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Pourquoi les molécules lipophiles peuvent passer la bicouche phospholipidique, malgré 2 couches hydrophiles ?

Pourquoi les molécules lipophiles peuvent passer la bicouche phospholipidique, malgré 2 couches hydrophiles ?


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Il est communément dit que les molécules hydrophobes/lipophiles/non polaires peuvent assez facilement passer la bicouche phospholipidique, et que les molécules hydrophiles (polaires ou ioniques) ne peuvent pas passer (quand aucune protéine ne l'aide); car la nature hydrophobe du lipide.

Mais dans la même logique, les molécules hydrophobes ne devraient pas traverser la bicouche. Parce qu'il y a 2 couches hydrophiles dans la membrane. c'est à dire.

A et A' .

Alors comment les molécules hydrophobes peuvent-elles traverser A et A' ?

Je suppose que cela est dû au diamètre mince de A et A' . Est-ce?


Bonne question. C'est mon avis.

Il n'y a pas que la surface de la membrane qui est polaire. Il y a de l'eau (polaire) des deux côtés de la membrane. Dans la plupart des cellules animales, il existe également une répartition inégale des charges à travers la membrane. L'environnement à l'extérieur de la cellule est typiquement positif en raison d'un excès d'ions positifs, en particulier de sodium. L'intérieur de la cellule est généralement négatif en raison d'un excès d'ions négatifs tels que le phosphate.

Cela signifie que les molécules hydrophobes ne sont pas plus à l'aise dans l'environnement à l'extérieur ou à l'intérieur de la membrane qu'elles ne le sont à la surface. Il n'y a aucune raison de supposer plus de répulsion à la surface. Ainsi, juste en raison de leur mouvement cinétique aléatoire, ils se retrouveront à la surface de la membrane, certains avec l'énergie cinétique nécessaire pour traverser.

Il y a une autre façon de voir ça. Il ne faut pas penser que la membrane laisse entrer des substances hydrophobes. Nous devrions penser que cela ne permet PAS à la substance hydrophile d'entrer sans un contrôle d'identité approprié par les protéines de la membrane.


Biologie 1302 Examen 2

Les phospholipides ne sont pas liés entre eux - ils ne prennent leur forme qu'en raison de l'agglutination des queues.
La bicouche phospholipidique résultante fonctionne pour enfermer la cellule, les couches hydrophiles et hydrophobes restreignent le mouvement, gardant l'intérieur à l'intérieur et l'extérieur à l'extérieur

Rappelez-vous : le cholestérol est un lipide hydrophobe que les animaux fabriquent

se tortille avec les queues hydrophobes pour rendre la membrane cellulaire plus rigide

La bicouche de phospholipides qui en résulte fonctionne pour enfermer la cellule
les couches hydrophiles et hydrophobes limitent les mouvements, gardant l'intérieur à l'intérieur et l'extérieur à l'extérieur

Parce que les phospholipides ne sont pas liés entre eux, la membrane cellulaire est très flexible ou "fluide".

Les queues d'acides gras des phospholipides peuvent modifier la fluidité ou la flexibilité de la membrane

Même si la bicouche phospholipidique constitue une barrière, certaines substances peuvent encore traverser

De très petites molécules comme l'eau et les gaz (CO2 et O2) peuvent bouger à travers les phospholipides

Peuvent également passer : les molécules hydrophobes - également appelées molécules ""lipophiles""

Les molécules lipophiles aiment les lipides, elles sont donc capables de se déplacer facilement à travers la couche d'acides gras

Même si certaines choses peuvent se croiser, la bicouche empêche de nombreuses substances de se croiser

Les molécules hydrophiles ne peuvent PAS traverser la bicouche phospholipidique
par exemple. sels et sucres

Les très grosses molécules ne peuvent PAS non plus traverser
par exemple. polysaccharides

Cependant : nous devons obtenir des sels, des sucres, des polysaccharides et d'autres molécules volumineuses ou hydrophiles à l'intérieur de nos cellules afin de rester en vie


PEGylation et ses alternatives

14.2 Liposomes pégylés

Les liposomes, cellules microscopiques et sphériques artificielles, sont constitués d'une ou plusieurs bicouches lipidiques constituées de lipides amphiphiles uniques ou de différents lipides chargés ou neutres. Ces liposomes peuvent piéger les molécules thérapeutiques telles que les médicaments, les vaccins, les enzymes, les protéines, les oligonucléotides, le matériel génétique et d'autres biomolécules, et ont été largement étudiés en tant que DDS pour améliorer la sécurité et l'efficacité de la thérapeutique [4] . Bien que les liposomes soient un moyen sûr et efficace d'introduire des agents thérapeutiques, ils souffrent souvent d'opsonisation, qui élimine les liposomes circulant dans la circulation sanguine et provoque une dégradation des liposomes. Les propriétés physiques et l'efficacité in vivo des liposomes peuvent être facilement altérées en modifiant les quelques caractéristiques des lipides, notamment la longueur de chaîne, l'insaturation, la composition, la taille et le potentiel zêta [11,12] . La modification de surface des liposomes ou le camouflage des liposomes avec du PEG - connu sous le nom de PEGylation des liposomes - donne des liposomes modifiés appelés liposomes PEGylés ou liposomes furtifs. En comparaison avec les liposomes classiques, ces liposomes pégylés ont montré une capacité de circulation sanguine améliorée, une biodisponibilité élevée des médicaments en contournant le tube digestif, une toxicité minimale et une administration passive améliorée de médicaments ciblés [12-14] . Un certain nombre de produits à base de liposomes furtifs sont disponibles sur le marché et plusieurs de ces versions sont en cours d'essais cliniques avancés. En particulier, Doxil, AmBisome et Visudyne ont été largement utilisés dans des applications cliniques dans différents pays [14] .


Chapitre 8 - Nanostructures thérapeutiques pour l'administration cutanée et transdermique de médicaments

Le terme « nanoscale » décrit des particules comme ayant une taille variant de 1 à 100 nm, mais dans le domaine pharmaceutique, des nanoparticules de taille 50-500 nm sont acceptables.

Les systèmes d'administration transdermique de médicaments (TDDS) sont des supports à libération contrôlée pour un effet thérapeutique topique ou systémique après application locale. Plusieurs méthodes ont été étudiées pour augmenter la pénétration dans et à travers la peau d'ingrédients pharmaceutiques actifs, un système de délivrance nanoparticulaire a une utilisation potentielle à cette fin. Récemment, certaines nanoparticules à usage dermatologique, y compris les systèmes vésiculaires, tels que les liposomes ainsi que d'autres variétés de nanosupports, tels que les nanoparticules, les supports lipidiques nanostructurés, les nanoparticules à base de polymère, les nanotubes de carbone et les nanoparticules magnétiques ont été développées. Parmi les nanosupports cutanés développés, les liposomes, les transfersomes, les éthosomes, les niosomes, les dendrimères, les nanoparticules lipidiques et polymères, et les nanoémulsions sont les plus utilisés. Dans ce chapitre, nous allons passer en revue ces systèmes de nanostructures afin d'évaluer l'administration de médicaments aux sites dermiques et transdermiques. Leur fabrication, leurs avantages et leurs inconvénients seront également discutés.


Voie pour les blocs de construction membranaires

Avec le peptide en forme de tire-bouchon liant une molécule lipidique, le phospholipide nouvellement formé peut glisser à travers la première couche membranaire dans la seconde. Crédit : M. Langer, R. Sah, A. Veser, M. Gütlich, D. Langosch/Chimie & Biologie, Tome 20, 24 janvier 2013

Les biomembranes sont constituées d'une mosaïque de molécules lipidiques individuelles et denses. Ces molécules se forment à l'intérieur des cellules. Mais comment ces blocs de construction se déplacent-ils vers la bonne partie de la membrane ? Des chercheurs de la Technische Universität München ont découvert un mécanisme pour montrer comment cela se fait.

Les molécules lipidiques des membranes, également appelées phospholipides, sont composées de deux éléments : Une tête hydrophile et deux acides gras à longue chaîne. Les molécules forment une bicouche dans la membrane, avec toutes les têtes dirigées vers l'extérieur et les chaînes d'acides gras suspendues dans une position intermédiaire semblable à une fermeture éclair.

Les biomembranes sont constamment réorganisées ou renouvelées, par exemple chaque fois que les cellules se divisent. La cellule crée constamment de nouveaux phospholipides qui doivent s'aligner - ce qu'ils font dans les deux couches de la biomembrane. Cependant, les cellules ne produisent des phospholipides que d'un côté de la biomembrane. De là, ils doivent être transportés vers l'autre moitié de la bicouche.

Un coup de main à travers la membrane

Le problème est que les parties hydrophiles et lipophiles de la molécule se repoussent. "Les molécules peuvent s'ancrer dans l'une des deux couches membranaires avec leur queue lipophile", explique le professeur Dieter Langosch de la chaire TUM de chimie des biopolymères. "La translocation vers la deuxième couche n'est pas possible car les têtes hydrophiles ne peuvent pas traverser les chaînes d'acides gras lipophiles."

La clé pour établir l'ordre dans les membranes réside dans les enzymes qui transportent les molécules à leur emplacement correct dans la « deuxième couche ». Les scientifiques recherchent de telles enzymes – connues sous le nom de flippases – depuis de nombreuses années. Mais maintenant, le professeur Langosch et son équipe ont fait une percée. Ils ont expérimenté des peptides synthétiques, qui transportent les phospholipides à travers la membrane.

Dans ce processus, les chercheurs sont tombés sur un mécanisme de transport indirect. Les peptides couvrent les deux couches de la membrane et sont capables de se lier à des phospholipides individuels. Le professeur Langosch explique : « Lorsque les peptides se lient aux molécules, la membrane environnante est brièvement déstabilisée. Les nouveaux phospholipides profitent de cette opportunité pour traverser la barrière de la première couche lipidique et basculer vers la deuxième couche de la membrane.

Les chercheurs ont maintenant une idée claire du fonctionnement des flippases. « Nos peptides s'étendent à travers la membrane comme un tire-bouchon. Si cette « hélice alpha » comporte des éléments dynamiques, elle peut se lier aux phospholipides », explique le professeur Langosch. "Ce modèle nous aidera à détecter les flippases."


Transport à travers les membranes cellulaires

La perméabilité sélective des membranes biologiques aux petites molécules permet à la cellule de contrôler et de maintenir sa composition interne. Seules les petites molécules non chargées peuvent diffuser librement à travers les bicouches phospholipidiques (Figure 2.49). Petites molécules non polaires, telles que O2 et Cie2, sont solubles dans la bicouche lipidique et peuvent donc facilement traverser les membranes cellulaires. Petites molécules polaires non chargées, telles que H2O, peut également diffuser à travers les membranes, mais les molécules polaires non chargées plus grosses, telles que le glucose, ne le peuvent pas. Les molécules chargées, telles que les ions, sont incapables de diffuser à travers une bicouche phospholipidique quelle que soit leur taille, même les ions H + ne peuvent pas traverser une bicouche lipidique par diffusion libre.

Graphique 2.49

Perméabilité des bicouches phospholipidiques. De petites molécules non chargées peuvent diffuser librement à travers une bicouche phospholipidique. Cependant, la bicouche est imperméable aux molécules polaires plus grosses (telles que le glucose et les acides aminés) et aux ions.

Bien que les ions et la plupart des molécules polaires ne puissent pas diffuser à travers une bicouche lipidique, nombre de ces molécules (comme le glucose) sont capables de traverser les membranes cellulaires. Ces molécules traversent les membranes via l'action de protéines transmembranaires spécifiques, qui agissent comme des transporteurs. De telles protéines de transport déterminent la perméabilité sélective des membranes cellulaires et jouent ainsi un rôle essentiel dans la fonction membranaire. Ils contiennent de multiples régions membranaires qui forment un passage à travers la bicouche lipidique, permettant aux molécules polaires ou chargées de traverser la membrane à travers un pore de protéine sans interagir avec les chaînes d'acides gras hydrophobes des phospholipides membranaires.

Comme discuté en détail au chapitre 12, il existe deux classes générales de protéines de transport membranaire (figure 2.50). Les protéines de canal forment des pores ouverts à travers la membrane, permettant le libre passage de toute molécule de la taille appropriée. Les canaux ioniques, par exemple, permettent le passage d'ions inorganiques tels que Na + , K + , Ca 2+ et Cl - à travers la membrane plasmique. Une fois ouvertes, les protéines des canaux forment de petits pores à travers lesquels des ions de taille et de charge appropriées peuvent traverser la membrane par diffusion libre. Les pores formés par ces protéines de canal ne sont pas ouverts en permanence, ils peuvent être sélectivement ouverts et fermés en réponse à des signaux extracellulaires, permettant à la cellule de contrôler le mouvement des ions à travers la membrane. De tels canaux ioniques régulés ont été particulièrement bien étudiés dans les cellules nerveuses et musculaires, où ils interviennent dans la transmission de signaux électrochimiques.

Graphique 2.50

Protéines canal et transporteur. (A) Les protéines de canal forment des pores ouverts à travers lesquels des molécules de la taille appropriée (par exemple, des ions) peuvent traverser la membrane. (B) Les protéines porteuses se lient sélectivement à la petite molécule à transporter et subissent ensuite une conformation (suite. )

Contrairement aux protéines de canal, les protéines porteuses se lient et transportent sélectivement de petites molécules spécifiques, telles que le glucose. Plutôt que de former des canaux ouverts, les protéines porteuses agissent comme des enzymes pour faciliter le passage de molécules spécifiques à travers les membranes. En particulier, les protéines porteuses se lient à des molécules spécifiques et subissent alors des changements de conformation qui ouvrent des canaux à travers lesquels la molécule à transporter peut traverser la membrane et être libérée de l'autre côté.

Comme décrit jusqu'à présent, les molécules transportées par les protéines de canal ou de support traversent les membranes dans la direction énergétiquement favorable, telle que déterminée par la concentration et les gradients électrochimiques, processus connu sous le nom de transport passif. Cependant, les protéines porteuses fournissent également un mécanisme par lequel les changements d'énergie associés au transport de molécules à travers une membrane peuvent être couplés à l'utilisation ou à la production d'autres formes d'énergie métabolique, tout comme les réactions enzymatiques peuvent être couplées à l'hydrolyse ou à la synthèse d'ATP. Par exemple, les molécules peuvent être transportées dans une direction énergétiquement défavorable à travers une membrane (par exemple, contre un gradient de concentration) si leur transport dans cette direction est couplé à l'hydrolyse de l'ATP en tant que source d'énergie, processus appelé transport actif (Figure 2.51). L'énergie libre stockée sous forme d'ATP peut ainsi être utilisée pour contrôler la composition interne de la cellule, ainsi que pour piloter la biosynthèse des constituants cellulaires.

Graphique 2.51

Modèle de transport actif. Modèle de transport actifL'énergie dérivée de l'hydrolyse de l'ATP est utilisée pour transporter H + contre le gradient électrochimique (de faible à forte concentration en H +). La liaison de H + s'accompagne d'une phosphorylation du support (suite. )


Seconds messagers

Les seconds messagers sont d'une telle importance qu'ils ont besoin d'être examinés de plus près. Vous découvrirez cette information importante pour votre compréhension ultérieure de l'action des hormones et des neurotransmetteurs. Essayons de comprendre comment l'hormone épinéphrine favorise une cellule. L'épinéphrine, le « tout premier messager » ne peut pas traverser la membrane plasmique, elle se lie donc à un récepteur de surface. Le récepteur est connecté du côté intracellulaire à une protéine périphérique appelée la protéine G. Les protéines G sont appelées pour le produit chimique de type ATP, la guanosine triphosphate (GTP), dont elles tirent leur énergie.

Lorsqu'elle est déclenchée par le récepteur, une protéine G transmet le signal à une autre protéine membranaire, adénylate. L'adénylate cyclase élimine 2 groupements phosphate de l'ATP et le transforme en AMP cyclique (AMPc), le 2ème messager. L'AMP cyclique déclenche alors des enzymes appelées kinases dans le cytosol. Les kinases comprennent des groupes phosphate d'autres enzymes cellulaires. Cela déclenche certaines enzymes et en arrête d'autres, cependant, dans les deux cas, cela déclenche une gamme fantastique de modifications physiologiques au sein de la cellule. Jusqu'à 60% des médicaments actuellement utilisés agissent en modifiant l'activité des protéines G.


Structure d'une molécule de phospholipide

Un phospholipide est une molécule amphipathique, ce qui signifie qu'il possède à la fois un composant hydrophobe et un composant hydrophile. Une seule molécule de phospholipide a un groupe phosphate à une extrémité, appelé « la tête », et deux chaînes côte à côte d'acides gras qui constituent les « lidquotails » lipidiques. » Le groupe phosphate est chargé négativement, rendant la tête polaire et hydrophile, ou &ldquowater love.&rdquo Les têtes phosphates sont ainsi attirées par les molécules d'eau dans leur environnement.

Les queues lipidiques, d'autre part, sont non chargées, non polaires et hydrophobes, ou "craignant l'eau". Une molécule hydrophobe repousse et est repoussée par l'eau. Certaines queues lipidiques sont constituées d'acides gras saturés et d'autres contiennent des acides gras insaturés. Cette combinaison ajoute à la fluidité des queues qui sont constamment en mouvement.


Pourquoi les molécules lipophiles peuvent passer la bicouche phospholipidique, malgré 2 couches hydrophiles ? - La biologie


Examen de la structure membranaire

    La membrane plasmique joue un rôle crucial dans le fonctionnement des cellules et dans les processus vitaux des organismes.

forment une barrière hydrophobe à la périphérie.

    Comment faire phospholipides réagir dans un environnement aqueux pour former une membrane bicouche ?

    Pourquoi les protéines membranaires sont-elles si importantes et comment sont-elles positionnées à l'intérieur d'une membrane ?

Comment les molécules traversent-elles la membrane plasmique ?

    La membrane plasmique est sélectivement perméable aux molécules hydrophobes et les petites molécules polaires peuvent diffuser à travers la couche lipidique, mais pas les ions et les grosses molécules polaires.

    Les protéines qui forment des canaux peuvent être utilisées pour permettre le transport de l'eau et d'autres molécules hydrophiles. Ces canaux sont souvent fermés pour réguler la vitesse de transport.

    Le processus d'exocytose expulse les grosses molécules de la cellule et est utilisé pour la sécrétion cellulaire.


LIAISON DU CHOLESTÉROL ET DE L'ADRÉNODOXINE AU P-450scc DE VÉSICULE DE PHOSPHOLIPIDE RECONSTITUÉ*

Résumé de l'éditeur

Ce chapitre examine la liaison du cholestérol et de l'adrénodoxine aux vésicules phospholipidiques -P-450 reconstitué CSC. Le clivage de la chaîne latérale du cholestérol nécessite 3 composants protéiques : (1) le cytochrome P-450CSC, (2) l'adrénodoxine réductase (AR) et (3) l'adrénodoxine (ADX). Le cytochrome catalyse une triple hydroxylation du cholestérol provoquant la scission de la liaison 20-22, la protéine FAD (AR) et la protéine fer-soufre (ADX) servent de chaîne de transport d'électrons au P-450. Le chapitre traite du mécanisme par lequel ces protéines transfèrent des électrons est étudié : AR forme un complexe avec ADX l'AR reçoit une paire d'électrons de NADPH et transfère un électron à ADX. La réduction de l'ADX induit la dissociation du complexe et permet l'interaction de l'ADX avec le cytochrome - une interaction simultanée de l'ADX avec l'AR et le cytochrome ne se produit pas. La liaison du cholestérol au cytochrome induit une multiplication par 20 de la liaison de l'ADX et vice versa. Ces études ont proposé que la liaison mutuellement facilitée des composants empêche le cytochrome P-450 de fonctionner comme une NADPH ou une adrénodoxine oxydase futile.