RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie PřF UP Olomouc Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Rozšiřuje přednášky: Stavba cytoplazmatické membrány Membránový transport Symboly označující animaci resp. video (dynamická prezentace daného fyziologického procesu). Plnohodnotné animace (videa) spolu s podrobným výkladem studenti uvidí na přednáškách popř. praktických cvičeních. Varianta pro tisk, která je k dispozici na internetu obsahuje jen statické popisy těchto procesů. Symbol označující odkaz na animaci z internetu, kterou Studenti mohou sami kdykoli otevřít 2008/11 Dynamický fluidní model membrány V jezeře lipidů pluje mnoho různých proteinů Membránový transport z hlediska fyzikálního 1. Přímo přes membránu glycerol Mastné kyseliny Pomocí transportních proteinů 2. Ionty, voda Aminokyseliny voda - - difůze / osmóza proteiny ethanol LDL,HDL CO2 neurotronsmitery viry kyslík Glukóza Nukleotidy Prostřednictvím membránových váčků 3. - KANÁL PŘENAŠEČ usnadněná difůze přenašečový transport http://www.blackwellpublishing.com/matthews/neurotrans.html Fagocytóza Endo-/Exocytóza 1
Difůze vody přes semipermeabilní membrány pasivně propouští molekuly vody nepropouští rozpuštěnou látku Difůze molekul vody přes semipermeabilní membránu se nazývá: 2003: NOBELOVA CENA za CHEMII Kanály v buněčných membránách Roderick MacKinnon jako první ukázal molekulární stavbu buněčného iontového kanálu. Na základě struktury jednotlivých kanálů objasnil také princip jejich funkce. Rozpuštěná látka voda Voda proudí přes membránu jednak přímo (omezeně) ale především přes specializované kanály: Peter Agre provedl řadu experimentů, které vedly k vysvětlení, jak prochází voda buněčnou membránou. Objevil proteinové kanály pro transport vody aquaporiny ( vodní póry ). Další výzkum pak přinesl objasnění struktury těchto kanálů. Směr a rychlost pohybu molekul vody Směr a rychlost osmózy mezi dvěma roztoky závisí na koncentraci látky rozpuštěné v těchto roztocích (%, g/l, M). Přitom platí: Voda proudí z ro hypotonického (nižší koncentrace rozpuštěné látky), do ro hypertonického (vyšší koncentrace rozpuštěné látky). Čím větší je rozdíl koncentrací, tím rychleji osmóza probíhá. OSMOLARITA Pokud srovnáváme koncentraci dvou roztoků s rozdílnými rozpuštěnými látkami, je v souvislosti s osmými ději správné používat termín Objem = X Objem = X Objem = 1/3X Objem = 2/3X = počet osmy aktivních částic (molekul, resp. iontů) v 1 litru ro 1 OsM = 1 M x počet iontů počet molekul 180 g/l 360 g/l 270 g/l 270 g/l Nižší koncentrace Vyšší koncentrace Stejná koncentrace 1 OsM = 1 M 1 mol = 6.02 x 10 23 molekul ( Avogadrova konstanta) 2
Roztok A semipermeabilní membrána Roztok B Rozpuštěná látka H 2 O rozpouštědlo Nižší osmolarita (méně částic na objem. jednotku) H 2 O H 2 O Vyšší osmolarita (více částic na objem. jednotku) Kg (pound) 50 Částic v 1 litru ro Vyšší osmolarita (více částic v litru ro) 10 Částic v 1 litru ro Nižší osmolarita (méně částic v litru ro) Voda se vždy bude pohybovat z ro B do ro A roztok A roztok A k ro B k ro B Rozpuštěná látka H 2 O rozpouštědlo Nižší osmolarita (méně částic na objem. jednotku) Kg (pound) OSMOTICKÝ TLAK OSMOTICKÝ TLAK žíznivost ro Vyšší osmolarita (více částic na objem. jednotku) Přímo úměrný osmolaritě ro Vyjadřuje sací sílu ro s jakou roztok přijímá vodu osmózou Odpovídá tlaku, který je potřebný k zabránění osmózy Vyjadřuje žízeň ro Voda je (na základě koncentračního gradientu) nasávána do válce přes semipermeabilní membránu Sílá, která zvedá závaží, se nazývá.. 3
FYZIOLOGICKÉ PROSTŘEDÍ BUNĚK Pro správnou funkci buněk je třeba, aby okolní prostředí mělo stejnou koncentraci osmy aktivních látek jako vnitřní prostředí buňky Osmá hemolýza erytrocytů Červené krvinky jsou přes značnou pružnost a deformovatelnost citlivé vůči různým vlivům. Jejich membrána může být porušena některými fyzikálními a chemickými činiteli. Po narušení membrány vytéká obsah erytrocytu ven z buňky. Tento jev nazýváme HEMOLÝZA. Takový roztok nazýváme resp. Vnější prostředí 0,9 % NaCl 0,9 % NaCl Buňka v izotonickém (fyziologickém) ro nezmění svůj objem (nedochází k jednosměrnému proudění vody) Buňka v hypotonické, zředěnějším ro nasává vodu, zvětšuje svůj objem až praskne V hypotonickém i hypertonickém ro dochází k poškození buněk, k tzv. osmé hemolýze Osmá hemolýza erytrocytů Erytrocyt v hypotonickém ro nasává vodu z okolí Zvětšující objem napíná membránu,až dojde k jejímu narušení a prasknutí. Stav nazýváme: Zvětšování objemu erytrocytu nasáváním vody Buňka v hypertonickém, koncentrovanější m ro ztrácí vodu a zmenšuje svůj objem Osmá hemolýza erytrocytů Erytrocyt v hypotonickém ro nasává vodu z okolí Zvětšující objem napíná membránu,až dojde k jejímu narušení a prasknutí. Stav nazýváme: Prasknutí (hemolýza) buňky 4
Osmá hemolýza erytrocytů: mikroskopicky Osmá hemolýza erytrocytů: video NaCl (0.9%) Izotonický roztok (pohyb vody je vyvážený) NaCl (3%) Hypertonický roztok (voda difunduje z buňky ven) Hypotonický roztok (voda difunduje do buňky) Erytrocyty v hypertonickém ro Na podložním sklíčku smíchejte kapku krve s kapkou ro NaCl: Membrána erytrocytů je narušena chemicky látkami, které rozrušují lipidovou dvojvrstvu (např. silné kyseliny, zásady, nepolární rozpouštědla) NaCl (0.9%) NaCl (3%) Účinkem bakteriálních, hadích (kobra), protozoálních, hmyzích nebo rostlinných toxinů Vazbou membrány s protilátkou dochází k lýze krvinek (autoimunitní): Překryj krycím sklíčkem Také po některých infekcích a lécích vzniká hemolytická anemie Pozoruj změny ve tvaru erytrocytů 5
Účinek detergentu na membránu erytrocytů Stanovení intervalu rezistenční šíře erytrocytů NaCl (0.9%) Na podložním sklíčku smíchej kapku krve s kapkou izotonického ro ( 0.9 % NaCl ) 0,0 Před centrifugací: tzv. čtecí zkouška 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 % NaCl 10 l krve 3 ml NaCl Překryj krycím sklíčkem: Pozoruj erytrocyty v izotonické ro SEPTONEX (5%) K okraji krycího sklíčka přidej kapku 5 % septonexu (detergent) Pozoruj postupující hemolýzu erytrocytů Po centrifugaci Žádné buňky Maximální osmá rezistence Interval rezistenční šíře erytrocytů Minimální osmá rezistence > 0,9 % NaCl 6