Lipid rafts und ihre Funktion in biologischen Membranen

Präsentation zum Thema: "Lipid rafts und ihre Funktion in biologischen Membranen"—  Präsentation transkript:

1 Lipid rafts und ihre Funktion in biologischen Membranen
Seminar Biotechnologie 1 Lisa Marie Finkler SS 2012 Betreuer: Prof. Dr. I. Bernhardt

2 Gliederung Biologische Membranen Lipid Rafts Ergebnisdarstellung
Aufbau Membranlipide Membranproteine Funktionen einer biologischen Membran Fluid Mosaic Modell Lipid Rafts Funktionen von Lipid Rafts Ergebnisdarstellung „Stomatin, flotillin-1, and flotillin-2 are major integral proteins of erythrocyte lipid rafts“ “Ca++-dependent viscle release from erythrocytes involves stomatin-specific lipid rafts, synexin (annexin VII), and sorcin”

3 Biologische Membranen
Grenze zwischen 2 Kompartimenten Intrazellulär (innerhalb einer Zelle) Interzellulär (Inneren einer Zelle zu Zellaußenraum) Selektiv permeabel Bestehen hauptsächlich aus: Lipiden Anteil ist je nach Membrantyp Proteinen unterschiedlich

4 Aufbau einer biologischen Membran
[1]

5 Aufbau einer biologischen Membran
Membranlipide bilden die Grundstruktur (Doppelschicht) Amphiphatisch Hydrophiler Kopf Lipophiler Kohlenwasserstoffrest Permeabilitätsschranke Phospholipide Sphingolipide Cholesterin Mizelle Lipiddoppelschicht Liposom [2]

6 Aufbau einer biologischen Membran
Phospholipide Phosphatidylcholin (siehe Abbildung) Phosphatidylserin Phosphatidylethanolamin Phosphatidylinositol häufigste Membranlipide [3]

7 Aufbau einer biologischen Membran
Sphingolipide „Signalübertragung, Interaktion zwischen einzelnen Zellen, Zellwachstum, Zelldifferenzierung, Zelltod“ [6] [4]

8 Aufbau einer biologischen Membran
Cholesterin Steroid-Grundgerüst Hydrophiler Anteil (OH-Gruppe)  Membranoberfläche Hydrophober Rest  Innerhalb der Membran Gehalt an Cholesterin beeinflusst die Fluidität der Membran [5]

9 Aufbau einer biologischen Membran
[6]

10 Aufbau einer biologischen Membran
Integrale Membranproteine Amphiphatisch Hydrophober Anteil innerhalb der Membran Verankerung durch Wechselwirkung mit Fettsäureketten Hydrophiler Anteil außerhalb der Membran Wechselwirkungen mit der Umgebung Periphere Membranproteine Nichtkovalente Bindungen an Membran bzw. Proteine Lipidverankerte Proteine Kovalente Bindung an ein Lipid (z.B.: GPI-Verankerung)

11 Funktionen einer biologischen Membran
Kompartimierung Selektive Permeabilität Transportvorgänge Signalaufnahme, Weiterleitung, Abgabe Ort der Energie- sowie Stoffumwandlung (Träger von Enzymen)

12 Fluid Mosaic Modell 1972 S.J. Singer und G.L. Nicolson
Modell zum Aufbau der biologischen Membran Flüssig-kristalline Lipiddoppelschicht (Hydrophile „Köpfe“ der Membranlipide  außen, Hydrophobe „Fettsäureschwänze“  innen) Membranproteine inselartig eingelagert, lateral frei beweglich dynamische Struktur [7]

13 Fluid Mosaic Modell Membranfluidität
Lipidzusammensetzung Cholesterinanteil (hoher Anteil  erhöhte Viskosität) Temperatur Stabilität durch hydrophobe Wechselwirkungen zwischen den Fettsäureketten Wärmezufuhr: Übergang von kristallinem zu flüssig-kristallinem Zustand [8]

14 „Lipid Rafts“- Lipidflöße
[9]

15 „Lipid Rafts“- Lipidflöße
Unterscheiden sich in ihrer Zusammensetzung von anderen Membranbereichen Sphingolipide Cholesterin Glycolipide GPI-verankerte Proteine Stärker geordnet und dichter gepackt Caveolae Ausbuchtungen der Membran Caveolin als wichtigste Strukturelement hochdynamische Strukturen Zusammenlagerung Auflösung

16 Funktionen von Lipid Rafts
[8]

17 Funktionen von Lipid Rafts
[9]

18 Ergebnisdarstellung „Stomatin, flotillin-1, and flotillin-2 are major integral proteins of erythrocyte lipid rafts“ von Ulrich Salzer, Rainer Prohaska; blood ( : ) Erkenntnisse über die Zusammensetzung von Lipid Rafts Verwendete Methoden Isolation der Lipid Rafts aus Erythrozyten durch Extraktion Gelektrophorese, Silberfärbung Membranmarker: Acetylcholinesterase (AChE) Western Blot

19 Ergebnisdarstellung A: diskontinuierliche Dichtegradientenzentrifugation (Spur 1: Pellet, Spur 2: hohe Dichte, Spur 3: mittlere Dichte, Spur 4: Lipid Rafts) B: Extraktion in alkalische Lösung (Na2CO3) (Spur T: Suspension vor Extraktion, Spur S: Überstand, Spur P: Pellet) Stomatin, Flotillin-1 und -2  Integrale lipid raft assoziierte Membranproteine Protein 4.1 und 4.2, Spectrin, Actin  Periphere Membranproteine Methode A Methode B

20 Ergebnisdarstellung Immunblot der isolierten Lipid Rafts
Oligomere Komplexbildung von Flotillin-1 und -2 sowie Stomatin Spur 1 und 2: Erythrozytenmembran eines OHSt krankem Patienten; Spur N: gesunde Person Stomatin ist nicht in Spur 1 und 2 nachweisbar (OHSt) OHSt: Overhydrated Hereditary Stomatocytosis

21 Ergebnisdarstellung “Ca++-dependent vesicle release from erythrocytes involves stomatin-specific lipid rafts, synexin (annexin VII), and sorcin” von Ulrich Salzer, Peter Hinterdorfer, Ursula Hunger, Cordula Borken, Rainer Prohaska; blood ( : ) Erkenntnisse über die Bestandteile von Lipid Rafts sowie über die calciumabhängige Vesikulation Verwendete Methoden Rasterkraftmikroskopie Calciumabhängie Vesikulation Trennung der Mikro- und Nanovesikel durch Zentrifugation Gelektrophorese, Silberfärbung Western Blot

22 Ergebnisdarstellung Methode A und B unterscheiden sich
Zentrifugationsmethoden A) Spur 1: Erythrozytenmembran Spur 2: Mikrovesikel Spur 3: Nanovesikel B) Spur 1: Erythrozytenmembran Spur 2 und 3: Mikrovesikel Spur 4: Nanovesikel Stomatin in Mikrovesikel Synexin und Sorcin in Nanovesikel Carboanhydrase ( CA) und Hämoglobin (Hb) in beiden nachweisbar

23 Ergebnisdarstellung A sowie B: Auswirkung von Ca2+ bzw. EDTA-Zugabe S: Überstand; P: Pellet nach Zentrifugation aq: aquatisch; dt: detergent nach Phasenseperation Synexin und Sorcin nach Ca2+ Zugabe im Pellet, nach EDTA Zugabe im Überstand Stomatin: keine Auswirkungen Stomatin nach Phasenseperation durch Triton X-114 nur noch in der detergenten Phase

24 Ergebnisdarstellung Periphere Membranproteine
Durch hydrophobe Wechselwirkungen oder Wasserstoffbrückenbindungen an Membran gebunden Ablösen durch Veränderung des pH-Wertes, des Puffers, der Salzkonzentration (EDTA) Integrale Membranproteine Ablösen durch Detergenz (Triton X-114) Stomatin Integrales Membranprotein, Cytoskelettanker beteiligt am Kationentransport (Na+/K+) Abwesenheit: Overhydrated Hereditary Stomatocytosis Synexin Peripheres, calciumbindendes Protein Exozytoseprozesse, Membranfusion Sorcin Peripheres, calciumbindendes Membranprotein Signaltransduktion

25 Abbildungsverzeichnis
[1] [2] Biochemie: Eine Einführung mit 40 Lerneinheiten von Philipp Christen,Rolf Jaussi, Springer (2005) [3] [4] [5] [6] Karlsons Biochemie und Pathobiochemie von Peter Karlson,Detlef Doenecke,Jan Koolman,Georg Fuchs,Wolfgang Gerok, Thieme, 15. Auflage (2005) [7] [8] [9] Taschenlehrbuch Biochemie von Gerd P. Püschel,Hartmut Kühn,Thomas Kietzmann,Wolfgang Höhne, Thieme (2011) [10] [11]

26 Quellen [1] Biochemie der Ernährungvon Gertrud Rehner,Hannelore Daniel, Spektrum, 3. Auflage (2010) [2] Karlsons Biochemie und Pathobiochemie von Peter Karlson,Detlef Doenecke,Jan Koolman,Georg Fuchs,Wolfgang Gerok, Thieme, 15. Auflage (2005) [3] [4] [5] [6] Biochemie von H. Robert Horton,Laurence A. Moran,K. Gray Scrimgeour,J. David Rawn,Marc D. Perry, Pearson Studium, 4. Auflage (2008) [7] Biochemie Zellbiologie von Katharina Munk, Thieme (2008) [8] Kurzlehrbuch Histologie von Norbert Ulfig, 3. Auflage, Thieme (2003) [9] Molekulare Zellbiologie von Gerald Karp,Sebastian Vogel,Susanne Kuhlmann-Krieg, Springer, 4. Auflage (2005) [10] [11] [12] Taschenlehrbuch Biochemie von Gerd P. Püschel,Hartmut Kühn,Thomas Kietzmann,Wolfgang Höhne, Thieme (2011) [13] [14] [15] [16] [17] [18]