Transport bliski i

daleki jonów

TRANSPORT BIERNY I AKTYWNY PRZEZ BŁONY

KOMÓRKOWE

Transport bierny cząsteczek odbywa się

zawsze spontanicznie, zgodnie z

gradientem jej stężenia. Może zachodzić

na drodze dyfuzji prostej bądź

ułatwionej. W tym drugim przypadku w

przeniesieniu cząsteczki uczestniczą

białka błonowe (kanały bądź przenośniki).

Transport cząsteczki wbrew

gradientowi stężenia zawsze

wymaga doprowadzenia energii i

dlatego nazywa się transportem

aktywnym.

SKŁADOWE SIŁY NAPĘDOWEJ (GRADIENTU

ENERGII SWOBODNEJ) TRANSPORTU BIERNEGO

W PRZYPADKU JONÓW SIŁĄ NAPĘDOWĄ

TRANSPORTU PRZEZ BŁONY JEST GRADIENT

POTENCJAŁU ELEKTROCHEMICZNEGO

SUBSTANCJI ORAZ POTENCJAŁ

TRANSBŁONOWY.

W PRZYPADKU CZĄSTECZEK OBOJĘTNYCH

SIŁĄ NAPĘDOWĄ TRANSPORTU PRZEZ BŁONY

JEST GRADIENT POTENCJAŁU

CHEMICZNEGO SUBSTANCJI

Podstawy Biologii Komórki, Alberts i wsp. 1999.)

2. PRZENOŚNIKI BIAŁKOWE

1. KANAŁY JONOWE

Typy kanałów białkowych:
(A) Regulowane zmianę potencjału błonowego
(B) i (C) Regulowane chemicznymi ligantami
(D) Regulowane stymulacja mechaniczną

Podstawy Biologii Komórki, Alberts i wsp. 1999.)

TRANSPORTERY BIERNE

1.

Transportery pierwotne

2.

Transportery wtórne

Transportery pierwotne, do przeniesienia cząsteczki przez błonę

wykorzystują energię świetlną bądź energię chemiczną pochodzącą z

rozkładu wiązań fosforanowych.

Transportery wtórne do przeniesienia przez błonę cząsteczki wbrew

gradientowi jej stężenia wykorzystują pierwotną siłę motoryczną wytworzoną

przez pompy protonowe.

TRANSPORTERY AKTYWNE

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

1. Transportery typu ABC

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

Transportery typu ABC to P-ATPazy posiadające w swojej strukturze dwie

konserwatywne sekwencje wiążące nukleotydy(tzw. ATP-binding cassete) zwane

także sekwencjami NBF (NBF

1

i NBF

2

).

FUNKCJE:

transport do wakuoli

szerokiej grupy tzw.

wtórnych metabolitów

(flawonoidy, antocyjany,

produkty rozkładu

chlorofilu) i ksenobiotyków

(herbicydy i metale ciężkie).

Roślinne ABC transportery

transportują te substancje

jako koniugaty glutationowe

(GS=glu-cys-glu).

Ca

2+

ATPazy należą do grupy P-ATPaz. Są pojedynczym łańcuchem

polipeptydowym, z 6-cioma segmentami transbłonowymi i domeną

regulatorową (N-koniec) wiążącą kalmodulinę.

2. P-ATPazy (pompy jonowe)

a. Ca

2+

ATPazy

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

FUNKCJA: regulacja cytoplazmatycznego stężenie Ca

2+

i udział w

sygnalingu komórkowym.

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

2. P-ATPazy (pompy jonowe)

b. pompy metali ciężkich (HMA)

FUNKCJE:

- dostarczanie metali niezbędnych do syntezy

metaloprotein (błony pęcherzyków Goldiego i

chloroplastów),

- usuwanie z cytoplazmy toksycznych metali (tonoplast i

plazmolema)

Biochemistry and Molecular Biology
(2000, Buchanan at al.)

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

2. P-ATPazy (pompy jonowe)

c. plazmolemowa H

+

ATPaza (pompa protonowa)

Regulacja aktywności: odwracalna

fosforylacja C-końca i przyłączenie białka

14-3-3.

FUNKCJE: transport protonów z cytoplazmy do apoplastu

1. generowanie gradientu elektrochemicznego

wykorzystywanego przez wtórne transportery (regulacja

transportu jonów);

2. obniżanie pH ściany komórkowej:

•

regulacja wzrostu;

•

regulacja stanu otwarcia aparatów szparkowych

(pobieranie i transport wody, transport daleki jonów,

fotosynteza)

V-ATPaza:

enzym składa się z dwóch sektorów: V

1

i

V

0

. Hydrofilowy sektor V

1

(tzw.główka) wystający z

błony po stronie cytoplazmatycznej tworzą trzy kopie

polipeptydów A (funkcja katalityczna) i B

(podjednostka regulatorowa) oraz dodatkowe

polipeptydy (C,,E,G,H – stator i D,F, tzw. trzonek).

Integralny sektor błonowy zbudowany z 6-ciu kopii

proteolipidu c tworzą kanał protonowy oraz

polipeptydów a (stator) i d (trzonek).

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

3. F,V ATPazy

b. tonoplastowa V-ATPaza (pompa protonowa)

FUNKCJE:

transport protonów z cytoplazmy do

wakuoli i generowanie gradientu elektrochemicznego a

przez to regulacja transportu wtórnego substancji do i

z wakuoli

PP

i

aza:

14 helisy tranmembranowe tworzące kanał protonowy,

sekwencja DVGADLVGKVE - miejsce wiązania i hydrolizy PP

i.

CS1, CS2 i CS3 -konserwatywne segmenty domeny

katalitycznej.

AKTYWNE TRANSPORTERY PIERWOTNE

4. Tonoplastowa pirofosfataza (pompa protonowa)

Pompy protonowe plazmolemy i

tonoplastu generują gradient

elektrochemiczny błony stanowiący tzw.

pierwotną siłę protomotoryczną (pmf)

wykorzystywaną przez transportery

wtórne do przenoszenia substancji przez

błony

Transporter wtórny

(symporter)

POMPA PROTONOWA

ATP/PP

I

ADP/P

I

ŚWIATŁO

Współdziałanie pomp protonowych i transporterów wtórnych

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

Transporter wtórny

(antyporter)

AKTYWNE TRANSPORTERY WTÓRNE

+

Z uwagi na powinowactwo do substratu transportery wtórne
dzielą się na:

1. Transportery wysokiego powinowactwa (HATS, ang. High

Affinity Transport System)

2. Transportery niskiego powinowactwa (LATS, ang. Low

Affinity Transport System)

Mogą mieć charakter białek:
1. Konstytucyjnych (ciągła ekspresja genów kodujących)
2. Indukcyjny (ekspresja genów kodujących indukowana

substratem)

AKTYWNE TRANSPORTERY WTÓRNE

HKT1

HPT1

HST1

Biochemistry and Molecular Biology (2000,
Buchanan at al.)

AKTYWNE TRANSPORTERY WTÓRNE

Struktura

Pobieranie jonów z roztworów

glebowych

1. Kationy

•

głównie kanały jonowe,

•

wtórne transportery wysokiego powinowactwa (K

+

)

2. Aniony

•

głównie wtórne transportery wysokiego powinowactwa

•

czasami wtórne transportery niskiego powinowactwa

Transport do naczyń (tzw. załadunek

naczyń)

Kationy i aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do

substratu

Transport z naczyń (tzw. rozaładunek

naczyń) do komórek liści

Kationy: kanały jonowe

Aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do

substratu

Transport do wakuoli (magazynowanie

lub detoksykacja cytoplazmy)

•

Kationy: P-ATPazy (Ca-ATPaza; Me-ATPazy) i wtórne (tylko K

+

)

transportery niskiego powinowactwa do substratu

•

Aniony: kanały jonowe (?), wtórne transportery niskiego

powinowactwa do substratu

Transport z wakuoli do cytoplazmy

Kationy i aniony: wtórne transportery niskiego powinowactwa do

substratu