Właściwości błony komórkowej

Transkrypt

1 Właściwości błony komórkowej płynność asymetria selektywna przepuszczalność szybka dyfuzja: O 2, CO 2, N 2, benzen Dwuwarstwa lipidowa - przepuszczalność Współczynnik przepuszczalności [cm/s] 1

2 Transport przez błony Cząsteczki < 150Da Błony - selektywnie przepuszczalne Różnice składu jonowego między wnętrzem komórki ssaka a otoczeniem aniony utrwalone Mg ++ 0,5 1 2 mm H + 7 x x 10 5 ph = 7,2 ph = 7,4 zrównoważenie ładunków we wnętrzu komórki (elektroneutralność) równowaga ciśnień osmotycznych między wnętrzem komórki a środowiskiem 2

3 Transportowane cząsteczki Transport przez błony kanał nośnik gradien t stężeń pompa dyfuzja prosta dyfuzja prosta CO 2, O 2, NO,, H 2 O, etanol, mocznik... dyfuzja ułatwiona TRANSPORT BIERNY TRANSPORT AKTYWNY Transport bierny szybkość transportu Transport z udziałem nośnika: N + S NS N * S * N * + S * N N * V max - zależy od liczby cząsteczek przenośnika w błonie K M - stała Michaelisa (powinowactwo cząsteczki przenoszonej do przenośnika) 3

4 Transport bierny ułatwiony Zgodnie z gradientem: stężenia (cząstki nienaładowane) elektrochemicznym (cząstki naładowane) gradient stężeń napędem transportu siła wypadkowa: gradientu stężenia substancji i napięcia w poprzek błony Transport bierny ułatwiony nośnik (przenośnik, permeaza) kanał małe cząsteczki organiczne jony zmiana konformacji białka wysoka selektywność transportu jony woda /+ rozpuszczone substancje dyfuzja przez hydrofilowy por selektywność transportu wg ładunku i wielkości 4

5 Transport poprzez przenośniki (carriers) Różnorodność - (ponad 100 rodzin) białka integralne politopowe wiążą substrat we wnętrzu transbłonowych helis specyficzne wiązanie substratu zmiany konformacji ( miejsce wiązania substratu odsłonięte po przeciwnych stronach błony) gradient stężenia substratu kierunek transportu Transport poprzez przenośniki (carriers) Film 5

6 Uniport np. glukozy W błonie komórek ssaków białka z rodziny GLUT transportują D-glukozę w hepatocytach GLUT1 w błonie erytrocytu - 55kD 12 ( 7+5) fragmentów transbłonowych Symport glukozy i Na + Transport poprzez przenośniki W błonie komórek jelita (kanalików nerkowych) białka z rodziny SGLT transportują glukozę (galaktozę); 6

7 Transport przez błony Antyport np. jonów (wymienniki jonowe) Na + gradient Na + - do transportu Ca 2+ (wbrew gradientowi) H + cytoplazma wymiennik Na + / H + w błonie komórkowej (ph) w błonie komórkowej komórek mięśnia sercowego (w spoczynku) Białka symportowe i antyportowe Właściwości białka Właściwości białka symportowego symportowego antyportowego antyportowego Miejsca wiązania Miejsca wiązania 2 (dla substancji A i B) 2 (dla substancji A i B) 2 miejsca eksponowane 2 miejsca eksponowane Stany konformacyjne Stany konformacyjne razem po jednej / drugiej razem po jednej / drugiej Zmiany konformacji stronie (wiązanie kooperatywne) stronie Zmiany konformacji Oba miejsca są zajęte lub oba miejsca są puste Zajęte jest jedno miejsce wiążące 7

8 Transport poprzez przenośniki Białka kanałowe - hydrofilowe pory transportowe duże pory wodne - połączenia komunikacyjne (koneksony) komunikacja metaboliczna i elektryczna (jonowa) 8

9 Hydrofilowe pory wodne poryny kanały o średnicy 2-3nm; woda, cząsteczki < 5kDa akwaporyny 10 9 H 2 O/sek 0,3nm 9

10 kanały jonowe - wąskie pory - transport jonów (bez cząsteczek wody) Kanały jonowe hydrofobowe hydrofilowe jonowo selektywne - anionowe - kationowe szybkość - od stężenia jonów - budowy (filtr selekcjonujący ) szybkość maksymalna bramkowane filtr selektywności: dodatnio naładowane fragmenty białka kanału (kanały anionoselektywne) ujemnie naładowane fragmenty białka kanału (kanały kationoselektywne) 10

11 Kanały jonowe - są jonowo-selektywne Film 12.5 Kanał potasowy bakteryjny (Streptomyces lividans). Przepuszczalność dla jonów: ładunku jonu wielkości jonu Film Kanały jonowe - bramkowane otwieranie kanału - wszystko albo nic zmiany stanu kanału przypadkowe (stochastyczne) otwieranie kanału w zależności od czynników zewnętrznych - zwiększenie prawdopodobieństwa otwarcia 11

12 Kanały jonowe - są bramkowane Kanały jonowe - aktywowane naprężeniem mechanicznym (stresem) narząd Cortiego przebiegający wzdłuż ślimaka ucha wewnętrznego Przekrój narządu Cortiego 12

13 Kanały jonowe aktywowane mechanicznie Filmy Wysoka czułość: Skaningowa mikrografia elektronowa stereocilli komórek słuchowych do otwarcia kanału siła ok. 2x10-13 N ; naciągnięcie filamentów ok. 0.04nm Transport aktywny (pierwotny) - pompy Reakcje oksydoredukcyjne Transport przez błony transport wtórny różnorodność funkcja: wytwarzanie gradientu jonów w poprzek błony 13

14 Pompa zasilana światłem NH 2 retinal COOH 26-kD Bakteriorodopsyna z Archaea Halobacterium halobium cytoplazma Film Rodzina ATP-az (typu P) pompa sodowo-potasowa 14,5 x 28 x ATP-aza Na -K zbudowana z 3 podjednostek: α (113KD, 10α-helis ), β (35kD), δ (10kD) 14

15 Transport aktywny Model działania pompy sodowej Film 12.2 cykl ok. 10ms Pompa sodowo-potasowa Pompa sodowo-potasowa: - utrzymuje gradient jonów Na + i K + - pomaga w utrzymaniu równowagi osmotycznej i objętości komórki - umożliwia wtórny transport wielu substancji - umożliwia przenoszenie elektrycznych sygnałów w komórkach pobudliwych 15

16 pompa wapniowa (błona siateczki endoplazmatycznej komórek mięśniowych) Transport przez błony TRANSPORT AKTYWNY TRANSPORT BIERNY Transportowane cząsteczki pompa nośnik kanał selektywność szybkość (jony/s) gradient energia jony/zmiana konformacji bardzo wysoka pośrednia 10-20x 100 < wbrew zgodnie (wbrew) zgodnie tak nie nie 1- kilka ok. 1 wiele 16

17 Transport przez błony Każdy typ błony charakterystyczny zestaw białek transportujących Transport w komórkach wyspecjalizowanych współdziałanie przenośników, kanałów i pomp transport glukozy z jelita do krwioobiegu i innych komórek 17

18 Transport w komórkach wyspecjalizowanych współdziałanie przenośników, kanałów i pomp Antyport Na Ca Pompa Na K Przeciekowe kanały K w komórkach mięśnia sercowego Transport w komórkach wyspecjalizowanych współdziałanie przenośników, kanałów i pomp strofantyna w leczeniu schorzeń mięśnia sercowego blokuje pompę sodowo-potasową wydajność wymiennika Ca-Na stężenie Ca silniejszy i dłuższy skurcz mięśnia sercowego 18

19 Transport przez błony umożliwia: wymianę cząsteczek między przedziałami i ich odpowiedni skład utrzymanie równowagi ciśnień osmotycznych sygnalizację w komórkach (nerwowych) wytwarzanie ATP Transport makrocząsteczek 19

20 Transport makrocząsteczek sortowanie białek - sekwencje sygnałowe lata 70-te XX w. - Günter Blobel - hipoteza sygnałowa; 1999r - nagroda Nobla Sekwencja sygnałowa: A - około 7-20 aminokwasów hydrofobowych B - motywy struktury drugo-, trzecio-, czwartorzędowej usuwanie sekwencji sygnałowych - peptydazy sygnałowe sortowanie białek sekwencja sygnałowa: niezbędna wystarczająca do kierowania białka do odpowiedniego przedziału 20

21 sekwencje sygnałowe 21