Transport przez błony Transport bierny Nie wymaga nakładu energii Transport aktywny Wymaga nakładu energii Dyfuzja prosta Dyfuzja ułatwiona Przenośniki Kanały jonowe
Transport przez pory w błonie jądrowej Transport przez błonę komórkową Transport z wykorzystaniem pęcherzyków plazmatycznych
Sztuczna błona lipidowa (zbudowana z lipidów lub fosfolipidów i cholesterolu) jest przepuszczalna dla wody, gazów takich jak O 2, N 2, CO 2 oraz małych cząsteczek hydrofobowych rozpuszczalnych w wodzie (np. etanol) Jednocześnie jest nieprzepuszczalna dla większości substancji rozpuszczalnych w wodzie - glukoza - glukozofosforany - nukleotydy - aminokwasy i białka - jony np. H +, Na +, K +, Ca 2+
Przenikanie cząsteczek innego typu jest związane z obecnością w błonie transporterów (kanały, pory) Błona plazmatyczna każdego typu komórek zawiera indywidualny zestaw przenośników Podobne białka transportujące zawierają błony organelli np. wakuole odpowiedzialne za gromadzenie toksyn
I. Transport bierny a. Dyfuzja prosta Szybkość przenikania jest uzależniona od różnicy stężeń, a ograniczona jest szybkością przemieszczania się substancji z roztworu wodnego do hydrofobowej dwuwarstwy lipidowej i jest ona proporcjonalna do hydrofobowości danego związku Reguła Overtona: im bardziej hydrofobowy związek, tym łatwiej przechodzi przez błonę komórkową
Pomiar hydrofobowości na podstawie współczynnika podziału Oktanol Woda = (stężenie substancji w oktanolu) (stężenie substancji w wodzie) współczynnik podziału określa względne powinowactwo do lipidów względem wody
Szybkość dyfuzji określa I prawo Ficka dc Dla błony: J - D dx ( c)/d dn i /(dt da) D B stała dyfuzji w błonie c - różnica stężeń substancji po obu stronach błony, d - grubość błony
Współczynnik D określany jest wzorem Einsteina RT D = N f liczba Avogadro A dla cząsteczek kulistych 6πηr lepkość ośrodka promień
Jeżeli roztwór po obu strona błony można uznać za doskonale wymieszany to dyfuzja substancji sprowadza się do dyfuzyjnego przejścia przez błonę, a o szybkości decyduje: 1. Przejście z fazy wodnej do hydrofobowego przedziału błony 2. Dyfuzja substancji poprzez hydrofobowa fazę błony 3. Przejście substancji z fazy hydrofobowej do fazy wodnej
I. Transport bierny b. Dyfuzja ułatwiona Transport polegający na przenoszeniu substancji przez błonę przy udziale zlokalizowanych w błonie przenośników Dyfuzja ułatwiona: zjawisko wysycenia strumienia
Dyfuzja ułatwiona: nie wymaga nakładu energii Niższa energia aktywacji procesu w stosunku do dyfuzji biernej Charakterystyczna jest także większa prędkość przenikania niż wynikałoby to z reguły Overtona oraz znaczna specyficzność i możliwość hamowania transportu Właściwości te wynikają z obecności centrum permeantowego w cząsteczce przenośnika Centrum permeantowe miejsce wiążące substancję przenoszoną, mogące mieć naprzemienny kontakt z obiema powierzchniami błony
W analizie dyfuzji ułatwionej wykorzystuje się analogie do reakcji enzymatycznych S 1 + C SC S 2 + C substancja w przedziale wewnątrzkomórkowym substancja w przedziale zewnątrzkomórkowym
S 1 + C SC S 2 + C Reakcję taką można opisać stosując model Michaelisa-Menten założenia 1. S 1, CS, C znajdują się w równowadze 2. Szybkość procesu jest limitowana przez szybkość transportu 3. Różnica stężeń między substancjami w płynie zewnątrzkomórkowej, a stężeniem przenośnika jest na tyle duża na korzyść substancji, że stężenie substancji praktycznie nie ulega zmianie w wyniku przyłączenia części substancji do przenośnika
S 1 + C SC S 2 + C 1 S C CS K m CS stężenie przy którym Vmax=50% określa specyficzność przenośnika względem konkretnej substancji
Typy transportu nośnikowego Uniport Symport Antyport
Prostymi modelami transporterów i kanałów jonowych są antybiotyki gramicydyna A i walinomycyna
Transporter jonów potasu - walinomycyna
Gramicydyna
Transporter glukozy
Dyfuzja ułatwiona: kanały jonowe Szybkość: do 10 7 jonów na sekundę Nie wymagają nakładu energii
Bramkowane - przez napięcie - przez ligandy - przez mechanicznie
Kanał receptora acetylocholiny jest istotny dla funkcji synapsy
Receptor acetylocholiny umożliwia przekazywanie sygnałów w synapsach
Inaktywacja kanału K + : model kuli na łańcuchu
Specyficzne toksyny odegrały ważną rolę w badaniach funkcji i izolowaniu kanałów jonowych
Transport aktywny -pierwotny - wtórny Wymaga nakładu energii Zachodzi wbrew gradientowi stężeń ze stężenia niższego do wyższego
Transport aktywny jest procesem endoergicznym, wymaga nakładu energii
Erytrocyty większości ssaków są bogate w K +, a ubogie w Na +
Pompa sodowo-potasowa została wykryta jako ATPaza zależna od jonów Na + i K +
W cyklu katalitycznym Na +,K + -ATPazy (i innych ATPaz typu P występuje ufosforylowany intermediat 2 K + ATP ADP + P i 3 Na +
Pompa Ca 2+ utrzymuje niskie stężenie Ca 2+ w cytoplazmie (0,1 1 μm)
H +,K + -ATPaza umożliwia wytworzenie niskiego ph (0,16 M HCl) w żołądku
W komórkach występuje szereg typów ATPaz
Transport aktywny wtórny: transport glukozy kosztem transportu Na +
Transport aktywny wtórny: transport laktozy kosztem transportu H + u bakterii