21. Białka błon i ich lokalizacja w tych strukturach

Białka stanowią ok 50% masy błon biologicznych i to one odpowiadają za wiele z jej istotnych funkcji. Są transporterami substancji, kotwiczą błonę do makromolekuł po obu jej stronach, działają jako receptory cząsteczek sygnałowych i biorą udział w wielu innych procesach m.in. adhezji komórek. Zestaw białek dla każdej błony w komórce jest charakterystyczny, podobnie jak zestaw białek w błonach plazmatycznych rożnych typów komórek.

Białka błonowe mogą mieć różna lokalizację. Integralne białka błonowe przechodzą przez membranę, peryferyjne leżą na membranie zasocjowane z integralnymi, a lipoproteiny posiadają resztę lipidową kowalencyjnie związaną z łańcuchem polipeptydowym, która zanurza się w hydrofobowym zrębie membrany. Oczywiście, białka mają ściśle ustaloną orientację, tzn integralne zawsze eksponują tą samą domenę do cytozolu a peryferyjne i zakotwiczone leżą po określonej stronie błony.

22. Integralne białka błonowe

Integralne białka błonowe, które można oddzielić od błony jedynie detergentami lub rozpuszczalnikiem organicznym, składają się z trzech głównych części. Dwie hydrofilowe domeny podobne do rozpuszczalnych w wodzie białek rozdzielone są domeną hydrofobową, która przechodzi przez dwuwarstwę lipidową. Domena transbłonowa zawiera aminokwasy alifatyczne, które oddziałują przez oddziaływania van der Waalsa i hydrofobowe z hydrofobowymi ogonami łańcuchów kwasów tłuszczowych. Domeny hydrofilowe mogą zawierać aminokwasy naładowane dodatnio, które wiążąc ujemnie naładowane główki fosfolipidów dodatkowo kotwiczą białko w błonie.

Istnieje kilka klas białek integralnych, dzielonych ze względu na charakter domeny transmembranowej.

Pierwsze z nich to białka z hydrofobową α-helisą przebiegającą w poprzek membrany. Helisa idealnie nadaje się do tej roli, ponieważ polarne grupy wiązania peptydowego (NH i O=) mogą w jej wnętrzu tworzyć ze sobą oddziaływania wodorowe, co zmniejsza ich niekorzystne oddziaływania z hydrofobowym środowiskiem. Helisy takie mają typowo 20-25 hydrofobowych aminokwasów i długość ok 3,5nm czyli akurat tyle, żeby przebić się przez membranę. Białka integralne z transbłonowymi helisami mogą ich mieć jedną lub kilka. Przykładem białka z jedną helisa jest glikoforyna, główne białko integralne erytrocytów. Helisy glikoforyny w membranie oddziałują ze sobą tworząc dimery „coiled-coil”. Do białek posiadających wiele helis należą m.in. receptory sprzężone z białkami G, która mają 7 transbłonowych helis. Kanały jonowe to tetramery podjednostek zawierających po 2 helisy. Łączą się w taki sposób, że hydrofilowe aminokwasy helis tworzą pomiędzy podjednostkami hydrofilowy kanał, a hydrofobowe reszty oddziałują z błoną.

Odmienną domenę transmembranową posiadają bakteryjne białka – poryny (nie akwaporyna, ona ma alfa helisy). Zawierają one baryłki utworzone z 16 wstążek beta, w których hydrofilowe resztywystają do środka i tworzą kanał dla małych rozpuszczalnych w wodzie substancji, a hydrofobowe wystają na zewnątrz i oddziałują z lipidami błony i innymi porynami asocjując w trimery.

23. Przykłady białek zakotwiczonych w błonie przez resztę lipidową

Są trzy różne modyfikacje polegające na dołączeniu kotwic lipidowych:

• dołączenie GPI ( glikozylofosfatydyloinozytolu ) do białek zewnętrznej strony błony komórkowej. GPI zawiera fosfatydyloinozytol oraz zmienna ilość reszt mannozy, N-acetyloglukozoaminy i fosfoetanoloaminy i jest związany przez fosfoetanoloaminę z C-końcem białek. W ten sposób modyfikowane są np. alkaliczna fosfataza i Thy-1

• dołączenie reszty prenylowej (15 węglowy farnezyl albo 20 węglowy geranylogeranyl) wiązaniem tioeterowym do cysteiny na C-końcu lub blisko C-końca. Czasami mogą być dwie kotwice. Przykładem tak modyfikowanych białek jest Ras i Laminy typu B

• dołączeniem reszty mirystynianu albo palmitynianu do N-końcowej glicyny

Białka z GPI i z acylowane lokalizują się w raftach, białka prenylowane wręcz przeciwnie.

24. Białka peryferyjne

Są to białka, które „leżą” po którejś ze stron błony, zasocjowane albo z białkami integralnymi, albo jak się niedawno okazało z polarnymi głowami fosfolipidów błonowych.

Istnieje kilka domen rozpoznających polarne fragmenty lipidów, najpopularniejsze to:

• PH (pleckstrin homology) rozpoznaje PIP2 i PIP3i posiadają ją np. plekstryna, PKB, fosfolipaza C

• C2 rozpoznaje kwaśne fosfolipidy i posiadają ją np. PKC, PI-3K i PTEN kinaza

• powtórzenie ankirynowe (ankirin repeat) rozpoznaje PS i posiada je, o dziwo, ankiryna

• FREM rozpoznaje PIP2 i posiadają ją: białko pasma 4.1, moezyna, ezryna i inne

Klasyczna definicja podaje tylko oddziaływanie z białkami integralnymi jako metodę zakotwiczenia przy błonie i dodaje jeszcze, że można je oddzielić od błony łagodnymi warunkami elucji a mianowicie: niską siłą jonową i wysokim lub niskim pH.

Ważnym białkiem peryferyjnym jest też spektryna, która tworzy szkielet błonowy. Z błoną połączona jest przez ankirynę (peryferyjną) i białko pasma 3(integralne). Oraz białko pasma 4.1, które wiąże ją do cytozolowych domen glikoforyny i pasma 3.

25 Mechanizm utrzymywania asymetrii fosfolipidow błonowych

Utrzymywanie asymetrii lipidow błonowych odbywa się na dwoch

poziomach. Syntezy lipdow i „flip-flop”. Pierwszy dotyczy zwłaszcza

glikolipidow, ktorych części lipidowe syntetyzowane są w ER a reszty

cukrowe dodawane w aparacie Golgiego po stronie światła. Odrywające się

od ER i Golgiego pęcherzyki mają glikolipidy po wewnętrznej stronie, a

zlewają się z błoną w taki sposob, że ich środek zlewa się ze środowiskiem

na zewnątrz komorki. Nie ma flipakolipidowych, dlatego zostają one po

zewnętrznej stronie błony. (inaczej mowiąc, syntetyzowane są po

niecytozolowej stronie błony a transport w komorce działa tak,że pęcherzyki

zachowują tą samą niecytozolową stronę co inne błony) Fosfolipidy

syntetyzowane są głownie po cytozolowych stronach błon z fosfoglicerolu i

kwasow tłuszczowych. Żeby nie rosł tylko jeden listek muszą się

rownomiernie rozkładać. Ponieważ spontaniczny „flip-flop” jest

ekstremalnie niekorzystny energetycznie (głowka musi przejść przez zrąb

ogonow) flipaza fosfolipidowa katalizuje flip-flop PC, PE i PS w obie strony

dając średni czas połtrwania tych lipidow w jednym listku ok 0,5 min. Bardzo

ważną flipazą jest translokaza aminofosfolipidowa, ktora utrzymuje większe

stężenie PE i PS po wew. stronie błony w procesie zależnym od ATP. W

komorkach starzejących się organizmow oraz komorkach apoptotycznych

enzym ten jest inaktywowany, co powoduje zaburzenie asymetrii błon. W

utrzymaniu PS w wewnętrznym listku błony bierze udział także spektryna,

ktora w komorkach apoptotycznych oddziela się od błony i agreguje w

cytozolu.

Przykłady białek peryferyjnych:

- Spektryna – zbudowana z dwoch podjednostek α-280 kDa i β-246

kDa

- Poznane sekwencje wskazują na ich homologię oraz występowanie

powtarzalnych segmentow 106 aa o homologii do 35%, α-22

segmenty, β-17 segmentow.

- Ankiryna – 206 kDa, -> Głowna funkcja – łączy spektrynę z BPA, jej

funkcja jest regulowana przez fosforylację.

- Białko 4.2 – oddziałuje z cytoplazmatyczną domeną BPA oraz

ankiryną. Prawdopodobnie bierze udział w stabilizacji potrojnego

kompleksu spektryna-ankiryna-BPA.

- Białko 4.1 – stanowi miejsce przyczepu szkieletu do błony poprzez

oddziaływanie z glikoforyną C. Aktywuje połączenie spektryny z

filamentem aktynowym.

- Aktyna β - występuje w postaci krotkich protofilamentow

składających się z 12-14 monomerow

- Tropomiozyna – odpowiedzialna za powstawanie protofilamentow

aktyny

- Tropomodulina – wiąże się z tropomiozyną na obu końcach

cząsteczki tropomiozyny. Odpowiedzialna za regulację interakcji

tropomiozyna-aktyna

- Adducyna – aktywuje połączenia tetramerow spektryny do

kompleksu węzłowego

- Dematyna białko 4.9 – odpowiada za wiązanie i tworzenie wiązek

filamentow aktynowych

26 Tratwy (domeny) błonowe

Tratwy błonowe (rafty):

• domeny w błonie o podwyższonej sztywności, bogate w cholesterol i

sfingolipidy.

• bogatsze w białka w porownaniu z bardziej płynnymi częściami błony

• specyficznie lokalizują się w nich gangliozydy i wiele integralnych

białek błonowych i zakotwiczonych lipidami (kotwica acylowa i GPI)

• brak białek prenylowanych

• prawdopodobnie pełnią rolę centrow wykrywania sygnałow ze

środowiska komorki i przekazywania ich do cytozolu

• rafty klasyfikuje się także jako tzw DRMs (detergent resistant

membranes), ponieważ są w pewnym stopniu oporne na działanie

niejonowych detergentow

27. Detergenty zastosowanie a badaniach błon.

Detergenty to substancje amfipatyczne – posiadają jedną część dobrze rozpuszczalną w wodzie, a drugą dobrze rozpuszczalną w rozpuszczalnikach niepolarnych. W małych stężeniach rozpuszczają się w wodzie, a w większych tworzą micele, które eksponują do wody hydrofilowe główki. Detergenty mają zdolności solubilizowania lipidów i białek błony niszcząc struktury błon biologicznych. Z lipidami tworzą mieszane micele, a w przypadku białek opłaszczają hydrofobowe regiony i tworzą rozpuszczalne w wodzie agregaty. Grupa polarna detergentów może posiadać ładunek albo nie. Detergenty jonowe (te z ładunkiem) dodatkowo denaturują białka.

Jonowe: SDS, sole kwasów żółciowych (cholany), Niejonowe: Triton, Tween, oktyloglukozyd.

W badaniu błon detergenty używa się przede wszystkim do ekstrakcji białek integralnych. Głównie stosuje się niejonowe, aby nie zdenaturować ekstrahowanych białek.

Detergenty w małych stężeniach stosuje się też jeśli trzeba zwiększyć przepuszczalność albo płynność błony.

28. Transport przez błony – warunki energetyczne

Siłą sprawczą procesu transportu przez błonę jest rożnica stężeń (gradient

chemiczny) lub, w przypadku cząsteczek naładowanych, rożnica stężeń i

potencjału elektrycznego po obu stronach błony (gradient elektrochemiczny

). Oczywiście, samorzutny transport będzie zachodził tylko w tym kierunku,

w ktorym zmiana energii swobodnej ΔG<0. ΔG dla transportu ze strony A na

stronę B wyraża się wzorem ΔG=RT*ln(Cb/Ca) w przypadku cząsteczek

nienaładowanych i ΔG=RT*ln(Cb/Ca) + ZFΔV, gdzie R-stała gazowa, Ttemperatura

w K, Cb-stężenie po stronie B, Ca-stężenie po stronie A, Zładunek

transportowanej cząsteczki, F-stała Faradaya i ΔV-rożnica

potencjałow między stroną B i A.

Jeśli wychodzi na to, że ΔG jest dodatnie, a i tak trzeba coś

przetransportować musi odbywać się to w sposob aktywny, czyli najczęściej

z pomocą białek hydrolizujących ATP (transportery pierwotne) albo

wykorzystujących gradient innych cząsteczek, np. H+ (transportery wtorne).

ΔG=RT*ln(Cb/Ca)

ΔG=RT*ln(Cb/Ca) + ZFΔV

warunek dyfuzji: ΔG<0

R-stała gazowa, T-temperatura w K, Cb-stężenie po stronie B, Ca-stężenie po

stronie A, Z-ładunek transportowanej cząsteczki, F-stała Faradaya i ΔVrożnica

potencjałow między stroną B i A

29.Transport aktywny, dyfuzja ułatwiona i dyfuzja prosta.

Dwuwarstwa lipidowa jest zasadniczo przepuszczalna tylko dla cząstek hydrofobowych np. gazów i w pewnym stopniu dla małych cząstek polarnych (woda, etanol).

Dyfuzja prosta to przenikanie cząsteczek przez dwuwarstę lipidową bez żadnych transporterów czy nośników białkowych. Odbywa się zgodnie z gradientem stężeń i dotyczy głównie małych niepolarnych cząsteczek, choć niektóre małe i polarne też jej ulegają. W ten sposób przez błonę przechodzą rozpuszczone w środowisku gazy np. N2, CO2, O2 i na przykład etanol. Do pewnego stopnia także mocznik i woda mogą poruszać się przez błonę na zasadzie dyfuzji prostej, ale jest to transport bardzo powolny.

Dyfuzja ułatwiona zachodzi z pomocą kanałów białkowych, zwiększających przepuszczalność błony dla danych substancji. Dzieje się to ponieważ biała te, zbudowane najczęściej z wielu transbłonowych alfa helis (i najczęściej multimeryczne) tworzą hydrofilowe kanały w poprzek błony które chronią polarne cząsteczki przed niekorzystnym oddziaływaniem z zrębem hydrofobowym dwuwarstwy. W przypadku dyfuzji ułatwionej transport zachodzi zgodnie z gradientem elektrochemicznym – kanały białkowe dają tylko możliwość transportu, ale nie wpływają na jego kierunek. Oznacza to, ze jest to transport bierny – niezużywający energii. Białka biorące udział w tym procesie to np. akwaporyna i kanały jonowe. Mogą one być specyficzne (akwaporyna, kanały na konkretne jony) albo niespecyficzne (poryny bakteryjne). W przypadku kanałów jonowych wyróżnia się też takie, które otwarte są cały czas (niebramkowane), jak i takie które otwierają się pobudzone bodźcem mechanicznym, elektrycznym albo chemicznym (bramkowane).

Transport aktywny to odpowiedź komórki na dodatnią zmianę energii swobodnej(:P). Pozwala on na przenoszenie cząsteczek w poprzek membrany w kierunku niezgodnym z ich gradientem elektrochemicznym. Może się on odbywać przez pompy ATP (ATP-azy, transportery pierwotne) albo białka nośnikowe (transportery wtórne). Pierwsze posiadają zdolność hydrolizy ATP i wykorzystania uwolnionej energii do transportu aktywnego. Drugie wykorzystują gradient innych cząstek aby uzyskać energię do transportu. Transporter wtórne mogą działać na zasadzie uniportu – transportują jedną cząsteczkę zgodnie z gradientem stężenia (jest więc to dyfuzja ułatwiona, a nie transport aktywny) – symportu – transportują wtedy dwie cząsteczki w tym samym kierunku – albo antyportu – wtedy transportują dwie cząsteczki w przeciwnych kierunkach. Zawsze jedna cząsteczka transportowana jest zgodnie z gradientem elektrochemicznym, a druga przeciw niemu.

Różne rodzaje transportu przedstawiono na rysunku poniżej (oprócz dyfuzji prostej, ale to wiadomo jak wygląda).

30 Klasyfikacje zjawisk transportowych.

Nie jestem pewnie o co chodzi w tym pytaniu, ale wydaje mi się, że o to samo co w poprzednim. Tzn, że są klasyfikacja może być ze względu na:

23. wydatek energii – bierny lub aktywny (zgodny z gradientem lub przeciwny gradientowi)

24. sposób transportu – ułatwiony (z pomocą kanałów lub transporterów) lub prosty (przez dwuwarstwę)

25. ko-transport – uniport, symport i antyport (opisane w poprzednim punkcie)

31. ATP-azy błonowe – rodzaje i rola.

ATPazy błonowe to integralne białka błonowe transportujące substancje przez błony z wykorzystaniem energii z hydrolizy ATP. Wszystkie mają domenę hydrolizy ATP po cytozolowej stronie. Warto wspomnieć, że nie hydrolizują ATP, jeśli nic nie transportują. Tak więc nie zużywają energii na marne. Wyróżniamy 4 klasy pomp ATP: P, F, V, które transportują tylko jony i ABC transportery, które mogą transportować różne drobnocząsteczkowe substancje. ATPazy P to np. pompa sodowo/potasowa i pompy wapniowe w błonie ER mięśni oraz pompy tworzące gradient pH w błonach bakterii, grzybów i roślin. ATPazy F i V są podobne i pompują wyłącznie protony. V utrzymują niskie pH niektórych przedziałów komórkowych np. wakuoli i lizosomów, a F zwane są inaczej syntazami ATP i ich głównym zadaniem jest synteza ATP (czyli na dobrą sprawę działają do tyłu). ABC transportery to duża superrodzina białek, z której każde białko transportuje specyficznie jedną substancję albo substancje zawierające jedną grupę (np. cukry, fosfolipidy itp.). Występują we wszystkich organizmach od bakterii do ludzi

32. ATPaza Na+/K+

ATPaza Na+/K+, zwana pompą sodowo/potasową to ATPaza klasy P (o których szerzej w nast. zagadnieniu) będąca tetrameram dwóch podjednostek alfa i dwóch beta (o tych podjednostkach też w nast.) Jej głównym zadaniem jest transport jonów K+ do komórki i Na+ na zewnątrz komórki. Na każdą zhydrolizowaną cząsteczkę ATP pompa ta przenosi 3 jony Na+ i dwa jony K+. Jej działanie opiera się na zmianie konformacji pod wpływam fosforylacji. W stanie nieufosforylowanym (E1) posiada trzy miejsca wiązania Na+ z dużym powinowactwem i dwa miejsca wiązania K+ z małym powinowactwem (wszystkie 5 po stronie cytoplazmy). Stała Km dla Na+ w tym stanie to 0,6mM, a jego stężenie w komórce to około 12mM, więc jony Na+ się bardzo ładnie wiążą. Powoduje to hydrolizę ATP i ufosforylowanie pompy, która przechodzi w stan E2. W tym stanie miejsca wiązania jonów znajdują się blisko zewnątrzkomórkowej strony błony, a powinowactwo do jonów NA+ gwałtownie spada i oddysocjowują sobie po jednym. Jednocześnie powinowactwo do K+ rośnie (stała jest koło 0,2mM, a stężenie zewnątrzkomórkowe koło 4mM) i K+ łączą się z pompą. Powoduje to defosforylację i powrót do stanu E1. Miejsca wiązania K+ znów osłabiają powinowactwo, które staje się tak słabe, że jony oddysocjowują, mimo że ich stężenie w komórce jest duże. I cały cykl zaczyna się od nowa. Działanie pompy sodowo/potasowej jest konieczne, żeby utrzymać normalny potencjał błonowy, ponieważ na każdą cząsteczkę ATP jest wyrzucany z komórki jeden ładunek dodatni netto. Poza tym synteza białek wymaga wysokiego stężenia K+, a gradient jonów Na+ jest wymagany do importu np. aminokwasów. Około 20% energii w organizmie człowieka (o ile dobrze pamiętam) idzie na utrzymanie działania pomp sodowo/potasowych.

33 ATP-azy P, V i F

Spośrod trzech klas ATPaz transportujących jedynie jony, Fi V są podobne, a

P nieco inne.

ATPazy klasy P są fosforylowane w czasie swojej pracy, stąd nazwa.

Wszystkie zawierają dwie podjednostki alfa, z ktorych każda ma jedno

miejsce wiązania ATP. Niektore mają też podjednostki beta, ktore są

regulatorowe. W czasie pracy co najmniej jedna podjednostka alfa jest

fosforylowana i to ona przenosi jony. Sekwencja wokoł fosforylowanej reszty

jest homologiczna dla wszystkich P-ATPaz. Przykładem tych białek jest

pompa sodowo/potasowa oraz Ca2+-ATPaza z retikulum

sarkoplazmatycznego.

F i V ATPazy są bardzo podobne strukturalnie i w ogole nie podobne do P

ATPaz. Są znacznie bardziej skomplikowane i posiadają wiele podjednostek,

zarowno integralnych, jak i peryferyjnych. Transportują jedynie jony H+. F

ATPazy w normalnych warunkach działają „do tyłu” stanowiąc kanały dla

jonow H+ i wykorzystując energię ich gradientu do produkcji ATP.

V i F ATPazy posiadają dwie duże domeny: hydrofilową cytozolową V1 i

błonową hydrofobową V0. Związanie i hydroliza ATP przez podjednostki B z

V1 powoduje pompowanie protonow przez kanał utworzony z podjednostek

A i C z V0. Sama ATPaza nie jest fosforylowana.

V ATPazy służą do zapewniania kwaśnego środowiska takim organellom jak

lizosomy czy wakuole. Jednak nie są tego w stanie zrobić same z siebie, bo

transportując protony powodują powstanie potencjału błonowego, ktory

szybko hamuje napływ nowych protonow. Dlatego np. w lizosomach są

kanały dla jonow Cl-, ktore powodują napływ do światła lizosomu jednego

jonu chlorkowego na jeden wpompowany proton.

a. ATPazy typu P:

• zawierają dwie podjednostki α, każda wiąże ATP

• są fosforylowane podczas przenoszenia jonow

• sekwencja aa wokoł ufosforylowanej reszty jest

homologiczna dla wszystkich pomp typu P

b. ATPaza typu V:

• znacznie bardziej skomplikowane pod względem

budowy od typu P

• dwie duże domeny: hydrofilowa cytozolowa V1 i

błonową hydrofobową V0

• związanie i hydroliza ATP przez podjednostki B z V1

powoduje pompowanie protonow przez kanał

utworzony z podjednostek A i C z V0

• przenoszą wyłącznie H+

• zapewniają niskie pH dla lizosomow lub wakuole

• nie fosforylowane podczas swojej pracy

c. ATPaza typu F:

• znacznie bardziej skomplikowane pod względem

budowy od typu P

• dwie duże domeny: hydrofilowa cytozolowa V1 i

błonową hydrofobową V0

• związanie i hydroliza ATP przez podjednostki B z V1

powoduje pompowanie protonow przez kanał

utworzony z podjednostek A i C z V0

• przenoszą wyłącznie H+, produkując przy tym ATP

• nie fosforylowane podczas swojej pracy

34 Transport związków organicznych przez błony

Transport związków organicznych przez błony może odbywać się na wiele sposobów. U bakterii obecne są wspomniane wyżej permeazy – ABC transportery selektywnie pobierające cukry, aminokwasy witaminy i inne potrzebne bakteriom związki.

Ważnym związkiem organicznym, który musi być transportowany przez błonę jest glukoza. Transportery glukozy GLUT1-GLUT4 to błonowe białka będące uniporterami glukozy. Różnią się właściwościami kinetycznymi. GLUT1 ma bardzo małą Km i pobiera glukozę z krwi mniej więcej ze stałą intensywnością. GLUT2 ma Km ok. 13 razy większe, ale dzięki temu jest bardziej czuły na zmiany stężenia glukozy we krwi. Ekspresjonowany jest w hepatocytach i komórkach β trzustki. Pozwala to im na wyczucie zwiększonego stężenia glukozy we krwi po posiłku i odpowiednio rozpoczęcie syntezy glikogenu i wydzielenie insuliny. GLUT4 ekspresjonowany jest w mięśniach i tkance tłuszczowej i lokuje się w błonie komórkowej w odpowiedzi na insulinę, zwiększając dopływ glukozy do komórek tych tkanek.

Odmienny mechanizm pobierania substancji organicznych występuje w komórkach nabłonka jelita cienkiego. Glukoza, inne cukry oraz aminokwasy muszą być pobierane ze światła jelita i przekazywane do krwi nie zależnie od ich stężenia w jelicie i komórkach nabłonka. Dodatkowo, substancje te nie mogą przenikać między komórkami nabłonka, ponieważ komórki te przylegają do siebie bardzo ściśle (tworzą tight junctions). Dlatego też apikalna (czyli ta od strony jelita) błona komórek nabłonkowych jelita posiada wiele specyficznych symporterów, które pobierają cukry, aminokwasy itp. razem z jonami sodowymi. Niskie stężenie sodu w komórce umożliwiające ten transport zapewniane jest przez pompy sodowo-potasowe na bazolateralnej (czyli tej od strony innych tkanek i naczyń krwionośnych) błonie komórki. Natomiast wypływ substancji odżywczych z komórek nabłonka do macierzy zewnątrzkomórkowej i dalej do krwi odbywa się przez uniportery, zgodnie z gradientem stężeń.

35 Dysfucja prosta, dyfuzja ułatwiona:

1. dyfuzja prosta - bierny transport beznośnikowy:

A. siła napędowa: gradient stężenia

a. szybkość dyfuzji zależy liniowo od hydrofobowości cząstki i

rożnicy stężeń.

b. związki przechodzące: gazy, benzen, EtOH i woda (w małym

stopniu)

Dyfuzja prosta odbywa się przez dwuwarstę lipidową i podlegają jej małe

niepolarne cząstki oraz niektore małe polarne np. gazy (N2, CO2, O2),

etanol, benzen, do pewnego stopnia woda i mocznik. Zachodzi ona zgodnie z

gradientem stężeń, a jej szybkość zależy liniowo od hydrofobowości cząstki i

rożnicy stężeń.

2. dyfuzja ułatwiona - bierny transport nośnikowy (kanały i nośniki

białkowe):

A. siła napędowa: gradient elektrochemiczny

a. uniport np. Glc, aa

B. transport przez białka nośnikowe (transportery wtorne, ko-transport

) - wykorzystują gradient elektrochemiczny innych cząsteczek do

transportu drugich wbrew gradientowi (jedna cząsteczka

transportowana zgodnie z gradientem, druga przeciw niemu), dużo

wolniejsze od kanałow:

a. symport - sprzężony transport substancji w jednym

kierunku np.

b. antyport - sprzężony transport substancji w przeciwnych

kierunkach np.

Dyfuzja ułatwiona zachodzi z udziałem białkowych kanałow, ktore tworzą

hydrofilowe środowisko w środku swojej struktury lub uniporterow. Jej

szybkość nie zależy od hydrofobowości cząstki i rośnie hiperbolicznie

36 Kanały, nośniki, pory.

Kanały to integralne białka błony tworzące w jej poprzek hydrofilowe korytarze dla jonów lub wody. Mogą być specyficzne albo niespecyficzne, bramkowane (napięciem, mechanicznie, chemicznie) albo nie. Działają na zasadzie dyfuzji ułatwionej i przenoszą wiele cząsteczek naraz (10^7-10^8 na sekundę).

Przykłady kanałów to kanały sodowe bramkowane napięciem w neuronach.

Pory również są transmembranowymi białkami pozwalającymi na dyfuzję ułatwioną. Mogą być też zbudowane z beta-baryłek, tak jak bakteryjne poryny. Pory, w odróżnieniu od kanałów są niespecyficzne, przenoszą wydajniej (bo są większe) i są zawsze otwarte.

Przykłady porów: Jądrowy (cząsteczki do 5kDa), połączenie szczelinowe (do 1,5kDa)

Nośniki to białka przenoszące cząsteczki na zasadzie uniportu (transport bierny) symportu albo antyportu (transport aktywny). Od kanałów różnią się tym, że nie muszą przenosić zgodnie z gradientem stężeń. Poza tym są dużo wolniejsze (10^2-10^4 cząstek na sekundę) bo muszą związać ligand, zmienić konformację i uwolnić ligand.

37. Kanały jonowe – regulacja otwierania

Kanały jonowe moją stan otwarty i zamknięty. Przejście z jednego do drugiego może być spowodowane:

• napięciem: np. sodowe, potasowe, wapniowe. Depolaryzacja błony powoduje przesunięcie domen czułych na napięcie i otwarcie kanału, kanały zamykają się spontanicznie, ale potrzebna jest repolaryzacja, żeby uczulić je na następny bodziec

• chemicznie: np. nikotynowy receptor acetylocholiny otwiera się po związaniu dwóch cząsteczek acetylocholiny, specyficznie przepuszczając kationy. Zamyka się na skutek zmniejszenia stężenia acetylocholinę w szczelinie synaptycznej.

• Mechanicznie: np. bakteryjne kanały jonowe otwierają się w wyniku pęcznienia komórki, żeby przeciwdziałać rozerwaniu komórki przez ciśnienie osmotyczne. Mechanoreceptory układu nerwowego również zawierają kanały bramkowane mechanicznie.

38. Stany konformacyjne kanału sodowego

Kanał zawiera 4 wewnętrzne powtorzenia o podobnych sekwencjach

aminokwasow. Każda homologiczna jednostka sekwencji zawiera 5

segmentow hydrofobowych (S1, S2, S3, S5 i S6). Każde powtorzenie zwiera

segment S4 o silnym ładunku dodatnim, zawierającym dużo reszt argininy

lub lizyny. Te dodatnio naładowane aminokwasy stanowią co trzecią resztę,

co sugeruje, że są one umiejscowione po jednej stronie transmembranowej α

helisy i są sparowane, przy spoczynkowym potencjale błonowym, z

ujemnymi ładunkami na innych helisach transmembranowych. Depolaryzacja

prowadzi do spiralnego ruchu segmentu S4, ktoremu towarzyszy

przemieszczenie netto jednego lub dwoch ładunkow dodatnich ku

zewnątrzkomorkowej stronie błony.

Istnieją przynajmniej trzy stany zamknięte poprzedzające stan otwarty. W

czasie każdego z tych przejść (trwających 25μs), wywołanych depolaryzacją

poprzez dwuwarstwę lipidową przemieszcza się rownoważnik dwoch

ładunkow.

Stan otwarty trwa tylko około 1ms, nawet wtedy gdy błona utrzymywana

jest nadal w stanie depolaryzacji. Stan otwarty jest krotkotrwały, ponieważ

przechodzi spontanicznie w stan nieaktywny, ktory nie może być już otwarty

ze względu na potencjał błonowy. Za inaktywację odpowiedzialna jest pętla

domeny cytozolowej zawarta między powtorzeniami III i IV polipeptydu

tworzącego kanał.

Powrot do stanu zamkniętego, ale zdolnego do aktywacji wymaga ponownej

polaryzacji błony. Kanał otwiera się tylko raz w czasie każdego potencjału

czynnościowego. Występowanie okresu całkowitej refrakcji zapewnia

rozprzestrzenianie się potencjału czynnościowego w jednym tylko kierunku.

Kanał sodowy ma wbudowany wyłącznik czasowy, określający czas

przepływu jonow.

39. Ko-transport.

Ko-transport to rodzaj aktywnego transportu przez błonę za pomocą białkowych przenośników. Energia do przenoszenia jednych cząsteczek (głównie jonów) wbrew gradientowi elektrochemicznemu jest tutaj czerpana z jednoczesnego transportu drugich cząsteczek (też głównie jonów) zgodnie z gradientem stężeń (oczywiście dany transporter jest specyficzny wobec tego co i w którą stronę przenosi). Jako, ze gradient jonów, z którego korzystają ko transportery jest wytwarzany przez zalezże od ATP pompy mówimy, że są to transportery wtórne Istnieją dwa rodzaje ko-transportu: symport i antyport. W przypadku symportu obie przenoszone substancje poruszają się w tym samym kierunku, a w przypadku antyportu w przeciwnych.

Przykładem ko-transportu są symportery znajdujące się w apikalnej błonie komórek nabłonka jelita i przenoszące aminokwasy/ glukozę razem z jonami sodu.

Symportu 2 Na⁺/ 1 glukoza możemy zapisać tak:

2 Na⁺_out + glukoza_out 2Na⁺_in + glukoza_in

a zmianę energii następująco: Δ G = RTln [glukoza_in] / [glukoza_out ]+ 2RTln [Na⁺_in] / [Na⁺_out] + 2FE

(bo jony sodu mamy dwa i obdarzone są ładunkiem więc + 2FE)

Jeśli Δ G =0 a Δ G dla przeniesienia jednego jonu Na to 3kcal to: 0 = RTln [glukoza_in] / [glukoza_out] – 6kcal

Jak się wszystko przeliczy to okaże się, że jednoczesny transport dwóch jonów sodu pozwala na uzyskanie 30000 razy większego stężenia glukozy wewnątrz komórki!

W mięśniu sercowym mamy antyporter przenoszący 3 Na⁺/ 2Ca²⁺ aby utrzymać niskie stężenie jonów wapnia w cytosolu. W tym przypadku ko transport z sodem pozwala na uzyskanie 10000 krotnej różnicy w stężeniu wapnia (cytosol 2x 10^-7, na zewnątrz komórki 2x 10^-3 )

Istotne są antypotery pozwalajace na utrzymanie właściwego pH w komórce: Na⁺ HCO₃^-/ Cl^- , Na⁺/H⁺ , Cl^- /HCO₃^-

40. Uniport, symport i antyport

Rodzaje aktywnego transportu przez błonę za pomocą białkowych

przenośnikow. Energia do przenoszenia jednych cząsteczek (głownie jonow)

wbrew gradientowi elektrochemicznemu jest tutaj czerpana z jednoczesnego

transportu drugich cząsteczek (też głownie jonow) zgodnie z gradientem

stężeń (oczywiście dany transporter jest specyficzny wobec tego co i w ktorą

stronę przenosi). W przypadku symportu obie przenoszone substancje

poruszają się w tym samym kierunku, a w przypadku antyportu w

przeciwnych.

Przykłady:

28

-symportery: transporter Na+/HCO3

- używa gradientu jonow sodu do

transportu jonow węglanowych, ktore w komorce reagują z wodą dając jony

OH- utrzymujące zasadowe pH w komorce.

-anytportery: znana i lubiana pompa sodowo/potasowa; antyporter Na+/H+

korzysta z gradient sodu wypompowując protony i pomagając utrzymać pH

fizjologiczne

Uniport, w przeciwieństwie do symportu i antyportu nie jest transportem

aktywnym, a szczegolnym przypadkiem dyfuzji ułatwionej zachodzącej przez

nośnik a nie przez kanał jonowy czy por. Polega on na transporcie jednej

cząsteczki substratu przez błonę w kierunku zgodnym z gradientem

elektrochemicznym. W ten sposob np. komorki ludzkie pobierają z krwi

glukozę, fruktozę i aminokwasy. Uniport charakteryzuje się typowa dla

dyfuzji ułatwionej kinetyką hiperboliczną (tj. taką jak enzymy Michaelisa-

Menten).