Lernziele - Biologische Membranen

Question 1

Definition Lipide

Answer 1

Klasse von biol. Substanzen, denen gemeinsam ist, dass sie stark hydrophob und schwer wasserlöslich sind

Bsp.

• Fettsäuren
• Triacylglycerine
• Glycerophospholipide
• Sphingolipide
• Steroide

Question 2

Definition Fettsäuren

Answer 2

Fettsäuren sind Carbonsäuren mit langkettigen Kohlenwasserstoffresten

Gesättigte: Nur Einfachbindungen

Ungesättigte: Mind. eine Doppelbindung

Question 3

Eigenschaften ungesättigte Fettsäuren

Answer 3

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

Question 4

Nomenklatur Fettsäuren

Answer 4

Gesättigte Fettsäuren:
Homologe Reihe mit C_nH_2n+1COOH

Ungesättigte Fettsäuren: IUPAC oder Omega

Question 5

Wieso sind Triaglycerine gut als Energiespeicher geeignet?

Answer 5

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.

Question 6

Aufbau und Eigenschaften der Glycerophospholipide

Answer 6

2 x FS + Glycerin + Phosphat + Alkohol

Phospholipasen spalten spezielle Esterbindungen

Lysophospholipid (Detergenz): Solvolisiert Membran

Question 7

Häufig vorkommende Alkohole in Glycerophospholipiden

Answer 7

• Serine
• Ethanolamine
• Choline
• Glycerol
• Inositol

Question 8

Aufbau Sphingolipid

Answer 8

Question 9

Eigenschaften biologischer Membranen

Answer 9

• 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)

Question 10

Untersuchung des Transports durch die Lipiddoppelschicht

Answer 10

• 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

Question 11

Welche Eigenschaften müssen Proteine haben, um als Membranproteine zu wirken?

Answer 11

• Phospholipide
• Glykolipide
• Cholesterin

Question 12

Unterschied aktiver/ passiver Transport über Membran

Answer 12

• 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

Question 13

Freie Enthalpie des Konzentrationsgradienten

Answer 13

• 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!

Question 14

Wie katalysieren P‐Typ ATPasen den Transport über die Membran?

Answer 14

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

Question 15

Wie wirken ABC-Transporter?

Answer 15

A TP
B inding
C assette

• Teilweise unspezifisch
• Transportieren aus Zelle raus “alles was hydrophob ist”

1. Öffnung nach innen
2. Binden des Moleküls
3. Binden von ATP –> Konformationsänderung –> stabilisiert Öffnung nach oben
4. Öffnung nach oben
5. Gibt Molekül nach außen frei
6. Hydrolyse –> Ausgangsstruktur

Question 16

Wie funktionieren Co-Transporter?

Answer 16

• 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

Question 17

Wie wird die Spezifität von Ionenkanälen bewirkt?

Answer 17

• Selektivität für bestimmte Ionen
• Offene / Geschlossene Konformationen
• Übergang zwischen offener / geschlossener Konformation wird reguliert.
• Offener Zustand wandelt häufig spontan in einen inaktiven Zustand um

Question 18

Wie unterschiedet der Kaliumkanal zwischen Kalium und Natrium?

Answer 18

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)

Question 19

Was transportieren Aquaporine?

Answer 19

Wasser, keine Hydroniumionen!