TRANSPORT PŘES BUNEČNÉ MEMBRÁNY



Podobné dokumenty
BIOLOGICKÁ MEMBRÁNA Prokaryontní Eukaryontní KOMPARTMENTŮ

TRANSPORT PŘES MEMBRÁNY, MEMBRÁNOVÝ POTENCIÁL, OSMÓZA

Eva Benešová. Dýchací řetězec

3) Membránový transport

3 a) Fyzikální principy. 5 Chemický potenciál (µ s ) (volná energie na jeden mol: J/mol) * = chemický potenciál roztoku s za standartních podmínek

Struktura a funkce biomakromolekul

5. Lipidy a biomembrány

Vnitřní prostředí organismu. Procento vody v organismu

Struktura a funkce biomakromolekul

Rostlinná cytologie. Přednášející: RNDr. Jindřiška Fišerová, Ph.D. Rostlinná cytologie, Katedra experimentální biologie rostlin PřF UK

MEMBRÁNOVÝ TRANSPORT

Tělesné kompartmenty tekutin. Tělesné kompartmenty tekutin. Obecná patofyziologie hospodaření s vodou a elektrolyty.

d) Kanály e) Přenašeče a co-transportéry, mediátory difúze a sekundární aktivní transport f) Intracelulární transport proteinů

Bunka a bunecné interakce v patogeneze tkánového poškození

pátek, 24. července 15 BUŇKA

Univerzita Karlova v Praze - 1. lékařská fakulta. Buňka. Ústav pro histologii a embryologii

Lodish et al, Molecular Cell Biology, 4-6 vydání Alberts et al, Molecular Biology of the Cell, 4 vydání

Lipidy a biologické membrány

BIOMEMBRÁNY. Sára Jechová, leden 2014

Obecný metabolismus.

CZ.1.07/2.2.00/ Obecný metabolismus. Membránové kanály a pumpy (12).

Přírodní polymery proteiny

Metabolismus bílkovin. Václav Pelouch

Membránové potenciály

Energetický metabolizmus buňky

Intracelulární Ca 2+ signalizace

Mendělejevova tabulka prvků

Lékařská chemie přednáška č. 3

5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku. 5. Příjem, asimilace a fyziologické dopady anorganického dusíku

MEMBRÁNOVÝ PRINCIP BUŇKY

STRUKTURA A FUNKCE MIKROBIÁLNÍ BUŇKY

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie, Přírodovědecká fakulta UP

Schéma epitelu a jeho základní složky

Biologie buňky. systém schopný udržovat se a rozmnožovat

LRR/BUBCV CVIČENÍ Z BUNĚČNÉ BIOLOGIE 2. PLASMATICKÁ MEMBRÁNA

9. Lipidy a biologické membrány

glukóza *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Biomembrány

Prezentace navazuje na základní znalosti z biochemie (lipidy, proteiny, sacharidy) Dynamický fluidní model membrány 2008/11

Rostlinná buňka jako osmotický systém

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL

Regulace translace REGULACE TRANSLACE LOKALIZACE BÍLKOVIN V BUŇCE. 4. Lokalizace bílkovin v buňce. 1. Translační aparát. 2.

Anorganické látky v buňkách - seminář. Petr Tůma některé slidy převzaty od V. Kvasnicové

Milada Roštejnská. Helena Klímová. Buňka. Pankreas. Ledviny. Mozek. Kost. Srdce. Sval. Krev. Vajíčko. Spermie. Obr. 1.

Biologické membrány a bioelektrické jevy

Přednášky z lékařské biofyziky Lékařská fakulta Masarykovy univerzity v Brně

STRUKTURA A FUNKCE BIOLOGICKÝCH MEMBRÁN Základní biologická struktura

Bp1252 Biochemie. #11 Biochemie svalů

Typy molekul, látek a jejich vazeb v organismech

Struktura a funkce biomakromolekul

RNDr. Ivana Fellnerová, Ph.D. Katedra zoologie PřF UP Olomouc 2008/11. *Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

VAKUOLY - voda v rostlinné buňce

Fyziologie buňky. RNDr. Zdeňka Chocholoušková, Ph.D.

Toxikologie PřF UK, ZS 2016/ Toxikodynamika I.

Bílkoviny a rostlinná buňka

Hořčík. Příjem, metabolismus, funkce, projevy nedostatku

Zkušební okruhy k přijímací zkoušce do magisterského studijního oboru:

Metabolismus. - soubor všech chemických reakcí a příslušných fyzikálních procesů, které souvisejí s aktivními projevy života daného organismu

BUŇKA ZÁKLADNÍ JEDNOTKA ORGANISMŮ

Katabolismus - jak budeme postupovat

Biologie I. Buňka II. Campbell, Reece: Biology 6 th edition Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings

BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA

Evropský sociální fond Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti. Transport elektronů a oxidativní fosforylace

TUKY. Autor: Mgr. Stanislava Bubíková. Datum (období) tvorby: Ročník: devátý

10. Minerální výživa rostlin na extrémních půdách

Mechanismy hormonální regulace metabolismu. Vladimíra Kvasnicová

Nervová soustává č love ká, neuron r es ení

9. Lipidy a biologické membrány

Buňka. Buňka (cellula) základní stavební a funkční jednotka organismů, schopná samostatné existence. Cytologie nauka o buňkách

VAKUOLA. membránou ohraničený váček membrána se nazývá tonoplast. běžná u rostlin, zvířata specializované funkce či její nepřítomnost

BUNĚČNÉ JÁDRO FYZIOLOGIE BUŇKY JADÉRKO ENDOPLASMATICKÉ RETIKULUM (ER)

Současná formulace: Buňka je minimální jednotka, která vykazuje všechny znaky živých soustav

Úvod do biologie rostlin Buňka ROSTLINNÁ BUŇKA

Úvod do biologie rostlin Transport látek TRANSPORT. Krátké, střední, dlouhé vzdálenosti

Schéma rostlinné buňky

B9, 2015/2016, I. Literák, V. Oravcová CYTOSKELETÁLNÍ PRINCIP BUŇKY

Vodní režim rostlin. Transport kapalné vody

Úvod do mikrobiologie

Glykolýza Glukoneogeneze Regulace. Alice Skoumalová

Buněčné membránové struktury. Buněčná (cytoplazmatická) membrána. Jádro; Drsné endoplazmatické retikulum. Katedra zoologie PřF UP Olomouc

METABOLISMUS SLOUČENINY S MAKROERGNÍMI VAZBAMI

*Ivana FELLNEROVÁ, PřF UP Olomouc*

Biologie 31 Příjem a výdej, minerální výživa, způsob výživy, vodní režim

PŘENOS SIGNÁLU DO BUŇKY, MEMBRÁNOVÉ RECEPTORY

MEMBRÁNOVÉ STRUKTURY EUKARYONTNÍCH BUNĚK

OXIDATIVNÍ FOSFORYLACE

Biopolymery. struktura syntéza

Průduchy regulace příjmu CO 2

Buňky, tkáně, orgány, soustavy

Minerální výživa na extrémních půdách. Půdy silně kyselé, alkalické, zasolené a s vysokou koncentrací těžkých kovů

Metody práce s proteinovými komplexy

12. Elektrochemie základní pojmy

AMPK AMP) Tomáš Kuc era. Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze

Kosterní svalstvo tlustých a tenkých filament

BIOCHEMIE GIT. Tomáš Kuˇ. cera

Kompartmentace metabolických dějů v buňce. Biochemický ústav LF MU E.T. 2013

KREVNÍ ELEMENTY, PLAZMA. Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje

Lipidy. biomembrány a membránový transport

Transkript:

TRANSPORT PŘES BUNEČNÉ MEMBRÁNY Plasmatická membrána - selektivně permeabilní bariera: esenciální molekuly (cukry, AA, lipidy.) vstupují do bunky; metabolické intermediáty zustávají v bunce; odpadní látky se odstranují Fosfolipidová dvojvrstva: - neprostupná pro vetsinu hydrofilních molekul (glukosa, AA, ionty) - transport prostrednictvím specifických transportních proteinu - plasmatická membrána i organely - hydrofobní molekuly - mohou projít Difuse malých molekul přes fosfolipidovou dvojvrstvu Pasivní difuse - nevyzaduje energii (po gradientu) 1. pohyb molekuly z vodného roztoku do hydrofobní dvojvrstvy 2. Difuse v lipid. dvojvrstvě hydrofobní vrstva 100-1000x více viskosní nez voda - limitujíci krok rychlosti difuse

Membránové transportní proteiny Integrální transmembránové proteiny - vysoká specifita pro substráty, studium v liposomech 1. ATPasové pumpy - využívají energii z hydrolysy ATP pro pohyb iontu a malých molekul přes membrány proti chemickému koncentracnímu gradientu nebo elektrickém potenciálu - aktivní transport - transport iontu, udržení H + gradientu 2. Kanály - transportují vodu nebo specifické ionty po smeru jejich koncentracního gradientu nebo elektrického potenciálu 3. Transportery - specifický transport iontu a jinych molekul, prenesení substrátu vyzaduje konformacní zmenu transporteru (nizsi rychlost prenosu ATPasové pumpy Iontové kanály Transportery 3 typy transporteru Kotransportery Po smeru gradientu Uniportery Symportery Antiportery Pohyb jednoho substrátu po smeru gradientu spojen s pohybem druhého substrátu proti gradientu

LIPOSOMY, UMĚLÉ MEMBRÁNY - specifita transportu

Uniportery Pohyb substrátu po smeru koncntracního gradientu - usnadnená difuse -učinnost je vyšší než u difuse, molekuly nevstupují ( nezdrzí se ) v hydrofobní vrstve - transport je specifický (uniporter transportuje bud specifické molekuly nebo skupiny molekul - transport se uskutečňuje prostřednictvím omezeného počtu uniporterových molekul (ne přes fosfolipidickou vrstvu) Vmax = maximální hladina transportu Při otočení koncentracního gradientu - otočení transportu - tj. Napr. uvolňování glukosy ven z bunek

GLUT1 = transport glukosy do savčích buněk 2 konformacní stavy - 1) vazebné místo pro glukosu obrácené ven 2) vazebné místo pro glukosu obrácené dovnitr glukosa konformační změna návrat k původní konformaci

Vnitrobunečné iontové prostředí a elektrický membránový potenciál Transport iontu přes plasmatickou membránu - ovlivnen jednak iontovou koncentrací, jednak elektrickým potenciálem na membráně. - Iontové slození cytosolu - lisí se od vnejsího prostredí - vetšina buněk - cytosolické ph ~ 7.2, - cytosolická koncentrace K+ >> Na+ - volný Ca 2+ - koncentrace v cytosolu < 0.2 μm (>1000 x nižší než v krvi) - elektrický potenciál ~ 70 milivoltu (mv) - uvnitr bunek negativni - tloušťka plasmatické membrány - 3.5 nm, tj. 200.000 V / cm - duležitý pro radu procesu (napr. elektrické impulsy v neuronech, příjem živin proti koncentračnímu gradientu ) savčí bunky - elektrický potenciál je dán predevším pohybem cytosolického K + přes kanály do okolí (buňka má mnoho otevřených K + kanálů resting kanály x málo otevřených Na + a Cl - kanálů), pro udržení potenciálu nutná funkce Na + /K + ATPasy udržuje Na + /K + gradient rostliny + houby - elektrický potenciál je udrzován predevsím ATPasami pumpujícími H + ven z buněk

Negativně nabité proteiny

Aktivní transport ATPasami - Transportují ionty a různé malé molekuly proti koncentračnímu gradientu P-class pumps - 2 podjednotky (katalytická, regulační), často tvoří tetramery (2katalytické + 2 regulacní) -během transportu - vetsinou α-podjednotka fosforylována -? Transportovaný iont se pohybuje přes ni Na+/K+ ATPasa plasmatické membrány - udrzuje Na+/K+ hladiny ruzné Ca2+ ATPasy - pumpují Ca2+ z cytosolu ven z bunky nebo do ruzných kompartmentu regulacní katalytická P-class pump F and V-class pump ABC superfamily H+, Na+,K+,Ca+ Pouze H+ Ionty a ruzné malé molekuly H+ ATPasa udrzující membránový potenciál (rostliny, houby, bakterie) F & V-class pumps - obsahují alespon 3 typy transmembránových proteinu + dalsí proteiny (5 druhu) tvorící cytosolickou doménu transportují H+ (není fosforylace) V-class - udrzení nízkého ph vakuol a lysosomu F-class - bakteriální plasmatická membrána, mitochondrie, chloroplasty ABC superfamily (ATP binding cassette): heterogenní, > 100 ruzných transportních proteinů, 2 transmembránové + 2 cytosolické domény

ATPasy - 1 - více vazebných míst pro ATP, nehydrolyzují ATP na ADP+Pi pokud to není spojeno s transportem iontu nebo jiných molekul -propojení dějů nervové nebo ledvinné bunky - cca 25% ATP použito pro iontový transport ; erythrocyty - 50% ATP Ca 2+ ATPasy Zmeny koncentrace volného Ca 2+ - signál pro bunečné změny, tj. klidová cytosolická koncentrace Ca 2+ nízká - 0.1-0.2 μm Ca 2+ ATPasa plasmatické membrány: transport Ca 2+ ven z buňky, -kromě katalytické α-podjednotky, obsahují Ca 2+ -vazebný regulační protein calmodulin, zvýšení cytosolického Ca2+ - vazba na calmodulin, aktivace Ca 2+ ATPasy - transport Ca2+ pryč z buněk, rychlé obnovení původní cytosolické koncentrace Ca 2+ Ca 2+ ATPasa svalu - pumpuje Ca 2+ z cytosolu do sarcoplasmického retikula (organela skladující Ca 2+ ), Ca 2+ důležitý pro svalovou kontrakci; tvoří > 80 % integrálních membránových proteinu SR Disociace Ca 2+ Konformace E1-2 Ca 2+ vazba do vysokoafinitního vazebného místa Vazba ATP + fosforylace - E1~P Změna konformace na E2 - vytvoření 2 nízkoafinitních Ca 2+ vazebných míst - Ca 2+ se na ne přemístí a zároven se inaktivují vysokoafinitní místa Defosforylace a návrat ke konformaci E1 Afinita Ca 2+ k cytosolickému místu je 1000 x vyšší než k místu nízkoafinitnímu

Konformační změna Ca 2+ ATPasa

Na+/K+ ATPasy Na + /K + ATPasa plasmatické membrány savcích bunek - tetramer (α2, β2), při transportu se vymění 3 Na + ionty (ven) za 2 K + ionty (dovnitr) / 1 ATP Mechanismus podobný jako u Ca 2+ ATPasy

H+ ATPasy V-class (vakuolární a lysosomální membrána) - Transport pouze H+ - acidifikace lumen lysosomu - 4.5-5.0 ph - není fosforylace/defosforylace během transportu - nemohou acidifikovat samy - pumpování H+ by vyvolalo positivní náboj na vnitrní strane membrány vesiklu (a negativní na strane cytoplasmy) - tj. elektrický gradient, který by bránil transportu dalsích H+ dríve, nez by se ustanovil dostatecný H+ gradient; - transport H+ dovnitr organel je doprovázen bud a) pohybem aniontu ve stejném smeru (lysosomy a rostlinné vakuoly, iontové kanály) nebo b) pohybem jiných kationtu v opacném smeru Tvorba elektrického gradientu na membránách rostlinných a kvasinkovách bunek - plasmatická H+ ATPasa (Pclass)

ACIDIFIKACE LUMEN LYSOSOMU/VAKUOLY - Vyrovnání náboje

ABC superfamily - transport různých substrátu Bakteriální permeasy plasmatické membrány - využívají energii z ATP pro transport AA, cukru, vitaminu, peptidu.. do bakterie proti koncentracnímu gradientu - často inducibilní - závisí na koncentraci v prostředí a potřebách buněk - pr. permeasa histidinu Vazba histidinu v periplasmě Není fosforylace transporteru MDR (multidrug resistance) transport proteins - savcí bunky - zvýsená resistence nádorových bunek k lékum - zvýsení exprese MDR transportních proteinu (amplifikace) - energie z ATP hydrolysy - pro export ruzných toxických látek ven z bunky, - vetsinou malé hydrofobní molekuly, které mohou difundovat do bunek, velké spektrum molekul - kvasinky

- mechanismus transportu?? FLIPPASE model Substrát - molekuly rozpustné v lipidech- 1-více positivních náboju - orientace v membráne - vazba na vazebné místo MDR proteinu - uvnitr membrány - flip ven -hydrolysaatp PUMP model Vazba substrátu do místa small-molecule - vazebné místo na cytosolické strane MDR proteinu hydrolysa ATP- pohyb substrátu proteinem ven z bunky

Ko-transport - symportery a antiportery - Transport iontu a malých molekul proti koncentracnímu gradientu - Energie z elektrochemického gradientu Na+ nebo H+ iontu Na+ - spřažené symportery pro import AK a glukosy - Transport Na+ do buněk - 2 síly - a) Na+ koncentrační gradient (Na+ koncentrace uvnitř nízká) b) vnitrní negativní elektrický membránový potenciál - Na+/glucose symporter - 14 transmembránových α=helixu Na+ - spřažený antiporter pro export Ca2+ -srdeční sval - Na+/Ca2+ antiporter pro udržení nízké koncentrace Ca2+ (dulezitejsí nez Ca2+ATPasa) - 3 ionty Na+ dovnitr x 1 iont Ca2+ ven (koncentracní gradient Ca2+ > 10000x více Ca2+ vne; koncentrace Ca2+ uvnitř 2 x10-7 -3 M, vně 2 x 10 M)

AE1 protein: Cl-/HCO3 antiporter - Nezbytný pro transport CO 2 v erythrocytech - aniontový transporter - výměna 1 Cl- za 1 HCO3-, tj. není ovlivnen náboj a membránový potenciál; reakce závislá na koncentracních gradientech transportovaných iontu - nezbytný pro dulezitou funkci erythrocytu = transport odpadního CO2 do plic - CO2 uvolnený z bunek do kapilár difunduje přes membránu erythrocytu Plynný CO2 je spatne rozpustný ve vodném prostredí; carbonic anhydrasa (CA) ho konvertuje na dobře rozpustný hydrogenuhličitan (HCO3-) Uvolnení O 2 z hemoglobinuindukuje konformacní zmenu globinu - His postranní retezec váze proton produkovaný CA Výmena aniontu - cca 50 milisekund - 5 x 109 HCO3- iontu exportováno z buněk

Plíce - CO2 difunduje z erythrocytu - vydechován - snízená koncentrace CO2 v cytosolu - zpetná reakce carbonic anhydrasy - O2 se váže na hemoglobin - H+ se uvolní z hemoglobinu - snízená koncentrace HCO3- uvnitr erythrocytu vyvolá vstup HCO3- výmenou za Cl- Regulace cytosolického ph ko-transportery - udrzování cytoplasmatického ph, odstranovaní H+ vznikajícího během metabolismu - Na+HCO3- / Cl- ko-transporter = import 1 Na+ po směru koncentračního gradientu spolu s 1 HCO3-; výmenou za 1 Climportovaný HCO3- + H+ = vzniká CO2, který difunduje z bunek - Na+/H+ antiporter = 1 Na+ dovnitr / 1 H+ ven - Na+ nezávislý Cl-/HCO3- antiporter (podobný AE1) = export HCO3 = snížení cytosolického ph (HCO3- = OH- + CO2) - aktivita těchto antiporteru závislá na ph = kontrola cytosolického ph Intracelulární ph

KANÁLY A PORINY IONTOVÉ KANÁLY 2. největší skupina transportních porteinů Často tvořeny 4 subjednotkami (tetramery), každá má transmembránové α-helixy (hydrofobní) interagují s helixy sousedních subjednotek Extra/intracelulární domény interakce s různými faktory (ligandy) - regulace kanálu Větší ionty/molekuly neprocházejí X Majoritně transportovaný iont Menší ionty/molekuly Procházejí s menší účinností (nedostatečná interakce s AK kanálu, např. s O 2 karbonylových skupin) Selektivita závisí na konkrétním proteinu Selektivita může záviset na dalších faktorech př. heterologně exprimované kanály

VOLTAGE GATED Na + KANÁL 4 TM domény - centrální pór Voltage-sensing α-helixy - orientace k cytosolické straně membrány ( - náboj) gate segment blokuje kanál (Na + nevstupuje) Depolarizace membrány Voltage sensing α-helixy rotace směrem k povrchu membrány konformační změna otevření kanálu RYCHLÉ procesy Voltage- sensing helixy rychlý návrat na původní posici uzavření kanálu ( gate )

PORINY Mnohonásobné β řetězce tvoří barel procházející membránou (Membrane-Spanning Barrel) = odlišná struktura od kanálů AK sekvence převážně polární (nemají dlouhé hydrofobní segmenty typické pro transmembránové proteiny s α-helixy) Často trimery identických podjednotek (16 β-řetězců v každé podjednotce) Porinový barel - hydrofilní vnitřek pór (průchod malých ve vodě rozpustných molekul přes membránu), hydrofobní vnějšek-interakce s mastnými kyselinami membrány (nebo jinými monomery porinů) OmpX, porin ve vnější membráně E. coli Odlišná struktura aquaporinů mají mnohonásobné transmembránové α-helixy.

Osmosa, vodní kanály a regulace objemu bunky - Osmosa = pohyb vody z oblasti nizsí koncentrace rozpustených látek do oblasti s vyšší koncentrací - fosfolipidová dvojvrstva - málo permeabilní pro vodu role vodních kanálů - kontrola buněčného objemu: některé bunky (napr erythrocyty) dostanou-li se do hypotonického prostredí - osmotická lyse x hypertonické prostredí - isotonické prostredí - nutné pro udrzení savcích bunek - bunky mající bunecnou stenu - umístení do hypotonického prostredí- nezvýsí se objem, ale vnitrobunecný tlak (turgor) Vodní kanály - urychlují pruchod vody - ne ve všech bunkách (napr zabí oocyty jsou odolné proti osmotické lysi) - AQUAPORIN = tetramer identických 28 kdal podjednotek

AQUAPORINY - 2 základní skupiny = AQUAPORINY (selektivní transport vody) AQUAGLYCEROPORINY (transport vody + dalších látek = glycerol, močovina - savčí buňky - 13 různých typů Aquaporinů (1 a 2 skupina)

Transport glukosy GLUCOSE

Acidifikace lumen žaludku specialisované epiteliální buňky (parietal cells) 0.1 M HCl (aktivace při vyšším ph) kompenzace náboje (P-class) odstraňování (ph) 1000000 x H + gradient

MEMBRÁNOVÉ MIKRODOMÉNY - RAFTY AFM sfingomyelinové rafty na pozadí dioleoylfosfatidylcholinu. alkalická fosfatasa

Lokalizace membránových proteinů - membránové mikrodomény (rafty) Velké struktury (cca 50 nm) obohacené cholesterolem (ergosterol) a sphingolipidy - saturované řetězce X nesaturované mastné kyseliny fosfolipidů mimo rafty -asociace s proteiny (např. GPI proteiny, Src tyrosin kinasy, palmitoyl a myristoyl proteiny, proteiny vážíci se na cholesterol (caveolin), heterotrimeric G proteins; phospholipid vazebné proteiny (annexin) Detergent resistant membrane fraction SPHINGOLIPIDY CHOLESTEROL

glykosfingolipid alkalická fosfatasa Vazba a cross-linking Transferrin receptor KOLOKALIZACE

GPI proteiny Mozaika různých domén Raft-microdomains Raft-patches

Transportery u kvasinek Různé typy raftových mikrodomén Can1p - GFP Pma1p - RFP Změny lokalizace raftových mikrodomén - Změny vnějšího prostředí (např. ph) Ato1p-GFP