Biológiai membránok és membrántranszport
Biológiai membránok A citoplazma membrán funkciói: • térrészek elválasztása (egész sejt, organellumok) • transzport • jelátvitel
Milyen a membrán szerkezete? • lipidek (40-60 %) • fehérjék (30-50 %) • szénhidrátok (10%)
Milyen a membrán szerkezete? lipid kettősréteg, hidrofil/hidrofób részek
fehérjék: integráns, perifériás szénhidrátok – extracelluláris oldal perifériás fehérjék
integráns fehérjék transzmembrán fehérje
Milyen a membránt felépítő foszfolipidek általános szerkezete?
A foszfolipidek amfipatikus molekulák
poláros feji rész (hidrofil)
apoláros farokrész (hidrofób)
Foszfolipidek aggregációja vizes közegben
A membrán fázisállapotai
T
Tm, folyadékszerű állapot, a zsírsav láncok lazább pakolódása, intenzívebb molekuláris mozgások és szabadabb diffúzió Tm: fázisátalakulási, vagy olvadási hőmérséklet
Milyen tényezők befolyásolják a membrán fluiditását? zsírsavláncok hossza: rövidebb láncok – gyengébb kölcsönhatás - Tm telítetlen zsírsavak mennyisége: kettős kötés - törés a láncban – gyengébb kölcsönhatás - Tm
koleszterin mennyisége a koleszterin egy szteránvázas lipid, mely szükséges alkotóeleme a plazmamembránnak kettős hatás: Tm alatt fluidizál, fölötte csökkenti a fluiditást, merevebbé teszi a membránt
A membránban végbemenő molekuláris mozgások és azok vizsgálata lipidek: DPH fluoreszcencia polarizáció v. anizotrópia fluiditás
fehérjék: FRAP Single Particle Tracking Fluorescence Correlation Spectroscopy
A membrán dinamikája Frye és Edidin-féle sejtfúziós kísérlet
Singer és Nicolson-féle folyadék-mozaik membrán-modell: a folyékony lipid-tengerben szabadon úsznak a fehérjék Részben igaz, de valójában a membrán struktúrája ennél bonyolultabb:
Lipid tutajok (raftok vagy DIG-mikrodomének)
CD4/CD8 Kv1.3
Mi a raftok funkciója?
1 integrin
Speciális összetételű (magas szfingolipid, glikolipid és koleszterin tartalmú), fehérjéket is magában foglaló membrándomének (detergens inszolubilis glikolipid-mikrodomén)
TCR/ CD3 p56lck hDlg
Kv2
ZIP-1/2
A raftok funkciója: membránfehérjék laterális szervezettségének biztosítása, bizonyos jelátviteli folyamatokhoz szükséges elemek együtt tartása, hogy kölcsönhathassanak egymással PKC
Membránfehérjék eloszlása és annak megjelenítése
Immunofluoreszcenciás jelölés: fluoreszcens festékkel jelölt antitest kötődik a fehérjéhez
Egyenletes eloszlás (csak más mikroszkópos technikákkal láthatók kisebb mikrodomének) patch-ek (foltképződés)
cap (sapka képződés)
Membrántranszport
Mitől függ a molekulák membránon keresztüli diffúziójának sebessége? gázok
csökkenő permeabilitás
kis töltetlen poláros molekulák
urea etanol
víz nagy töltetlen poláros molekulák
glükóz
ionok töltött poláros molekulák
aminosavak ATP glükóz-6-foszfát
A membrántranszport különböző típusai passzív
aktív
alacsonyabb koncentráció felé energiát nem igényel
diffúzió
magasabb koncentráció felé energiát igényel
elsődleges aktív
közvetlen ATP felhasználás
másodlagos aktív
facilitált diffúzió
a célmolekula átjutását segítő transzport fehérje
közvetett ATP felhasználás: egy másik molekula gradiensének energiájával szállítja a célmolekulát
Passzív transzport diffúzió: csak kis méretű és lipidoldékony molekulák jutnak át a membránon pl. szteroid hormonok, O2 és CO2 vvt-ben
facilitált diffúzió: csatorna vagy karrier fehérje segítségével a gradiensnek megfelelően szelektív, telíthető, specifikusan gátolható a célmolekula átjutását segítő transzport fehérje
pl. glükóz transzporter, ioncsatornák, vízcsatornák
Ionofórok Az ionofórok kis, hidrofób molekulák, melyek ionokat képesek lipidoldékony komplexbe vinni, töltésük „leárnyékolása” révén, így segítve azok átjutását a membránon. Általában baktériumok/gombák termelik más, kompetáló mikroorganizmusok elpusztítására, így antibiotikus hatásuk van.
Két fő csoportjuk: Csatornaképző ionofórok: a membránba épülve csatornákat hoznak létre az ionok számára Gramicidin, Nystatin Mobilis ion karrierek: gyűrűszerű molekulák, melyek kívül hidrofóbak és belül kötik az iont Valinomicin, Nonaktin, Monaktin, Nigericin, A23187, Ionomicin, CCCP
Aktív transzport
közvetlen ATP felhasználás
elsődleges aktív: a pumpafehérje ATP hidrolízisből nyert energiával juttat át ionokat a membránon a gradienssel szemben pl. Na+/K+, Ca2+, H+ pumpák
másodlagos aktív: egy elsődleges aktív mechanizmus által létrehozott gradiensben tárolt energiát használja egy másik molekula közvetett ATP felhasználás: egy gradienssel szemben történő transzportjához + + 2+ másik molekula gradiensének pl. Na -glükóz vagy Na /Ca kotranszport energiájával szállítja a célmolekulát
A transzport mechanizmusok osztályozása a transzport iránya alapján
facilitált diffúzió
uniport
szimport
antiport
másodlagos aktív egy ion/molekula egy irányban
két/több molekula/ion együttes szállítása más pumpák ATP felhasználásával létrehozott gradiensében tárolt energiát hasznosítja szimport: Na+-glükóz bélhámsejtben antiport: Na+/Ca2+ kicserélő (3:1) szívizomsejtben
Hogyan működik és mi a funkciója a Na+/K+ pumpának?
Na+ és K+ gradiensek fenntartása: • membránpotenciál (elektrogén: 3 Na+/2 K+, diffúziós potenciál forrása) • ozmotikus nyomás csökkentése • energia másodlagos aktív transzporthoz
Glükóz felvétel a bél lumenből
