BŁONY BIOLOGICZNE

1. Transport bierny = dyfuzja

1. cechy transportu:

• zgodny z gradientem stężeń

• bez udziału energii pochodzącej z hydrolizy ATP

1. rodzaje dyfuzji:

• prosta - zachodzi bezpośrednio przez błonę, cząsteczki nie potrzebują dodatkowych struktur, żeby się przez nią przedostać (dotyczy niewielkich obojętnych cząsteczek, np. gazów oraz substancji rozpuszczalnych w tłuszczach - etanol, hormony steroidowe)

• ułatwiona - wymaga obecności:

- kanału jonowego, przez który mogą przechodzić substancje

- transporteru (np. GLUT)

2. Dyfuzja ułatwiona przez kanały jonowe - substancje transportowane (np. woda, jony) nie łączą się z białkiem tworzącym kanał

1. kanały mogą być:

• specyficzne - odróżniają anion od kationu

• selektywne - odróżniają rodzaj kationu

1. budowa kanałów:

• 4,5 lub 6 podjednostek białkowych, których oś symetrii wyznacza drogę dla substancji

• im więcej podjednostek tym szersza ta droga

1. kanały bramkowane elektrycznie (na przykładzie kanału sodowego) - bramkowanie zachodzi dzięki różnicy potencjałów między zewnętrzną w wewnętrzną stroną błony komórkowej:

• depolaryzacja powoduje otwarcie kanału jonowego

• przez otwarty kanał napływają jony (np. Na⁺)

• po krótkim czasie kanał zamyka się powodując repolaryzację błony

• po 2-5 ms kanał nadal jest zamknięty, ale podatny na pobudzenie

• jeżeli nastąpi kolejna depolaryzacja to się otworzy

1. kanały bramkowane chemicznie (ligandem)

• posiadają one specyficzne miejsca do których może przyłączyć się agonista lub antagonista

• przyłączenie się agonisty powoduje otwarcie kanału (acetylocholina zwiększa przewodnictwo Na+/K+)

• przyłączenie się antagonisty powoduje zamknięcie się kanału

• depolaryzacja powoduje otwarcie kanału jonowego

• przez otwarty kanał napływają jony (np. Na⁺)

• po krótkim czasie kanał zamyka się powodując repolaryzację błony

• po 2-5 ms kanał nadal jest zamknięty, ale podatny na pobudzenie

• jeżeli nastąpi kolejna depolaryzacja to się otworzy

• receptor GABA_A

• receptor nikotynowy

• receptor NMDA

• receptor glicynowy

• receptor serotoninowy 5HT₃

• Naturalnym agonistą tego receptora jest acetylocholina. Do agonistów egzogennych należą nikotyna i muskaryna, go antagonistów min. atropina, dekstrometorfan, pirenzepina

Receptor acetylocholinowy składa się z 5 podjednostek, każda z nich z domeny zewnątrzkomórkowej, segmentu transbłonowego i segmentu wewnątrz komórki.

3. Dyfuzja ułatwiona przez białka transportowe - podczas transportu tworzy się przejściowe wiązanie kowalencyjne między białkiem a substratem (np. glukozą)

Białka transportowe (BT) umożliwiają przenoszenie przez błonę substancji, które nie rozpuszczają się w lipidach. Wszystkie białka transportowe są białkami integralnymi, wielokrotnie przebijającymi błonę.

1. rodzaje transporterów GLUT:




4. Transport aktywny

1. cechy:

• zachodzi wbrew gradientowi stężeń

• niezgodny z równowagą termodynamiczną (ΔG >0)

• z udziałem nośnika

• wykorzystuje energię pochodzącą z: hydrolizy ATP, ruchu elektronów lub światła

1. rodzaje:

• transport aktywny pierwotnie

• transport aktywny wtórnie

• translokacja grup

5. Transport aktywny pierwotnie - transport w którym cała zużywana energia jest wykorzystywana na wytworzenie wiązań kowalencyjnych w nośniku

1. pompa sodowo-potasowa:

• transport na zasadzie antyportu

• składa się z dwóch podjednostek β (nieaktywnych) oraz dwóch podjednostek α do których przyłącza się ATP

• ATP-aza Na⁺/K⁺ jest integralną częścią pompy - enzymem odpowiedzialnym za hydrolizę ATP w celu uzyskania energii

• mechanizm działania:

- ATP fosforyluje i tym samym uaktywnia ATP-azę

- do podjednostki α pompy wiązane są trzy jony Na⁺

- hydroliza ATP do ADP

- zmiana konformacji białka

- jony sodu zostają przetransportowane na zewnątrz komórki i uwolnione z kompleksu

- przyłączenie 2 jonów potasu do podjednostki α

- defosforylacja wywołuje ponowną zmianę konformacji białka

- jony potasu przedostają się do wnętrza komórki

- uwolnienie jonów K⁺ po przyłączeniu się ATP

• funkcje:

- kontroluje objętość komórki

- niezbędny do pobudzenia nerwów i mięśni (chwilowe zatrzymanie pompy Na/K powoduje depolaryzację błony komórkowej i przekaz sygnału na dalsze komórki)

- siła napędowa do wtórnego transportu aktywnego

1. pompa wapniowa

• utrzymuje niski poziom wapnia cytozolowego (czyli wypompowuje wapń na zewnątrz komórki lub do cytozolu w przypadku pompy w retikulum)

• Rola wapnia w komórce: cząsteczka sygnałowa (dlatego nie może być go za dużo)

• występuje w retikulum endoplazmatycznym i błonach plazmatycznych

1. pompa protonowa

• transport na zasadzie antyportu

• znajduje się w komórkach okładzinowych żołądka

• transport jonów H⁺ do światła żołądka i wprowadzenie K⁺ do komórki

Pompy jonowe klasy P

(zależne od ATP):

• (Na+, K+)-ATPaza, w błonach plazmatycznych większości komórek

zwierzęcych, antyportowa wymiana Na+/K+

• (H+, K+)-ATPaza, bierze udział w wytwarzaniu kwaśnego soku żołądkowego,

mechanizm antyportowy. Katalizuje zależny od ATP transport H+z komórek

okładzinowych żołądka (do światła żołądka), wprowadzając K+ do komórki.

• Ca2+-ATPaza, w retikulum endoplazmatycznym (ER) i błonach plazmatycznych

wielu komórek. Katalizuje zależny od ATP transport Ca2+ z cytozolu, do

światła ER lub na zewnątrz komórki. Mogą być antyporterami, przenoszącymi

H+ w przeciwnym kierunku. Ca2+-ATPazy utrzymują niski poziom cytozolowego

wapnia, umożliwiając działanie Ca2+ jako cząsteczki sygnałowej.

Podczas fosforylacji oksydacyjnej, w wyniku szeregu reakcji redoks, elektrony przenoszone są ze zredukowanych nukleotydów, NADH i FADH₂, na pełniący funkcję akceptora elektronów tlen. Zachodzące reakcje prowadzą do zmagazynowania energii, służącej następnie do syntezy ATP. Szereg reakcji redoks zachodzi na kompleksach białkowych znajdujących się w mitochondriach. Zestaw enzymów biorących udział w przenoszeniu elektronów określa się jako łańcuch oddechowy.

Energia uwalniana podczas transportu elektronów w łańcuchu oddechowym zużywana jest do przenoszenia protonów przez wewnętrzną błonę mitochondrialną. Energia potencjalna gromadzona jest w postaci gradientu pH i potencjału elektrycznego w poprzek błony. Zgromadzona w tej formie energia wykorzystywana jest przez kompleks enzymatyczny syntazy ATP, który pozwala protonom przejść przez błonę zgodnie z gradientem stężeń. Enzym ten zamienia jednocześnie energię gradientu pH i elektrycznego na energię wiązań chemicznych ATP, wytwarzanego przez przyłączenie do ADP reszty kwasu ortofosforowego, czyli reakcji fosforylacji. Niezwykłość reakcji syntezy ATP związana jest z obracaniem się części enzymu napędzanej przepływającymi protonami, przypominając działanie silnika elektrycznego. Obrót części enzymu odłącza wytworzoną cząsteczkę ATP.

pompa sodowo-potasowa:

• transport na zasadzie antyportu

• składa się z dwóch podjednostek β (nieaktywnych) oraz dwóch podjednostek α do których przyłącza się ATP

• ATP-aza Na⁺/K⁺ jest integralną częścią pompy - enzymem odpowiedzialnym za hydrolizę ATP w celu uzyskania energii

• mechanizm działania:

- ATP fosforyluje i tym samym uaktywnia ATP-azę

- do podjednostki α pompy wiązane są trzy jony Na⁺

- hydroliza ATP do ADP

- zmiana konformacji białka

- jony sodu zostają przetransportowane na zewnątrz komórki i uwolnione z kompleksu

- przyłączenie 2 jonów potasu do podjednostki α

- defosforylacja wywołuje ponowną zmianę konformacji białka

- jony potasu przedostają się do wnętrza komórki

- uwolnienie jonów K⁺ po przyłączeniu się ATP

• funkcje:

- kontroluje objętość komórki

- niezbędny do pobudzenia nerwów i mięśni (chwilowe zatrzymanie pompy Na/K powoduje depolaryzację błony komórkowej i przekaz sygnału na dalsze komórki)

- siła napędowa do wtórnego transportu aktywnego

Miejsce wiązania ATP znajduje się na podjednostce α. Na tej podjednostce, na powierzchni skierowanej do środowiska zewnątrzkomórkowego, znajdują się również miejsca wiązania dla steroidów kardiotonicznych (np. digitoksygeniny, uabainy, marinobufageniny), które hamują aktywność pompy przez blokowanie defosforylacji. Powoduje to wzrost stężenia jonów wapnia w mięśniu sercowym i skurcz mięśnia (bicie serca). Zwiększenie siły skurczu.

---