img260

r - Transport przez błony biologiczne

rzez przyłączenie fosforanu nieorganiez-ego (Pi) do ADP. Procesy biosyntezy ichodzące w cytosolu wymagają energii postaci ATR Z pewnym uproszczeniem rożna przyjąć, że mitocliondrium jest rodueenlcm, a cylosot konsumentem ,TR Produktami rozpadu ATP są ADP Pi. Muszi) one wrócić do mitocliondrium, by umożliwić resynlczę ATP.

Wynika stąd konieczność transportu iTP z mitocliondfiuin do cytosolu oraz ■ansporlu ADP i Pi z cytosolu do milo-hondriurn. Jednak hydrofobowa, niepomna wewnętrzna błona mitocbondrialna ie przepuszcza ani ATP, ani ADP. Si) ne bowiem substancjami polarnymi i noś-ikami wysokiego ładunku ujemnego, fożliwość wymiany A'1'P/ADP pomiędzy utoehondrium a cytosotem zapewnia pccyficzny przenośnik białkowy, zwany unslokuzij ATP/ADP lub transloktizc/ nu-leotyilów adminowych, który umożliwia /m nukleolydom pokonywanie bariery tonowej.

Trunstokaza ATP/ADP stanowi około 4% wszystkich białek wewnętrznej błony liloehondriulnej. Jest cłimerem złożonym jednakowych podjednostek o masie czij-tcczkowcj 30 kDa. Zawiera jedno miejsc wiążące nukleotyd, odwracające się a przemian w stronę macierzy mitochon-rialnej lub w stronę cytosolu. Zjawisko ;> nosi nazwę ewersji przenośnika. ATP ADP wykazuj;) jednakowe powinowactwo o translokazy. W sytuacji, gdy ładunek zewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony lilochondrialnej jest wysoko dodatni, jak a ma miejsce w aktywnie oddychających litochondriach, szybkość transportu ATP macierzy mitochondrialnej dq cytosolu ;st około 30 razy szybsza niż transportu '.DP w tym samym kierunku. Ponieważ vTP jest nośnikiem silniejszego ladun-u ujemnego niż ADP, dlatego szybciej rzcmieszcza się w kierunku dodatnio naładowanej zewnętrznej powierzchni wewnętrznej błony mitochondrialnej.

Tiansporl ATP i ADP zachodzi rów-ihh zesnic, na zasadzie antyporlu. ATP przenika z macierzy mitochondrialnej do cytosolu tylko wtedy, gdy równocześnie ADP zmierza w kierunku odwrotnym, liweisja przenośnika wiążącego ATI’ po stronie macierzy mitoclioiulrialnej nastąpi tylko wtetly, gdy po stronic cylosolowej zwia ' się. ADP. Ta właściwość Irtinslokuzy spiawia. że wchodzenie ADP tlo macierzy miloi houdrialnej jest precyzyjnie sprzężone . wychodzeniem ATP z macierzy do cytosolu.

I osłonili powstający w cytosolu z rozpadu ATP powraca do macierzy milochon-drialnoj przy udziale przenośnika foslora-ni.iv.ego. Jon fosforanowy jest wymieniany ditigą antyporlu z jonem Ol i" luli jo¹ nem jablczanowym. Tmnsltikazu ATP/ADP przemieszcza także odpowiadające im dooksyiybonukleotydy: ilATP i tlADP. Nic przenosi natomiast AMP ani innych mi-kleolydów.

\I>P wchodzący do miloehondrium wnosi l ładunki ujemne, natomiast ATP wychodzący z mitocliondrium zabiera ze sobą 4 ładunki ujemne. Tak więc wymiana I cząsteczki ATP na 1 cząsteczkę ADP wiąże się z przeniesieniem jednego ładunku ujemnego na zewnętrzną, dodatnio naładowaną powierzchnię wewnętrznej błony milocluindrialncj, co obniża różnicę potencjałów po obydwu stronach lej błony, a tym samym zmniejsza gradient olekliocheniiezny, będący źródłem energii (Ila fosforylacji oksydacyjnej.

Wymiana ATP na ADP jest więc energetycznie kosztowna. Około i/4 energii uzyskiwanej z transportu elektronów pr/< łańcuch oddechowy zużywa się na regenerację potencjału błonowego rozładowanego przez len proces.

Szczególne mechanizmy transportu

30.5. Jonofory

Funkcję przenośników mogą pełnić jonofory. Są lo drobnocząslcezkowe związki organiczne, które zmieniają przepuszczalność błon biologicznych dla nieklórych jonów. Wiele z nich to antybiotyki. Niektóre jonofory pełnią funkcję konkurencyjnych przenośników (np. wa-linoinycyna), inne natomiast wbudowują się w strukturę błony, wytwarzając nowe kanały jonowe, przepuszczalne dla niektórych jonów (np. gramicydyna A). Obydwa antybiotyki przemieszczają jony K\ zgodnie z gradientem stężeń, zmierzając do rozładowania gradientu K⁺ po obydwu stronach błony. Przenośnik jo-noforowy (walinomycyna) wykazuje 1000 razy większe powinowactwo do K⁺ niż do Na\ przemieszcza około 10* jonów K⁺/s. Kanał jonolórowy (gramicydyna A) jest jeszcze bardziej efektywny, transportuje LO⁷ jonów K⁺/s. Antybiotyki jonoforowe wywierają działanie bakleriobójeze poprzez rozładowywanie naturalnych gradientów stężeń jonów, niezbędnych do funkcjonowania komórki bakteryjnej.

30.6. Szczególne mechanizmy transportu

Błony biologiczne nie przepuszczają w ogóle pewnych metabolitów na drodze mechanizmów wcześniej omówionych. Metabolit taki musi zmienić swą postać, zamienić się w inną substancję, a po przejściu przez błonę zamienić się ponownie w postać wyjściową. Dotyczy lo przede wszystkim dlugolańcuchowych kwasów tłuszczowych, równoważników redukcyjnych, acetylo-S-CoA, szezawio-octunu, a w pewnych sytuacjach także aminokwasów.

30.6.1. Transport aminokwasów

drogą cyklu y-glutamylowego

Cykl y-glutamylowy jest szczególną formą transportu aminokwasów do wnę-łrza komórki. Aminokwas wiąże się z przenośnikiem po zewnętrznej stronic błony komórkowej. W czasie przemieszczania przez błonę Ugand ulega przekształceniu w laki sposób, iż traci powinowactwo do przenośnika. Odłącza się w przetworzonej formie i we wnętrzu komórki przekształca się na powrót w postać wyjściową.

Przenośnikiem jest enzym - y-glutamylo-Iranspeptydaza, będąca integralnym składnikiem błony komórkowej, a ligandem - dowolny aminokwas, z wyjątkiem próbny. Przenośnik wiąże aminokwas po zewnętrznej stronie błony plazmatycznej i przemieszcza go na drugą slronę błony, gdzie ten wytwarza wiązanie izopeptydowe z grupą y-karboksylową glutaminianu, pochodzącego z glutationu. Powstaje dipep-tyd - y-glutamyloaminokwas (wzór 30.1).

Aminokwas w trakcie transportu zoslat przekształcony w dipeptyd, który nic ma powinowactwa do przenośnika, uwalnia się do cytosolu. Pod wpływem y-glulamylucy-klolrtwsferazy następuje rozpad dipeptydu, uwalnia się aminokwas w jego pierwotnej formie, a reszta glutaminianu przekształca się w 5-oksoprolinę, która pod działaniem 5-olaioprolinazy przekształca się w glutaminian (wzór 30.2).

Pozostały fragment glutationu, cyste-inyloglicynn, ulega hydrolizie do cysteiny i glicyny (wzór 30.3).

W ten sposób transportowany aminokwas przemieścił się do komórki, a glu-talion rozpadł się na elementy składowe: Gin, Cys, Gly, klóre pozostają w komórce. Dalszy ciąg cyklu prowadzi do odtworzenia glutationu (wzór 30.4).

Glutaminian reaguje z cysteiną, tworząc y-glutamylocysteinę, a ta przyłącza glicynę,

633