De-a lungul anilor, arhitectura membranelor biologice a fost obiectul unei cercetări intense. În prezent, conceptele pentru aranjarea proteinelor în membrane, suferă schimbări majore. Potrivit modelului clasic Singer-Nicolson, proteinele membranare sunt văzute ca entități separate care plutesc în stratul dublu al lipidelor. În schimb, se apreciază acum că multe proteine ​​membranare nu sunt distribuite uniform pe membrană, ci mai degrabă organizate în microdomenii cu o concentrație locală ridicată de proteine, variind între 2 și 200 nm. Acest lucru se datorează nepotrivirii hidrofobe dintre bistratul lipidic și proteină.

Perturbarea bistratului lipidic este asociată cu nepotrivirea hidrofobă dintre acesta şi proteinele transmembranare și se realizează cu un cost energetic ridicat, energia de deformare a bistratului care variază în funcţie de gradul de nepotrivire hidrofobă şi de curbura intrinsecă a bistratului lipidic. Lipidele și proteinele se adaptează la două tipuri diferite de nepotriviri hidrofobe, pozitive și negative, în mai multe moduri.

  • Nepotrivirea pozitivă. O nepotrivire pozitivă apare atunci când lungimea domeniului transmembranar (dTM) al proteinei membranare este mai mare decât grosimea hidrofobă a stratului de membrană (dHT). În această condiție (dTM> dHT), lipidele inelare care înconjoară proteina s-ar întinde pentru a se potrivi cu grosimea hidrofobă a segmentului transmembranar al proteinei. Aceasta induce ordonarea locală a lanțurilor aciclice lipidice în vecinătatea proteinei și o creștere a temperaturii de tranziție a fazei, ceea ce duce la o reducere a zonei grupului fosfolipid.
  • Nepotrivirea negativă. O nepotrivire negativă, are loc atunci când lungimea domeniului transmembranar este mai scurtă în raport cu grosimea hidrofobă a stratului stratificat (adică dTM <dHT). Acest lucru induce tulburare locală în lanțurile lipidice inelare și o scădere a temperaturii de tranziție în fază, ducând la o creștere a zonei grupului de fosfolipide.

Adaptarea proteinei în caz de nepotrivire pozitivă. Există mai multe adaptări posibile ale proteinei în caz de nepotrivire pozitivă (adică atunci când dTM> dHT) care includ: agregarea proteinei, înclinarea domeniilor helicale transmembranare și modificări conformaționale.

În caz contrar, de nepotrivire negativă (de exemplu, când dTM <dHT), răspunsurile posibile ale proteinei ar putea fi agregarea laterală, orientarea la suprafață și schimbarea conformațională.

Gramicidina, un exemplu de nepotrivire hidrohobă. Gramicidina este o peptidă care formează canale ionice prototipice specifice ionilor monovalenți și a fost studiată pe larg pentru a caracteriza interacțiunile lipid-proteine. Experimentele realizate au arătat că gramicidina adoptă conformații non-canal în condițiile nepotrivirii hidrofobe și a agregatelor în membrane cu fază mai groasă de gel. Studiile de simulare susțin rezultatele obținute și au relevat faptul că, în condiții extrem de negative, necorespunzătoare, se produce subțierea stratului stratificat, care este însoțită de conversia gramicidinei de la un canal la o formă fără canal. S-a demonstrat că o nepotrivire între lungimea gramicidinei și lanțurile acil lipidice ar putea induce faza non-stratificată în membrane.

În concluzie, membranele biologice sunt structuri complexe, ansambluri strânse de lipide, proteine ​​și carbohidrați. Mai multe studii din literatura de specialitate au demonstrat că nepotrivirea hidrofobă contribuie la organizarea structurală a membranelor. Astfel, nepotrivirea hidrofobă pune în evidență importanța lanțurilor aciclice lipidice în interacțiunile lipid-proteine.

Bibliografie

  1. Elizabeth J. Wallace; Nigel M. Hooper; Peter D. Olmsted. Effect of Hydrophobic Mismatch on Phase Behavior of Lipid Membranes;
  2. Mouritsen OG, Bloom M. Models of lipid-protein interactions in membranes. Annu RevBiophys Biomol Struct;
  3. Sperotto MM, Mouritsen OG. Dependence of lipid membrane phase transition temperature onthe mismatch of protein and lipid hydrophobic thickness. Eur Biophys J;
  4. Dumas F, Lebrun MC, Tocanne J-F. Is the protein/lipid hydrophobic matching principle relevant to membrane organization and functions? FEBS Lett.

EU e-Privacy Directive

Departamentul de Anatomie, fiziologie animala si biofizica

Prof. dr. Dan Florin Mihailescu (director de  departament)

Prof. dr. Alexandru  Babes

Prof. dr. Speranta Avram

Prof. dr. Violeta Ristoiu

Prof. dr. Beatrice Mihaela Radu

Conf. dr. Mihaela Marcu Lapadat

Conf. dr. Dana Cucu

FP

Conf. dr. Florentina Pluteanu

Lect. dr. Doru Gabor

TS photo

Lect. dr. Tudor Selescu

Lect. dr. Cristina Matanie

Alexandru Deftu

Asist.dr. Alexandru Deftu

roxana

Asist.dr. Roxana Gheorghe

Cornelia Dragomir

Geanina Haralambie

Liliana Stamatin

Cristina

PozaAcademieLuiza

Prof. dr. Maria Luiza Flonta (profesor emerit)