Lernziele - Biologische Membranen Flashcards
Definition Lipide
Klasse von biol. Substanzen, denen gemeinsam ist, dass sie stark hydrophob und schwer wasserlöslich sind
Bsp.
- Fettsäuren
- Triacylglycerine
- Glycerophospholipide
- Sphingolipide
- Steroide
Definition Fettsäuren
Fettsäuren sind Carbonsäuren mit langkettigen Kohlenwasserstoffresten
Gesättigte: Nur Einfachbindungen
Ungesättigte: Mind. eine Doppelbindung
Eigenschaften ungesättigte Fettsäuren
Da in natürlichen Fettsäuren die Doppelbindungen meist in der cis-Konfiguration vorliegen, entsteht ein Knick von etwa 30° in der Kohlenwasserstoffkette. Dadurch ist die Van-der-Waals-Wechselwirkung zu anderen Molekülen abgeschwächt und der Schmelzpunkt verringert.
–> Omega-n-Fettsäuren sind essentiell
Nomenklatur Fettsäuren
Gesättigte Fettsäuren:
Homologe Reihe mit CnH2n+1COOH
Ungesättigte Fettsäuren: IUPAC oder Omega
Wieso sind Triaglycerine gut als Energiespeicher geeignet?
Glycerin + 3 veresterte Fettsäuren
Sie besitzen reduzierte C-Verbindungen, die sehr energiereich sind und einfach oxidiert werden können, um die enthaltene Energie nutzbar zu machen.
Aufbau und Eigenschaften der Glycerophospholipide
2 x FS + Glycerin + Phosphat + Alkohol
Phospholipasen spalten spezielle Esterbindungen
Lysophospholipid (Detergenz): Solvolisiert Membran
Häufig vorkommende Alkohole in Glycerophospholipiden
- Serine
- Ethanolamine
- Choline
- Glycerol
- Inositol
Aufbau Sphingolipid
Eigenschaften biologischer Membranen
- 2 Alkylreste als Voraussetzung für Ausbildung der Doppelschicht
- kooperative Struktur zw. Alkylresten
- spontane Assemblierung
- bildet beliebig große extensive Struktur aus
- selbstheilend
- Schichtartige Struktur mit einem mittleren
Durchmesser von 60 – 100 Å - Bestehen größtenteils aus Lipiden und
Proteinen im Verhältnis 1:4 bis 4:1 - Membranlipide besitzen hydrophobe und
hydrophile Anteile und bilden spontan
Doppelschichten aus - Membranproteine verleihen der Membran
charakteristische Funktionen - Membranen sind asymmetrisch
- Membranen sind zweidimensionale Lösungen
aus spezifisch orientierten Proteinen und
Lipiden - Die meisten Zellmembranen sind elektrisch
polarisiert (negatives Potential in der Zelle ~ -
60 mV)
Untersuchung des Transports durch die Lipiddoppelschicht
- Wässrige Kompartimente getrennt durch Membran
- Anschluss einer Elektrode
- Messen der Konzentration best. Stoffe in Kompartimenten
- Lipid-Doppelschicht ist permeable für
- hydrophobe, gasfärmige & kleine polare Moleküle
- weniger bis gar nicht durchlässig für große, polare, geladene
Welche Eigenschaften müssen Proteine haben, um als Membranproteine zu wirken?
- Phospholipide
- Glykolipide
- Cholesterin
Unterschied aktiver/ passiver Transport über Membran
- Lipophile Moleküle können in die Membran eindringen, bzw. die Membran entlang ihres Konzentrationsgradienten durchqueren
(–> einfache Diffusion) - Polare Moleküle können durch spezifische Kanäle die Membran entlang ihres Konzentrationsgradienten durchqueren
(–> vermittelte Diffusion / passiver Transport)
—> Membrankanäle - Polare Moleküle können auch entgegen eines
Konzentrationsgefälles die Membran durchqueren
(–> aktiver Transport) –> Membranpumpen
Freie Enthalpie des Konzentrationsgradienten
- Ungeladene Moleküle:
ΔG = RT ln (c2/c1) = 2.303 RT log10 (c2/c1) - Geladene Moleküle:
ΔG = RT ln (c2/c1) + ZFΔV = 2.303 RT log10 (c2/c1) + ZFΔV
Wenn ΔG > 0, muss Transport aktiv sein!
Wie katalysieren P‐Typ ATPasen den Transport über die Membran?
Bsp. SR-Ca2+-ATPase:
- Generell:
- N-Domäne bindet und spaltet ATP
- P-Domäne exponiert Aspartat
- A-Domäne ist “Antreiber”
- Ca2+ ist im Inneren der Membran in Transmembrandomäne gebunden
- Aspartat und Glutamat binden mit ihren anionischen Resten Ca2+
- -> Konstitutionsänderung der Transmembrandomäne
- Konformationsänderung zieht Ca2+-BIndungsstelle auseinander (= gestörte Bindungsstelle)
- Ca2+ wird wieder frei
Aufgabe der ATP-Hydrolyse: Verschiebung zu anderer Konstitution
Wie wirken ABC-Transporter?
A TP
B inding
C assette
- Teilweise unspezifisch
- Transportieren aus Zelle raus “alles was hydrophob ist”
- Öffnung nach innen
- Binden des Moleküls
- Binden von ATP –> Konformationsänderung –> stabilisiert Öffnung nach oben
- Öffnung nach oben
- Gibt Molekül nach außen frei
- Hydrolyse –> Ausgangsstruktur
Wie funktionieren Co-Transporter?
- Symporter:
Transport eines Moleküls gegen dessen Konzentrationsgradienten parallel zum Transport eines Moleküls mit dessen Konzentrationsgradienten, z.B. Lactose-Permease - Antiporter:
Transport eines Moleküls in eine Richtung parallel zum Transport eines weiteren Moleküls in die andere Richtung - Uniporter:
Transport eines Moleküls in beide Richtungen
–> Ionenkanäle
Wie wird die Spezifität von Ionenkanälen bewirkt?
- Selektivität für bestimmte Ionen
- Offene / Geschlossene Konformationen
- Übergang zwischen offener / geschlossener Konformation wird reguliert.
- Offener Zustand wandelt häufig spontan in einen inaktiven Zustand um
Wie unterschiedet der Kaliumkanal zwischen Kalium und Natrium?
Die Pore wird aus dem Polypeptid-Rückgrat gebildet, wobei die Carbonyl-Sauerstoffatome der Peptidbindungen genau so ausgerichtet sind, dass sie die Rolle des Sauerstoffs in den Wassermolekülen der Hydrathülle des Kaliumions „übernehmen“ können. Dadurch entstehen energetisch stabilisierte Positionen für das Kaliumion im Selektivitätsfilter (genauer 4), wodurch eine Dehydratisierung und somit eine Passage des Kaliumions durch die Pore erleichtert wird. Im Inneren der Pore befindet sich eine Tasche mit Wassermolekülen, wo die Kaliumionen sofort wieder hydratisiert werden.
Natriumionen beispielsweise passieren nicht den Selektivitätsfilter, obwohl sie kleiner sind als Kaliumionen. Das liegt daran, dass die Carbonyl- Sauerstoffatome für sie zu weit entfernt sind und sie somit nicht die Sauerstoffatome des Wassers ersetzen können (hier keine energetische Stabilisierung)
Was transportieren Aquaporine?
Wasser, keine Hydroniumionen!
