUCTURĂ, FUNCȚII - BIOLOGIE - 2025

Stratul lipidic este o membrană laminară subțire, bimoleculară, a lipidelor amfipatice, adică conțin o porțiune hidrofobă și o altă porțiune hidrofilă. Are o permeabilitate foarte mică pentru ioni, precum și pentru majoritatea moleculelor solubile în apă, cu toate acestea este foarte permeabil la apă.

În soluții apoase, lipidele polare, cum ar fi fosfogliceridele, se asociază pentru a forma diferite tipuri de agregate, numite micele, monostraturi lipidice și straturi. În aceste structuri, capetele lipidelor polare, care sunt hidrofile, sunt direcționate extern să fie în contact cu apa, în timp ce cozile (hidrofobe) sunt toate dispuse la capătul opus.

Diagrama posibilelor aranjamente lipidice la marginea porilor printr-o stratură lipidică. Preluat și editat din: MDougM.

Ființele vii au membrane celulare formate în principal din fosfolipide și glicolipide, formând o bicapa lipidică. Această stratură constituie o barieră de permeabilitate care permite reglarea conținutului intern de săruri și electroliți ai celulei. Pentru a realiza acest lucru, au structuri numite pompe ionice.

Primii oameni de știință care au propus modelul bicapa lipidică pentru membranele celulare au fost Drs. Evert Gorter și F. Grendel (1925), de la Universitatea Leiden, Olanda, un model care a fost confirmat în 1950 prin studii de microscopie electronică.

Există mai multe utilizări actuale și potențiale ale straturilor lipidice, dar până în prezent, cea mai de succes comercial vorbind a fost utilizarea veziculelor artificiale (lipozomi) în medicină, pentru administrarea de medicamente la pacienții cu cancer.

caracteristici

Straturile lipidice sunt structuri lamelare foarte subțiri și fragile care prezintă unele caracteristici importante din punct de vedere biologic, cum ar fi:

Permeabilitate

Una dintre principalele caracteristici ale stratului lipidic este permeabilitatea sa selectivă. Într-adevăr, aceste membrane sunt foarte impermeabile pentru ioni și majoritatea moleculelor polare, apa fiind o excepție importantă, deoarece poate trece cu ușurință prin membrană.

Un exemplu al acestei permeabilități selective este sodiul și potasiul, ai căror ioni traversează membrana de peste un milion de ori mai lent decât apa. Pe de altă parte, indolul, un compus organic heterociclic, traversează membrana cu o viteză de o mie de ori mai mare decât triptofanul, o altă moleculă similară cu aceasta structural.

Chiar înainte de a cunoaște natura dublă a membranei, omul de știință Charles Overton a subliniat (1901) că coeficienții de permeabilitate ale moleculelor mici sunt direct legate de solubilitatea relativă pe care o prezintă în solvenții organici și în apă.

Asimetrie

Fiecare dintre straturile care alcătuiesc membrana este diferit structural și funcțional de celălalt. Un exemplu funcțional al acestei asimetrii este pompa sodiu-potasiu. Această pompă este prezentă în membrana plasmatică din marea majoritate a celulelor organismelor superioare.

Pompa Na ⁺ - K ⁺ este orientată astfel încât să expulzeze Na ⁺ din interiorul celulei, introducând în același timp ioni K ⁺ . În plus, acest mediu de transport are nevoie de energie sub formă de ATP pentru activarea sa și poate fi utilizat numai dacă se află în interiorul celulei.

Componentele fiecărui strat sunt, de asemenea, diferite, proteinele de membrană sunt sintetizate și introduse asimetric în bicapa, ca și lipidele, dar acestea din urmă, spre deosebire de proteine, nu prezintă o asimetrie absolută, cu excepția de glicolipide.

În cazul eritrocitelor, de exemplu, sfingomielinele și fosfatidilcolinele sunt localizate în stratul exterior al membranei, în timp ce fosfatidiletanolamina și fosfatidilserinele sunt poziționate intern. Colesterolul este un element constitutiv al ambelor straturi.

Una dintre cauzele asimetriei în distribuția fosfolipidelor este aceea că majoritatea acestor constituenți sunt sintetizați în interiorul celulei și, prin urmare, sunt incluși inițial în stratul interior, iar de acolo unii dintre ei vor migra către stratul exterior cu ajutorul enzimelor numite flipaze.

Fluenţă

Straturile lipidice nu sunt structuri rigide, ci dimpotrivă, sunt structuri fluide și dinamice, în care lipidele și multe proteine ​​se mișcă constant lateral.

Lipidele difuzează lateral în membrană cu o rată medie de 2 um pe secundă. Deplasarea laterală a proteinelor în straturile biliare, pe de altă parte, poate varia în funcție de tipul de proteină; în timp ce unele sunt la fel de rapide ca lipidele, altele rămân practic imobile.

Difuzia transversală, de asemenea, numită flip-flop, pe de altă parte, este mult mai lentă pentru lipide și nu a fost niciodată observată la proteine.

Pe de altă parte, fluiditatea membranei poate varia în funcție de ordonarea relativă a acizilor grași ai lipidelor. Când sunt ordonați toți acizii grași, bicapa este în stare rigidă, în timp ce în stare fluidă sunt relativ dezordonate.

Aceste modificări se pot datora variațiilor de temperatură; trecerea de la starea solidă la cea fluidă se produce brusc atunci când temperatura depășește un prag cunoscut sub denumirea de temperatura de topire, care depinde de lungimea lanțurilor de acizi grași, precum și de gradul lor de nesaturare.

Lipidele constitutive ale membranei sunt de natură diferită și, prin urmare, pot avea temperaturi de topire diferite. Datorită acestui fapt, la temperaturi diferite pot exista faze solide și fluide în aceeași stratură.

Alte caracteristici

Straturile lipidice, datorită interacțiunilor covalente și forțelor atractive ale van der Waals, au tendința de a fi extinse, precum și de a se închide pe ele însele, astfel încât să nu existe capete expuse. Capacitatea sa de auto-reparare este, de asemenea, caracteristică, deoarece o lipsă de continuitate nu este favorabilă energetic structurii sale.

Structura

Există diferite modele care explică structura stratului lipidic:

Modelul Davson și Danielli

A fost propusă în 1935 și susține că membranele conțin o fază continuă de hidrocarburi, contribuită de lipidele care alcătuiesc membrana.

Model de membrană celulară Davson și Danielli. Preluat și editat din: miguelferig.

Modelul membranei unitare

Erigită de JD Robertson, această ipoteză este o modificare a modelului Davson și Danielli. El a postulat că membrana unitară a fost formată dintr-un dublu strat de lipide polare amestecate.

Aceste lipide au fost orientate cu lanțurile de hidrocarburi spre interior, formând un strat continuu de hidrocarburi, în timp ce capetele hidrofile arătau în direcția opusă.

În plus, această membrană unitară a fost acoperită pe ambele părți de un singur strat de molecule proteice dispuse într-o manieră extinsă.

Model globular

Cunoscut și sub numele de model de subunitate. Conform acestui model, membranele ar fi constituite dintr-un mozaic de subunități lipoproteine ​​repetitive între 4,0 și 9,0 nm.

Modelul de mozaic fluid

A fost propus de SJ Singer și GL Nicholson în 1972 și este cel mai acceptat model. Potrivit acestuia, fosfolipidele membranei sunt dispuse în straturi duble, formând o matrice de cristale lichide.

Conform acestui model, moleculele lipidice individuale se pot deplasa lateral lateral, ceea ce ar explica flexibilitatea, fluiditatea, rezistența electrică și permeabilitatea selectivă pe care le prezintă aceste membrane.

Proteinele care fac parte din stratul bicapa, conform modelului, trebuie să fie globulare. În plus, unele proteine ​​ar fi înglobate parțial în stratul bicicletei, în timp ce altele ar fi complet încorporate în ea.

Gradul de pătrundere a proteinelor globulare în bicapa ar fi definit prin secvența lor de aminoacizi, precum și prin prezența grupelor R nepolare pe suprafața acestor aminoacizi.

Compoziţie

Bistraturile naturale sunt compuse în principal din fosfolipide. Aceștia sunt compuși derivați de glicerol care se caracterizează prin a avea un cap hidrofil și două cozi hidrofobe.

Când fosfolipidele vin în contact cu apa, se pot organiza în moduri diferite. Cea mai stabilă formă este ca o stratură cu cozile orientate spre interior și capetele orientate spre exteriorul stratului.

Glicolipidele fac parte și din stratul lipidic. Acești compuși, așa cum indică numele lor, sunt lipide asociate cu zaharuri, derivate în cazul animalelor dintr-un compus cunoscut sub numele de sfinocină.

Un alt element important al membranei este colesterolul, o lipidă nesaponificabilă. Este prezent atât în ​​straturile interioare cât și în cele exterioare ale stratului. Este mai abundent în membrana plasmatică decât în ​​membrana organulelor.

Membranele sunt, de asemenea, asociate cu multe tipuri de proteine, care pot fi de două tipuri, extrinseci sau intrinseci. Proteinele extrinsece sau periferice sunt ușor legate de membrană și pot fi ușor separate de ele.

Proteinele intrinseci sau integrale sunt puternic asociate cu bicapa și nu se desprind ușor de ea. Ele reprezintă aproximativ 70% din proteinele de membrană. Unii dintre ei funcționează ca receptori pentru semnalele din afara celulei și transmiterea lor în interior.

Alte proteine ​​sunt asociate cu fuziunea a două straturi diferite. Printre ele se numără cele care permit unirea spermei cu ovulul în timpul fertilizării; de asemenea, cele care permit virusurilor să pătrundă în celulele gazdă.

În plus, pompele cu ioni sunt proteine ​​integrale care traversează stratul care permite schimbul de ioni între interiorul și exteriorul celulei, prin bicapa lipidică, împotriva unui gradient.

Caracteristici

Principala funcție biologică a stratului lipidic este separarea compartimentelor apoase cu diferite compoziții, cum ar fi separarea protoplasmei celulare de mediul său. Fără această delimitare fizică între compartimente, viața așa cum știm că ar fi imposibilă.

Această funcție este atât de importantă încât practic toate ființele vii au o membrană formată dintr-o stratură lipidică. Excepția este reprezentată de unele specii de arhaea, în care membrana este un monostrat lipidic.

Straturile lipidice participă la transmiterea impulsului nervului interneuronal. Neuronii nu sunt atașați fizic unul de altul, ci sunt separați printr-un spațiu scurt numit sinapsă. Veziculele încărcate cu neurotransmițător intervin pentru a pune în legătură acest spațiu interneuronal.

O altă funcție a stratului bicapa este să servească drept bază structurală sau schelet de susținere, la care au fost puternic atașate unele sisteme de transport, precum și unele enzime.

Organele cu bicapa lipidică

În procariote, bicapa lipidică este prezentă numai în membrana celulară, în timp ce în eucariote există diferite organele sau organele care pot avea una sau două bicapa lipidică.

-Organele cu două straturi lipidice

miez

Organele celulare prezente în celulele eucariote și care conțin cea mai mare parte a materialului genetic organizat în cromozomi.

Membrana nucleară este formată din două straturi lipidice separate printr-un spațiu numit perinuclear. Ambele straturi se numesc membrana nucleară externă și interioară și sunt diferențiate prin compoziția lor proteică.

mitocondriile

Organă responsabilă cu respirația celulară, proces prin care se furnizează energia necesară activității celulare. Are o membrană dublă, exteriorul neted și interiorul pliat, formând cretă laminară sau asemănătoare cu degetul.

Funcția unor astfel de falduri este de a crește suprafața internă, care este locul în care au loc reacții metabolice.

Mitocondrii. Preluat și editat din: LadyofHats.

cloroplastelor

Organele prezente la plantele superioare și în alte organisme eucariote fotoautotrofe. Are două straturi concentrate de lipide separate de un spațiu intermembran. Stratul exterior este mai poros decât stratul interior datorită prezenței proteinelor numite porine.

-Organele cu o stratură lipidică

În afară de membrana plasmatică, despre care s-a discutat pe larg în acest articol, alte organele, cum ar fi reticulul endoplasmatic, aparatul Golgi și lizozomii, au o singură stratură lipidică.

Reticulul endoplasmatic (ER)

Complex de membrană citoplasmatică asociată (ER grosieră) sau nu (ER netedă) cu ribozomi și care participă la sinteza lipidelor și fosfolipidelor (ER netede) sau a peptidelor și proteinelor (ER dur), datorită ribozomilor atașați pereți.

aparate Golgi

Un complex de membrane cu pereți netede implicați în depozitarea, modificarea și ambalarea substanțelor proteice.

lizozomi

Organele veziculare care conțin enzime implicate în degradarea materialelor străine. De asemenea, degradează componente celulare inutile și chiar celule deteriorate sau moarte.

Aplicații

Principala aplicare a bicapa lipidică este în domeniul medicinii. Lipozomii sunt structuri veziculare delimitate de straturile lipidice. Sunt formate artificial prin oscilația sonică a suspensiilor apoase de fosfogliceride.

Dacă ionii sau moleculele sunt incluse în suspensia apoasă, atunci unele dintre aceste elemente vor fi conținute în lipozomi. Pe baza acestor principii, medicamentele au fost încapsulate în soluție în lipozomi.

Lipozomii care conțin medicamente sunt eliberați injectat pacientului. Odată ajunși în interior, circulă prin sistemul de sânge, până ajung la locul țintă. La destinație, își rup și își eliberează conținutul.

De asemenea, a fost testat utilizarea straturilor lipidice ca biosenzori pentru diagnosticul bolii; precum și pentru posibila detectare a armelor biologice. În cele din urmă, a fost testat cu succes pentru permeabilitatea medicamentelor.

Referințe

1. OS Andersen, II Koeppe, E. Roger (2007). Grosimea Bilayer și Funcția proteinei membranare: o perspectivă energetică. Revizuirea anuală a biofizicii și a structurii biomoleculare.
2. Bistratură lipidică. În Ecured. Recuperat de la ecured.com.
3. Bistratură lipidică. Pe Wikipedia. Recuperat de la wikipedia.org.
4. A. Lehninger (1978). Biochimie. Ediciones Omega, SA
5. L. Stryer (1995). Biochemestry. WH Freeman and Company, New York.
6. RB Gennis (1989). Biomembranelor. Springer-Verlag.
7. MS Bretscher (1972). Structura asimetrică a lipidelor pentru membranele biologice. Noul Biologie.