Δήμητρα Σπανού, Χημικός, καθηγήτρια στο 1ο Γυμνάσιο Δάφνης

ΕΝ ΑΡΧΗ ΗΤΑΝ ΤΑ ΠΡΩΤΑ ΟΡΓΑΝΙΚΑ ΜΟΡΙΑ ΛΙΠΙΔΙΑ, ΣΑΚΧΑΡΑ, ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΚΑΙ ΤΑ ΛΙΠΙΔΙΑ

 ΣΥΜΠΥΚΝΩΘΗΚΑΝ ΣΕ ΜΕΜΒΡΑΝΙΚΕΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΕΣ 

ΟΙ ΜΕΜΒΡΑΝΕΣ ΛΙΠΙΔΙΩΝ ΠΕΡΙΕΚΛΕΙΣΑΝ ΤΑ ΥΠΟΛΛΕΙΠΑ ΜΟΡΙΑ

...ΚΑΙ ΕΓΕΝΕΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ

Η πλασματικη μεμβράνη αποτελεί σημείο συναντησης δυο κόσμων, του ενδοκυτταριου και του εξωκυττατιου. Η αρχική της σύσταση  όπως εχει ηδη αναφερθεί, ήτσν μια απλή επιφάνεια ( στρώση)  από φωσφολιπίδια,με τις φωσφορικές τους ομάδες προς την εξωτερική πλευρά του κυττάρου που εξελίχθηκε σε διπλή στοιβάδα φωσφολιπιδίων με την προσθήκη μιας δεύτερης στρώσης, με τις υδροφιλες φωσφορικές ομάδες προς το εσωτερικό του κυττάρου. Οι υδρόφιλες φωσφορικές ομάδες από την μια και την άλλη πλευρά της μεμβράνης, ενώνονται χαλαρά με μόρια νερού που υπάρχει εντός και εκτος του  κυτταρου. Οι υδρόφοβες  ομάδες των λιπαρων οξέων προσανατολίζονται στο εσωτερικό της διπλοστοιβαδας ώστε να αποφύγουν την επαφή με το νερό. Ο τρόπος αυτός σύνδεσης των φωσφολιπιδίων , όχι μεταξύ τους αλλά με μόρια νερού, κάνει αυτήν την δομή να μπορει αν κινείται, αφού φωσφολιπίδια μπορουν να μετακινουνται πάνω στην επιφάνεια των στοιβάδων, ακολουθώντας τα μόρια του νερού, χωρις να εγκαταλείπουν την επιφάνεια τους,  που μένει εκεί αφού στο εσωτερικό βρίσκονται οι δυο υδροφόβες στοιβάδες λιπαρών οξέων . Έτσι η δομή των στοιβαδων αυτών παρομοιάζεται με ρευστό μωσαϊκό.

Ανάμεσα στα φωσφολιπίδια παρεμβάλλονται μόρια χοληστερόλης , (που κι αυτη εντασεται γενικά στην κατηγορία των λιπιδίων). Ο ρολος της ειναι πολλαπλός. Μια σημαντική ικανότητά της είνσι η   είναι η συμβολή της στην στσθεροποίηση της σύστασης της μεμβράνης ως προς  την ρευστότητας και την μηχανικής   στσθερότητας

ΠΩΣ ΟΙ ΣΤΟΙΒΑΔΕΣ ΤΩΝ ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΩΝ ΕΞΕΛΙΧΘΗΚΑΝ ΣΕ ΚΛΕΙΣΤΕΣ ΕΠΙΑΝΕΙΕΣ ΕΓΚΛΕΙΣΤΩΝ (ΜΙΚΚΥΛΙΑ)

Αυτές οι επιφάνειες των ελασμάτων λιπιδίων, δεν έχουν φυσικά όρια. 

 Μπορούν όμως να καμφθούν στις άκρες. Εάν αυτά τα ελάσματα βρεθούν σε υδάτινο περιβάλλον που ίσως περιέχει κι άλλες ουσίες όπως άλατα, γλυκόζη, αμινοξέα, ένζυμα κι εφόσον πρόκειται για επιφάνειες αμφίφιλων λιπίδιων, αναδιπλώνονται και φτιάχνουν σφαιρίδια.

Τα σφαιρίδια αυτά έχουν διαστάσεις  που εξαρτώνται από τις ανάγκες σε χώρο που έχουν τα μόρια. Η διάμετρός τους είναι από  20-100 nm 

Ονομάζονται ή μικκύλια (αν το κυστίδιο δημιουργείται από μονοστοιβάδα με πυρήνα λιπαρών οξέων και πολική επιφάνεια) ή 

λιποσώματα λιποσώματα (αν το κυστίδιο δημιουργείται από διπλοστοιβάδα) 

Ο λόγος είναι καθαρά πρακτικός. Τα φωσφολιπίδια είναι ενώσεις αμφίφιλες. Ένα μέρος του μορίου "ζει " σε υδατικό περιβάλλον  ενώ το άλλο προσπαθεί να αποφεύγει το νερό. Η δημιουργία μιας τέτοιας κλειστής επιφάνειας κάνει τα υδρόφοβα τμήματα των μορίων να διπλώνονται προς τα μέσα και να έρχονται πιο κοντά για όσο λιγότερη επαφή με το νερό. 

Αντίστοιχη συμπεριφορά συναντάμε και σε άλλες περιπτώσεις δημιουργίας κλειστών επιφανειών και διαμελισμού του χώρου, όπως στις φυσαλίδες αερίων μέσα σε υγρό  (εσωτερικό φυσαλίδας με  αέρα -λιπίδια -νερό), ή στα μικκύλια των σαπώνων . 

Τα σαπούνια που είναι άλατα λιπαρών οξέων ( με 16-18 άνθρακες) με κάλιο ή με νάτριο, 

  CH₃(CH₂)₁₄COONa και είναι αμφίφιλες ενώσεις, σε υδατικό διάλυμα δημιουργούν μικκύλια που εγκλωβίζουν τη λιπαρή ουσία  που εγκλωβίζουν τη λιπαρή ουσία. Προσανατολίζουν το υδρόφοβο άκρο τους προς το εσωτερικό που είναι ο λεκές (πρωτεϊνούχας ή λιπιδικής φύσης - υδρόφοβος ) και το υδρόφιλο άκρο Νατρίου ή Καλίου προς το εξωτερικό υδατικό περιβάλλον. 

Στον αφρό επίσης εγκλωβίζεται αέρας και το υδρόφοβο μέρος προσανατολίζεται στο εσωτερικό της φυσαλίδας

ΑΠΟ ΤΑ ΜΙΚΚΥΛΙΑ ΣΤΗΝ Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ (ΠΛΑΣΜΑΤΙΚΗ) ΜΕΜΒΡΑΝΗ

 Η μεμβράνη αυτή όπως έκλεισε είχε σαν αποτέλεσμα αρχικά να οριοθετεί τον χώρο,  που αυτό στη συνέχεια αυτό εξελίσσεται σαν ο καθοριστικός παράγοντας επιτάχυνσης των διεργασιών των  ουσιών,   που εγκλωβίστηκαν εντός, των οποίων  οι συγκεντρώσεις παραμένουν σε ιδιαίτερα επίπεδα. Οι διεργασίες αυτές έγιναν τόσο πολύπλοκες στη συνέχεια, ώστε έδωσαν τελικά χαρακτηριστικά  ζωής στους σχηματισμούς αυτούς. 

Και να οι πρώτοι οργανισμοί! 

Σχετικά πάλι με την δημιουργία στοιβάδων από λιπίδια...

Τα πρώτα λιπίδια που συνδέονται μεταξύ τους με συμπύκνωση  και δημιουργούν επιφάνειες με διδιάστατα ελάσματα λιπιδίων.  

Οι επιφάνειες αυτές αποκτούν μια ιδιαίτερη συμπεριφορά όταν αντί για απλά λιπίδια έχουμε σύμπλοκα λιπίδια εφόσον, εκτός από την λιπόφιλη ομάδα των λιπαρών οξέων φέρουν και μια υδρόφιλη ομάδα που συνδέεται με μόρια νερού, 

Αυτά είναι ουσίες αμφίφιλες και μεταξύ αυτών εντάσσονται επίσης και κατασκευάζονται κυρίως με βάσει την τρισθενή αλκοόλη γλυκερίνη.

Τα φωσφολιπίδια ή φωσφατίδια που είναι τα πιο συνηθισμένα μόρια των μεμβρανών είναι εστέρες της τρισθενούς αλκοόλης γλυκερίνης με δύο λιπαρά οξέα (υδρόφοβη περιοχή) και το φωσφορικό οξύ (υδρόφιλη περιοχή). Η ομάδα των φωσφορικών μπορεί να τροποποιηθεί με διάφορα μόρια όπως χολίνη αιθυλαμίνη, σερίνη. Μια τέτοια ουσία είναι η λεκιθίνη.

Αρκετές φορές γίνεται εστεροποίηση του ενός υδροξυλίου της γλυερίνης με ένα κορεσμένο λιπαρό οξύ ενώ το δεύτερο εστεροποιείται με ακόρεστο λιπαρό οξύ.

Αντίστοιχα αμφίφιλα σύμπλοκα λιπιδίων έχουμε επίσης,με αρχική ουσία την αμινοαλκοόλη  σφιγγοσίνη, τα σφιγγολιπίδια

ΣΤΗΝ ΑΠΛΗ ΣΤΟΙΒΑΔΑ ΠΡΟΣΤΙΘΕΤΑΙ ΚΑΙ ΜΙΑ ΔΕΥΤΕΡΗ ΚΑΙ ΔΗΜΙΟΥΡΓΕΙΤΑΙ Η ΔΙΠΛΟΣΤΟΙΒΑΔΑ ΛΙΠΙΔΙΩΝ

Η διπλή μεμβράνη της στοιβάδας τοποθετεί τα υδρόφιλα  φωσφορικά στα εξωτερικά υδατικά μέρη έξω και μέσα και στο εσωτερικό της διπλοστοιβάδας συνωστίζονται τα υδρόφοβα 

ΣΕ ΚΥΤΤΑΡΑ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΑ ΣΤΗΝ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΠΡΟΣΤΙΘΕΤΑΙ Η ΧΟΛΗΣΤΕΡΟΛΗ

Επίσης, στα ευκαρυωτικά κύτταρα

μόρια  χοληστερόλης ενσωματώνονται στο διμοριακό στρώμα διάσπαρτη μεταξύ των φωσφολιπιδίων , αντιδρούν στο υδάτινο περιβάλλον

Ο ΡΟΛΟΣ ΤΩΝ ΥΔΑΤΑΝΘΡΑΚΩΝ ΣΤΗΝ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

Μια άλλη κατηγορία αμφίφιλων λιπιδίων της κυτταρικής μεμβράνης είναι τα γλυκολιπίδια

με την ένωση λιπιδίων με υδατάνθρακες

Τα γλυκολιπίδια έχουν έναν πόλο υδρόφιλο που ενώνεται με κλάδους ολιγοσακχαριτών των γλυκοπρωτεϊνών που προεξέχουν στην εξωτερική μεμβράνη και σχηματίζουν ένα προστατευτικό στρώμα, τον γλυκοκάλυκα

Η διπλή μεμβράνη της στοιβάδας τοποθετεί τα υδρόφιλα  φωσφορικά στα εξωτερικά υδατικά μέρη έξω και μέσα και στο εσωτερικό της διπλοστοιβάδας συνωστίζονται τα υδρόφοβα . Στο εξωτερικό συναντάμε επίσης τα περισσότερα γλυκολιπίδια της μεμβράνης αφού ο λειτουργικός τους ρόλος συνδέεται με την επικοινωνία του κυττάρου με τον εξωτερικό χώρο.

Διακρίνουμε πάλι γλυκερίνογλυκολιπίδια kai ta σφιγγογλυκολιπίδια

Η ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΕΝΣΩΜΑΤΩΜΕΝΩΝ ΚΑΙ ΔΙΑΣΠΑΡΤΩΝ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ

 ΣΤΗ ΔΙΠΛΗ ΣΤΟΙΒΑΔΑ ΤΩΝ ΦΩΣΦΟΛΙΠΙΔΙΩΝ

Αυτή η διπλή πολική μεμβράνη που αποτελείται από δύο στρώματα μορίων λιπιδίων (κυτταρική μεμβράνη, πυρηνική μεμβράνη, μεμβράνες οργανιδίων ) είναι μια  κατασκευή που προστατεύει το κύτταρο και τα οργανίδια που περικλείει από απώλειες ιόντων, πρωτεϊνών και άλλων μορίων ή τα εμποδίζει να διαχυθούν σε περιοχές που δεν πρέπει.

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΗΣ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΗΝ ΘΕΣΗ ΤΟΥΣ ΣΤΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ

Στις  μεμβράνες υπάρχουν  οι κυτταρικές πρωτεϊνες περιφερικές και ενσωματωμένες, που εξαρτώνται από το είδος της μεμβράνης και τον ρόλο τους.

Ανάλογα με την θέση τους διακρίνονται σε ενσωματωμένες και περιφεριακές.

Οι ενσωματωμένες είναι μόρια πρωτεϊνών που εκχυλίζονται δύσκολα και αν συμβεί κάτι τέτοιο προκαλείται κα αποδιοργάνωση της λιπιδικής στοιβάδας. Συνδέονται με τα λιπαρά οξέα, σε υδρόφοβες περιοχές τους με τις αλυσίδες των λιπαρών οξέων 

Υπάρχουν δύο τύποι ενσωματωμένων πρωτεϊνών:

Αυτές που διασχίζουν την κυτταρική μεμβράνη και βγάζουν δύο υδρόφιλα άκρα, ένα στην εξωτερική και ένα στην εσωτερική πλευρά, κι αυτές που βγάζουν ένα μόνο υδρόφιλο άκρο και το άλλο είναι βυθισμένο στην μεμβράνη.

Παρ' ότι δύσκολα αποσπώνται , μπορούν να μετακινούνται στο εσωτερικό του λιπιδικού στρώματος, πλάγια ή με περισροφή.

και οι περιφεριακές πρωτεϊνες 

μπορούν να ενώνονται με δεσμούς όχι ομοιοπολικούς με τις ενσωματωμένες.

Στην εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης ενώνονται με περιοχή του κυτταροπλάσματος με μικρονημάτια και μικροσωληνίσκους.

Η πρωτεϊνική σύσταση των κυτταρικών μεμβρανών μπορεί να διαφέρει από κύτταρο σε κύτταρο αλλά και από περιοχή σε περιοχή του ίδιου κυττάρου.

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΠΡΩΤΕΪΝΩΝ ΩΣ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΡΟΛΟ ΤΟΥΣ

Οι πρωτεϊνες διακρίνονται σε δομικές και λειτουργικές.

Ως προς τον λειτουργικό τους ρόλο διακρίνουμε

 πρωτεϊνες που είναι σφαιρικές και παίζουν ρόλο ενζύμων, μεταφορικές, ειδικοί υποδοχείς κ.α. 

Χημικά διακρίνουμε  τις: Ολοπρωτεϊνες και ετεροπρωτεϊνες (π.χ. γλυκοπρωτεϊνες)

 Η ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΜΕΜΒΡΑΝΗ ΣΤΟ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟ ΚΥΤΤΑΡΟ

Στο ευκαρυωτικό κύτταρο διατηρείται η διπλοστοιβάδα των λιπιδίων. Στα φωσφολιπίδια προστίθενται και χοληστερόλη και γλυκολιπίδια. 

Στην μεμβράνη του ευκαρυωτικού έχουμε και τις πρωτεϊνες που υπάρχουν σε ποσοστό 50 -70%, έναντι των λιπιδίων 30- 50%

   Δήμητρα Σπανού

ΠΗΓΕΣ

ΛΙΠΙΔΙA Βιολογική Χημεία Ι Χριστίνα Πιπέρη Επ. Καθηγήτρια