Struktura membrany sztywna płynna Cartoon model of raft and non-raft domains. Raft proteins, on the left, associate with the saturated fatty acid sphingomyelin and cholesterol. This produces an ordered local domain in which a number of signaling proteins function. Non-raft proteins, on the right, bind to polyunsaturated fatty acids (DHA-PUFA) and Vitamin E resulting in a more fluid domain. The linkage of the non-raft proteins and the antioxidant Vitamin E may underlie the health benefits of PUFA ingestion. (Redrawn from Wassall and Stillwell, 2009, with permission from Elsevier.)

Struktura membrany w zależności od ilości wody mniej wody więcej wody

Wpływ temperatury na strukturę membrany wzrost temperatury

Wpływ kształtu lipidu na strukturę membrany

Płynność membrany Membrana biologiczna powinna istnieć w fazie lamelarnej (w postaci dwuwarstwy) faza żelowa - stała faza ciekło-krystaliczna - płynna

C4 Lateral diffusion Trans-gauche isomerisation Transversal diffusion

Dynamika membrany Dyfuzja rotacyjna Dyfuzja lateralna w płaszczyźnie Ruchy podłużne Ruchliwość łańcucha acylowego Ruchliwość części hydrofilowej Przeskoki lipidów tzw. flip-flop

Struktura membrany biologicznej

Krzywizna membran K= 1/R R - promień membrany h/R h- grubość membrany h = 7 nm R = 7 mm K= 10-3 R = 70 nm K = 10-1 Struktura lipidów A - rozmiar hydrofilowej głowy V – objętość części hydrofobowej L – długość części hydrofobowej asymetria f < 1 odwrotny stożek f > 1 stożek f = 1 cylindryczne f = V/LA

Fig. 8. Lamellar and nonlamellar lipids showing the possibility of exhibiting curvature stress.

Mechanizmy powstawania krzywizny w membranach odcina cholinę od sfingomieliny transfer fosfatidyloseryny Mechanisms of membrane curvature. The uncurved membrane in the center has both diglycerides, shown with a circular head and two tails, and sphingomyelin, shown as a single line. The upper side of each structure is the cytosol side. Flippases transfer phosphatidylserine to the cytosol side, increasing the number of molecules on that side and producing positive curvature. Sphingomyelinase removes the choline head group from sphingomyelin on the cytosol side, inducing negative curvature leading to exocytosis. Shallow protein insertion on the cytosol side moves the head groups apart, producing positive curvature. The removal of one fatty acid tail from the diglyceride results in a conical molecule and a positive curvature monolayer. Lysophospholipids also have one tail and would also form a positive curvature monolayer. górna część struktury jest od strony cytozolu

Rola cholesterolu w membranie Pretransition Ripple phase Pß Tm Tm żel, uporządkowana ciecz nieuporządkowana ciekło-krystaliczna So Lb Ld La using the differential scanning calorimetry technique. For some membrane lipids, such as phosphatidylcholines, the lipid disordering occurs in two steps when increasing temperature. A first transition is observed a few degrees below the main transition Tm. This pretransition may be due to changes in the vicinity of the polar head group such an increase of the interaction of the lipid head groups with the solvent (Heimburg, + Cholesterol + Cholesterol Lo ciekło-krystaliczna, ciecz uporządkowana

Diagram fazowy membrany w zależności od cholesterolu 44 Pß + Ld Ld Fluid, liquid-disordered phase Ld + Lo Temperature (°C) Lo Ld Pß Pß + Lo Fluid, liquid-ordered phase Lo Ripple phase 30 0 5 10 15 20 25 30 Pß Cholesterol (mole %)

Grupy hydrofobowe w matrycy lipidowej są związane energią oddziaływań Oddziaływanie lipidów z wodą W fazie wodnej część polarna lipidów ulega hydratacji Grupy hydrofobowe w matrycy lipidowej są związane energią oddziaływań dyspersyjnych. To “wyciska” wodę z wnętrza lipidu tworząc nie-wodne środowisko wewnątrz lipidu. Temperatura przejścia fazowego obniża się ze wzrostem zawartości wody Oznacza to, że dla pewnej temperatury układ staje się krystaliczny i może nastąpić przejście do fazy płynnej Zauważmy, że fosfatidylocholina wiąże znaczne ilości wody. Nazywamy ją wodą związaną lub niezamarzającą