25.02.2005 - Ćwiczenie 2

TEMAT: TRANSPORT PRZEZ BŁONY

Z powodu, że wnętrze błony jest hydrofobowe to utrudniony jest transport cząsteczek i jonów hydrofilnych.

Transport:

1. Bierny - dzięki białkom przenośnikowym i kanałowym

1. dyfuzja prosta

2. transport ułatwiony

2. Aktywny - dzięki energii z ATP

DYFUZJA PROSTA

• zachodzi zgodnie z gradientem stężeń

• nie wymaga nakładu energii

• mocznik, glicerol, O₂, CO₂, H₂O

TRANSPORT UŁATWIONY

• białko przenośnikowe przejściowo wiążą transportowane związki, po czym zmieniają swoją konformację przenosząc substancje na drugą stronę błony

• białka transportujące jeden rodzaj jonów w jedną stronę to białka uniportalne, białka transportujące w jedną stronę jeden rodzaj jonów i jeden rodzaj związku chemicznego to białka symportalne, białka transportujące dwa rodzaje jonów w przeciwnych kierunkach to białka antyportalne

• białka przenośnikowe mogą „pływać” wewnątrz błony

• białka kanałowe tworzą w dwuwarstwie lipidowej port hydrofilny, przez który przechodzą jony

• białka kanałowe mogą być stale otwarte bądź otwierać się tylko czasem, na skutek zmiany gradientu stężeń lub poprzez przyłączenie ligandu

• gdy są otwarte przepuszczają jony i cząsteczki zgodnie z gradientem stężeń i gradientem elektrochemicznym

• odmianą białek kanałowych są połączenia typu neksus, czyli synapsy elektryczne

kanały wapniowe dla transportu Na⁺ i K⁺

• otwierają się po zadziałaniu bodźca elektrostatycznego na białka śródbłonowe

• jony Ca²⁺ przenikają do askoplazmy i powodują fuzję pęcherzyków synaptycznych, zawierających acetylocholinę z błoną presynaptyczną

• acetylocholina wiąże się z receptorami na powierzchni błony postsynaptycznej, które są białkami kanałowymi dla Na⁺ i K⁺

• jonu sodowe przenikają do cytoplazmy, a kationy potasowe na zewnątrz komórki - powstaje depolaryzacja błony

TRANSPORT AKTYWNY

• zachodzi wbrew gradientowi stężeń

• wymaga energii z hydrolizy ATP

• przykładem jest pompa sodowo-potasowa: wewnątrz komórki c_Na=10mM a c_K=140mM, na zewnątrz komórki mamy c_Na=140mM a c_K=5mM

• w utrzymywaniu różnicy stężeń tych jonów po obu stronach komórki biorą udział białka śródbłonowe:

• kanałowe omówione wyżej

• kompleksy enzymatyczne tzw. pompa jonowa

• pompa Na-K to enzym z grupy hydrolaz - adenozynotrójfosfataza (ATP-aza), która rozładowuje ATP=ADP + P_i

• cząsteczka transbłonowej ATP-azy jest „otwarta” do wewnątrz błony, hydrolizuje ona ATP do ADP i P_i i sama ulega fosforylacji. Jednocześnie wiąże do swojej powierzchni 3Na⁺. Fosforylacja zmienia konformację ATP-azy powodując jej „otwarcie” na zewnętrznej powierzchni błony. Jon Na jest uwalniany, a ATP-aza wiąże jony 2K. Następuje defosforylacja ATP-azy, miana jej konformacji i powrót do stanu począżtkowego

• pompa Ca działa na identycznej zasadzie. c_Ca w cytosulu wynosi 10^-7mola, a w istocie międzykomórkowej c_Ca=10^-3mola. w transporcie bierze udział transbłonowa ATP-aza itd.

Transport odbywa się nie tylko przez błonę komórkową, ale także przez błony struktur np. lizosomy pobierają z cytozulu H⁺, a mitochondria pobierają pirogronian a wydalają ATP.

ROLA TRANSPORTU

• utrzymanie równowagi osmotycznej komórki i kompartumentów

• regulacja stężeń metabolitów

• synteza ATP z wykorzystanie gradientu protonów transportowanych przez wewnętrzną błonę mitochondriów

Duże makrocząsteczki i niektóre cząstki potrzebują do transportu specjalnego mechanizmu. Transport do wewnątrz komórki to tzw. endocytoza (zależna jest od receptora) a na zewnątrz komórki egzocytoza.

Endocytozę możemy podzielić na:

1. fagocytozę - pochłanianie stałych makrocząsteczek

2. ultrafagocytoza - pochłanianie stałych cząsteczek submikroskopowych

3. pinocytoza - pochłanianie składników płynnych

4. transcytoza - transport płynów lub cząsteczek z pominięciem lizosomów

Po zbliżeniu się cząsteczki do receptora znajdującego się na błonie tworzy się w niej zagłębienie. Na powierzchni błony tego pęcherzyka układają się cząsteczki białka - klatryny, które powodują dalsze wybrzuszanie się błony do powstania pęcherzyka. W zagłębieniu znajduje się cząsteczka. Gdy powstanie pęcherzyk - klatryna opuszcza jego powierzchnię i cykl się powtarza.

Klatryna - to polipeptyd zbudowany z łańcucha ciężkiego i łańcuchów lekkich. W momencie gdy stworzy ona pęcherzyk to dzięki białku - dynaminie - jest on cały czas połączony z błoną komórkową. Klatryna pełni też rolę w transporcie cholesterolu oraz we wnikaniu wirusów.

Fuzja błon - połączenie się dwóch błon komórkowych i wtedy powstaje nowa błona o zachowanej strukturze dwuwarstwy lipidowej.

Istnieje jeszcze pewien rodzaj transportu, łączący elementy endocytozy zależnej od receptora i transportu przy udziale białek kanałowych. Jest to potocytoza. Związana jest onaa z obecnością drobnych wpukleń błony komórkowej zwanych kaweolami. Kaweole są stabilizowane przez cholesterol występujący w błonie komórkowej.

Proces potocytozy rozpoczyna się od koncentracji w obrębie kaweoli receptora związanego z ligandem. Następnie kaweola zapada się w cytoplazmę, oddalając się od błony jednak nie tracąc z nią kontaktu. W odciętym od środowiska pęcherzyku spada pH, co powoduje dysocjację liganda od receptora. Wolny ligand pojawia się w świetle pęcherzyka w stężeniu o wiele większym niż występuje w komórce, co umożliwia jego efektywną dyfuzję do cytoplazmy, zgodną z gradientem stężeń. Po jakimś czasie kaweola ponownie otwiera się na zewnątrz komórki.

Jak wspomniano prędzej egzocytoza to wydalanie cząsteczek na zewnątrz. Możemy ją podzielić na:

• regulowaną - po zadziałaniu bodźca (hormon, neurotransmiter)

• konstytutywną - związana z fuzja błon

Właśnie na drodze egzocytozy sa uwalniane z komórki wirusy. Bierze w tym udział dodatkowo białko c.

W procesach endocytozy biorą udział endosomy - błoniaste struktury cytoplazmy, przybierające postać zbiorników, cewek i pęcherzyków. Wyróżniamy endosomy wczesne (endocytowany materiał pojawia się w nich po kilku minutach, znajdują się blisko błony komórkowej) i endosomy późne (endocytowany materiał pojawia się w nich po około 20 min, znajdują się w pobliżu jądra)

2

---